Sześć niesamowitych projektów kosmicznych, w które zainwestowała NASA
Skoki na Plutonie, lina do satelity Marsa Fobosa i najszybszy silnik kosmiczny - Gazeta. Ru opowiada o niesamowitych projektach, w które NASA zdecydowała się zainwestować.
Pod auspicjami Amerykańskiej Narodowej Agencji Kosmicznej NASA corocznie organizowany jest konkurs szczerze szalonych, pół-fantastycznych projektów, którego celem jest wyłonienie tych, które, jeśli zostaną zrealizowane, mogą stać się przełomowymi misjami kosmicznymi. Program innowacyjnych zaawansowanych koncepcji (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) oferuje zarówno projekty w pełni możliwe do zrealizowania, jak i coś z bardzo odległej przyszłości.
I tak np. W 2011 r. Szum wywołał alokacja środków na badanie możliwości stworzenia „belki traktorowej” - takiej jak ta, która przenosi na odległość obiekty z serii Star Trek. Czasami nawet, szczerze mówiąc, koncepcje pseudonaukowe są oferowane i dotowane, ale na szczęście nie ma ich wiele.
W tym roku agencja kosmiczna zdecydowała się zainwestować w 15 proponowanych technologii na wczesnym etapie (w tzw. Fazie I - etapie pierwszym). Zgodnie z zasadami zwycięzcy otrzymują po 125 tys. Dolarów na przeprowadzenie wstępnego studium wykonalności w ciągu dziewięciu miesięcy, wykazanie wykonalności koncepcji i zakwalifikowanie się, jeśli się powiedzie, do dodatkowych inwestycji (do 500 tys. Dolarów) w ciągu dwóch lat w ramach drugiego etapu badanie obiecującego rozwoju.
W konkursie może wziąć udział prawie każdy (ważne jest, aby w grupie był przynajmniej jeden obywatel amerykański).
„Program NIAC przyciąga naukowców i innowatorów ze środowisk naukowych i inżynieryjnych, w tym przedstawicieli organizacji budżetowych” - wyjaśnia Steven Yurchik, zastępca szefa personelu ds. Technologii kosmicznych w NASA. „Program zapewnia młodzieży możliwość i środki do zbadania spekulacyjnych koncepcji lotniczych, które oceniamy i odkładamy na bok w naszym portfolio technologii przyszłości”.
Jednym ze zwycięzców tym razem był projekt pochodzącego z Rosji pracownika NASA Wiaczesława Turysheva - teleskop kosmiczny, który wykorzystuje Słońce jako soczewkę do badania egzoplanet, o czym informowała wcześniej Gazeta. Ru.
Film promocyjny:
Pełną listę roku 2017 dla pierwszego i drugiego etapu można znaleźć tutaj, a poniżej wymieniamy najciekawsze naszym zdaniem koncepcje z fazy I.
Skacząc na Plutona
Benjamin Goldman z Global Aerospace Corporation przedstawił koncepcję automatycznej stacji międzyplanetarnej (patrz ilustracja powyżej), która wejdzie w atmosferę Plutona z prędkością 14 km / s i dostarczy lądownik o masie 200 kg na powierzchnię planety karłowatej, zmniejszając prędkość z powodu hamowania aerodynamicznego i wydatków to tylko kilka kilogramów paliwa.
Ciśnienie na powierzchni Plutona jest 10 milionów razy niższe niż na Ziemi, ale jego atmosfera jest około siedem razy większa niż ziemska, a jej objętość jest 350 razy większa niż samego Plutona. Przejeżdżając sto kilometrów tak bardzo rozrzedzonej atmosfery (a dokładniej egzosfery), statek może stracić 99,999% swojej początkowej energii kinetycznej, co doprowadzi do końcowej prędkości porównywalnej lub nawet niższej niż w przypadku lądowania łazików na Marsie. Dzięki tej sztuczce całkowite zapotrzebowanie na paliwo rakietowe do lądowania na Plutonie można zmniejszyć do 3,5 kg.
Po przeprowadzeniu badań naukowych na początkowym miejscu lądowania, pojazd zniżający przełączy się w tryb „odbijania” - dzięki niskiej grawitacji (0,063 „to samo”) będzie mógł przeskakiwać z miejsca na miejsce, badając szczególnie interesujące obszary krajobrazu. Proponowana koncepcja pozwoli na szczegółowe badanie powierzchni Plutona za pomocą stosunkowo niewielkiego aparatu przy rozsądnych kosztach za 10-15 lat.
Kosmiczna winda nad Phobosem
Kevin Kempton z Langley Research Center NASA zasugerował zawieszenie sondy wypełnionej czujnikami nad powierzchnią Fobosa, jednego z dwóch księżyców Marsa. W przeciwieństwie do drugiego satelity, Deimosa, Fobos jest masywniejszy i znajduje się bliżej planety. Proponuje się zamocowanie sondy o nazwie PHLOTE za pomocą kabla wyprowadzonego z punktu Lagrange'a L1 (jest to rejon stabilności grawitacyjnej na prostej łączącej planetę z jej satelitą).
Ponieważ punkt L1 znajduje się zaledwie 3,1 km od powierzchni Fobosa, nie stawia się wymagań co do długości kabla przekraczającej możliwości nowoczesnych technologii (planowane jest wykonanie go w oparciu o nanorurki węglowe).
Sonda z czujnikami może unosić się nad powierzchnią satelity (zawsze zwrócona w stronę Marsa jedną stroną) lub zejść na ziemię.
Ze względu na bardzo małą grawitację na Phobos, sonda będzie podlegać stosunkowo niewielkim obciążeniom rozrywającym.
Sam Fobos jest bardzo interesującym obiektem; naukowcy z ZSRR, a później Rosji, poświęcili wiele wysiłku jego badaniu, ale wszystkie wyprawy zakończyły się niepowodzeniem. W przyszłości planowany jest z nami kolejny „Phobos-Grunt”. Amerykanie zamierzają badać satelitę etapami, po wcześniejszym zawieszeniu georadaru na sondzie, aby zmierzyć skład podpowierzchniowy obiektu, aby określić, jak gruba jest warstwa drobnoziarnistego regolitu i jakie problemy spowoduje to przy przyszłych lądowaniach. Innymi ważnymi narzędziami mogą być dozymetry do badania środowiska promieniowania, kamery i spektrometr do analizy składu mineralnego powierzchni. PHLOTE zapewni stałą obecność „oka w niebie” podczas misji desantowych i monitoringu operacyjnego.
Nawigacyjny ultraprecyzyjny lidar Dopplera, ultralekkie panele słoneczne i wysoce wydajne elektryczne układy napędowe powinny utrzymywać stację w stanie „zawisu” przez długi czas.
Ten projekt może się również przydać podczas lądowania człowieka na powierzchni Marsa. Ponieważ Phobos ma skład podobny do meteorytów - chondrytów węglowych, uważa się, że zawiera minerały, które można wykorzystać do uzupełnienia zapasów tlenu i paliwa w drodze powrotnej na Ziemię.
Jednak takiej „smyczy” można używać nie tylko na Fobosie, ale także na Deimosie, a także w punkcie L1 układu Pluton-Charon, gdzie oba ciała są „zablokowane” pływowo (zawsze zwrócone do siebie tymi samymi stronami). Oznacza to, że statek kosmiczny taki jak PHLOTE mógłby zejść na smyczy do rozrzedzonej atmosfery Plutona, badając jej skład chemiczny na wszystkich wysokościach (w przeciwieństwie do tradycyjnej sondy).
Jabłonie na Marsie
Adam Erkin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, zainspirowany żywymi (ale naukowo wątpliwymi) epizodami uprawy marsjańskich ziemniaków przez bohatera Matta Damona w filmie „The Marsian” (2015), pomyślał o możliwości przekształcenia marsjańskiej gleby w pożywkę za pomocą bioinżynierii. Proponuje się usunięcie bakterii zdolnych do odtruwania nadchloranów (soli kwasu nadchlorowego) w glebie marsjańskiej, a także wzbogacenie jej w amoniak.
Oczywiście trudno przecenić takie zmiany, jeśli chodzi o wspieranie przyszłych załogowych misji na Marsa, a także dalsze terraformowanie tej planety. Osobno procesy usuwania nadchloranu i wiązania azotu są już znane biologom, ale konieczne jest stworzenie szczepów mikroorganizmów jednego gatunku, zdolnych do obu jednocześnie.
W tym celu planowane jest badanie bakterii ekstremofilnych z rodzaju Pseudomonas, a przede wszystkim Pseudomonas stutzeri, których różne szczepy mogą zarówno zwalczać nadchlorany, jak i mieć zdolność wiązania azotu (np. Szczep A1501). Pseudomonady mają dwie ważne zalety, które sprawiają, że eksperymenty z nimi są wygodniejsze niż np. Z fotosyntetycznymi ekstremofilami - sinicami: można zastosować metody już wypracowane na E. coli, a poza tym podwojenie „zbiorów” jest możliwe w zaledwie godzinę (nie siedem godziny lub nawet cztery dni, jak ma to miejsce w przypadku sinic).
Kamera została już opracowana do symulacji warunków panujących na Marsie: ciśnienie poniżej 10 kPa, temperatura od –60 do +40 ° С, niskie natężenie światła, promieniowanie ultrafioletowe, atmosfera składająca się w 95% z dwutlenku węgla i 3% azotu. Konieczne jest sprecyzowanie zakresu najbardziej ekstremalnych warunków, w których badane szczepy będą mogły przetrwać, rozmnażać się i spełniać swoje zadanie.
Rozwój ten nie ograniczy się jednak do Marsa - w przyszłości planowane jest badanie możliwości bioremediacji gleby usuwanymi bakteriami: np. Oczyszczanie terenu w pobliżu szybów naftowych, w przypadku wycieków toksycznych, wzbogacanie gleby w celu zwiększenia produkcji warzyw, zwalczanie głodu w rejonach suchych, zaspokajanie potrzeb dużych grup populacja itp.
Sterowiec próżniowy dla Marsa
Koncepcja ta, zaproponowana przez Johna Paula Clarke'a z Georgia Tech, jest podobna do konwencjonalnego sterowca z tą różnicą, że siła nośna nie jest generowana przez podgrzane powietrze, hel lub wodór, ale przez sztywną strukturę, która utrzymuje próżnię wewnątrz, wypierając powietrze, a tym samym zapewniając siłę nośną.
Istniejące materiały nie są jeszcze w stanie wytrzymać ciśnienia atmosferycznego panującego na Ziemi, ale na Marsie ciśnienie atmosferyczne jest o dwa rzędy wielkości niższe, w którym działanie sterowca próżniowego jest nie tylko możliwe, ale także przynosi określone korzyści w porównaniu z tradycyjnymi statkami powietrznymi. Powłoka ma być wielowarstwowa i siatkowa. Siatka służy do podparcia dwóch warstw płaszcza próżniowego. Atmosfera marsjańska ma wyższą średnią masę cząsteczkową i temperaturę niż inne planety w Układzie Słonecznym.
W rezultacie marsjański sterowiec próżniowy może teoretycznie przewozić dwa razy więcej ładunku niż hel lub wodór tego samego rozmiaru, ale wypada korzystnie w porównaniu z łazikiem, ponieważ nie utknie w piasku.
Jeśli sterowiec próżniowy zostanie rozhermetyzowany, można go naprawić, a powietrze ponownie wypompować, podczas gdy konwencjonalny sterowiec nie jest w stanie przywrócić zapasu helu lub wodoru. Ponieważ sterowiec próżniowy nie używa gazu do wznoszenia, może wykonać prawie nieskończoną liczbę manewrów kompensacyjnych w celu dostosowania lub ustabilizowania wysokości w odpowiedzi na zmiany temperatury otoczenia.
Sterowiec próżniowy może również wykorzystywać swoją sztywną skorupę do ochrony instrumentów przed promieniowaniem słonecznym i cząstkami o wysokiej energii oraz może pomieścić panele słoneczne. Pozostaje tylko znaleźć takie materiały i konstrukcje, które będą lekkie i wystarczająco mocne, aby wytrzymać ciśnienie zewnętrzne …
Najszybszy statek
John Brophy z Jet Propulsion Laboratory NASA zaproponował nowy sposób lotu na obrzeża Układu Słonecznego. Do Plutona na swoim statku można dotrzeć za 3,6 roku, a odległość 500 jednostek astronomicznych jest pokonana w ciągu 12 lat.
W ciągu jednego roku możliwe będzie również dostarczenie na orbitę Jowisza ładunku o wadze 80 ton, co otwiera możliwość załogowych misji na gigantyczne planety.
Nowa architektura zakłada stworzenie szeregu emiterów laserowych o średnicy 10 km i mocy 100 MW, które przyspieszają działanie aparatu; obecność szeregu fotokomórek na samym statku kosmicznym, skutecznie wychwytujących przesyłaną energię przez dokładne dostrojenie do częstotliwości lasera i wytwarzanie napięcia 12 kV; wreszcie silnik jonowy o impulsie właściwym 58 tys. o mocy 70 MW (okazuje się, że sprawność konwersji światła to 70%), w którym medium roboczym jest lit, a nie bardziej znany ksenon.
Lit jest magazynowany w stanie stałym, łatwo ulega jonizacji, eliminuje wyciek gazu obojętnego z pędnika i erozję, co zapewnia bardzo długą żywotność silnika rakietowego.
W przypadku szybkiego statku kosmicznego ważne jest, aby mieć małą masę i wysoki właściwy ciąg silnika. Po usunięciu źródła zasilania i większości urządzeń do konwersji mocy ze statku i zastąpieniu ich wszystkich lekkimi układami ogniw słonecznych, można osiągnąć stosunek 0,25 kg / kW. Dla porównania: nowoczesna automatyczna stacja Dawn, zajmująca się badaniem asteroidy West i planety karłowatej Ceres, ma odpowiednio 300 kg / kW i impuls właściwy 3000 s.
W przyszłości wszystko to pozwala myśleć o podróżach międzygwiezdnych.
Wizyta w piekle
Robert Youngquist z NASA Kennedy Space Center zaproponował opracowanie nowej powłoki wysokotemperaturowej, która odbija do 99,9% promieni słonecznych, 80 razy lepiej niż obecne odpowiedniki. Zostanie to osiągnięte dzięki zastosowaniu powłoki niskotemperaturowej, która jest obecnie opracowywana przy wsparciu finansowym NIAC.
Oczekuje się, że poprzez symulację komputerową zwiększy się wydajność reflektora, obliczy jego wydajność i otrzyma działający prototyp, który zostanie przesłany do testów partnerom z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johna Hopkinsa. Wyniki modelowania i testów posłużą do opracowania misji do Słońca, podczas której urządzenie będzie musiało zbliżyć się do powierzchni gwiazdy na odległość jednego promienia słonecznego
- o rząd wielkości bliżej niż Solar Probe Plus, którego uruchomienie planowane jest na sierpień 2018 r. Oprócz pobicia kolejnego rekordu, projekt ten przyniesie znaczący postęp w rozwiązywaniu problemów z ochroną termiczną i poprawi kontrolę termiczną podczas przyszłych misji na Merkurego.
Maxim Borisov