Șase proiecte spațiale incredibile în care NASA a investit
Sărind pe Pluto, o frânghie către satelitul Marte Phobos și cel mai rapid motor spațial - Gazeta. Ru vorbește despre proiecte incredibile în care NASA a decis să investească.
Sub egida Agenției Naționale Spațiale Americane NASA, se desfășoară anual o competiție de proiecte semi-fantastice sincer nebune, al cărei scop este de a alege acelea care, dacă sunt realizabile, ar putea deveni misiuni spațiale descoperitoare. În cadrul programului de concepte avansate inovatoare (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), sunt propuse atât proiecte realizabile pe deplin, cât și ceva dintr-un viitor foarte îndepărtat.
De exemplu, în 2011, buzz-ul a fost cauzat de alocarea de fonduri pentru a studia posibilitatea creării unei „grinzi de tractor” - ca cea care transporta obiecte la distanță în seria Star Trek. Uneori sunt propuse și subvenționate chiar și concepte pseud științifice, dar din fericire nu există multe dintre ele.
Anul acesta, agenția spațială a decis să investească în 15 tehnologii propuse într-un stadiu incipient (în așa-numita fază I - prima etapă). Conform regulilor, câștigătorilor li se oferă 125 mii USD fiecare pentru a efectua un studiu inițial de fezabilitate în termen de nouă luni, pentru a arăta fezabilitatea conceptului și, dacă au succes, pentru a beneficia de investiții suplimentare (până la 500 mii USD) în termen de doi ani în cadrul celei de-a doua etape studiind o dezvoltare promițătoare.
Aproape oricine poate participa la competiție (este important doar ca grupul să includă cel puțin un cetățean american).
„Programul NIAC atrage cercetători și inovatori din comunitățile științifice și inginerești, inclusiv reprezentanți ai organizațiilor bugetare”, explică Steven Yurchik, asistent șef de personal pentru tehnologia spațială la NASA. „Programul oferă tinerilor oportunitatea și mijloacele de a explora concepte aerospațiale speculative pe care le evaluăm și le punem deoparte în viitorul nostru portofoliu de tehnologie”.
Unul dintre câștigători de această dată a fost proiectul unui nativ din Rusia, angajatul NASA Vyacheslav Turyshev - un telescop spațial care folosește Soarele ca obiectiv pentru a studia exoplanetele, despre care Gazeta. Ru a raportat anterior.
Video promotional:
O listă completă a anului 2017 pentru prima și a doua etapă poate fi găsită aici și listăm cele mai interesante, în opinia noastră, conceptele de fază I de mai jos.
Sărind pe Pluto
Benjamin Goldman de la Global Aerospace Corporation a prezentat conceptul unei stații interplanetare automate (a se vedea ilustrația de mai sus), care va intra în atmosfera lui Pluto cu o viteză de 14 km / s și va livra un modul de aterizare cântărind 200 kg pe suprafața unei planete pitice, reducând viteza datorită frânării și cheltuielilor aerodinamice. aceasta este doar câteva kilograme de combustibil.
Presiunea la suprafața lui Pluto este de 10 milioane de ori mai mică decât cea a Pământului, dar atmosfera sa este de aproximativ șapte ori mai extinsă decât cea a Pământului, iar volumul său este de 350 de ori mai mare decât al lui Pluto. Trecând o sută de kilometri dintr-o astfel de atmosferă super-rarefiată (mai exact exosfera), nava poate pierde 99,999% din energia cinetică inițială, ceea ce va duce la o viteză finală comparabilă sau chiar mai mică decât atunci când roverii au aterizat pe Marte. Cu acest truc, necesarul total de combustibil pentru rachete pentru aterizarea Pluto poate fi redus la 3,5 kg.
După efectuarea cercetărilor științifice la locul inițial de aterizare, vehiculul de coborâre va trece în modul „sărind” - datorită gravitației reduse (0,063 „același”) va putea sări dintr-un loc în altul, examinând zone deosebit de interesante ale peisajului. Conceptul propus va permite un studiu detaliat al suprafeței lui Pluto folosind un aparat cu masă relativ redusă cu un cost rezonabil în 10-15 ani.
Ascensor spațial peste Phobos
Kevin Kempton de la Centrul de Cercetare Langley al NASA a propus suspendarea unei sonde pline cu senzori pe suprafața Phobos, una dintre cele două luni ale lui Marte. Spre deosebire de al doilea satelit, Deimos, Phobos este mai masiv și este situat mai aproape de planetă. Se propune fixarea sondei, numită PHLOTE, cu ajutorul unui cablu întins de la punctul Lagrange L1 (aceasta este regiunea stabilității gravitaționale pe linia dreaptă care leagă planeta și satelitul acesteia).
Întrucât punctul L1 este situat la numai 3,1 km de suprafața Phobos, nu sunt impuse cerințe asupra lungimii cablului care depășește capacitățile tehnologiilor moderne (este planificată fabricarea acestuia pe baza nanotuburilor de carbon).
Sonda cu senzori poate fie să plutească deasupra suprafeței satelitului (întors întotdeauna spre Marte cu o parte), fie să coboare la sol.
Datorită gravitației foarte mici pe Phobos, sonda va experimenta sarcini de explozie relativ reduse.
Phobos în sine este un obiect foarte interesant; oamenii de știință din URSS și mai târziu din Rusia au dedicat mult efort studiului său, dar toate expedițiile nu au avut succes. Următorul „Phobos-Grunt” este planificat împreună cu noi în viitor. Americanii urmează să studieze satelitul în etape, după ce au atârnat anterior un GPR pe sondă pentru a măsura compoziția subterană a obiectului pentru a determina cât de gros este stratul de regulit cu granulație fină și ce probleme va crea pentru aterizările viitoare. Alte instrumente importante pot fi dozimetre pentru studierea mediului de radiații, camere și un spectrometru pentru analiza compoziției minerale a suprafeței. PHLOTE va oferi o prezență permanentă „ochi în cer” pentru misiuni de aterizare și monitorizare operațională.
Liderul Doppler ultra-precis de navigație, panourile solare ultra-ușoare și sistemele de propulsie electrică extrem de eficiente ar trebui să mențină stația „în plan” mult timp.
Acest design poate fi util și în timpul aterizării unei persoane pe suprafața lui Marte. Deoarece Phobos are o compoziție similară cu meteoriții - condritele carbonice, se crede că conține minerale care pot fi utilizate pentru a umple rezervele de oxigen și combustibil pe drumul înapoi către Pământ.
Cu toate acestea, o astfel de „lesă” poate fi utilizată nu numai pe Phobos, ci și pe Deimos, precum și în punctul L1 al sistemului Pluto-Charon, unde ambele corpuri sunt „blocate” în mod ordonat (întotdeauna întors unul către celălalt de aceleași părți). Aceasta înseamnă că o navă spațială precum PHLOTE ar putea coborî cu o lesă în atmosfera rarefiată a lui Pluto, studiind compoziția sa chimică la toate altitudinile (spre deosebire de o sondă tradițională).
Meri pe Marte
Adam Erkin de la Universitatea din California la Berkeley, inspirat de episoadele izbitoare (dar științific dubioase) de creștere a cartofilor marțieni de către eroul lui Matt Damon din filmul „The Martian” (2015), s-a gândit la posibilitatea transformării solului marțian într-un mediu nutritiv folosind bioinginerie. Se propune eliminarea bacteriilor care pot detoxifica perclorații (sărurile acidului percloric) din solul marțian, precum și îmbogățirea cu amoniac.
Desigur, astfel de evoluții cu greu pot fi supraestimate în ceea ce privește sprijinirea viitoarelor misiuni cu echipaj pe Marte, precum și terraformarea în continuare a acestei planete. Separat, procesele de eliminare a percloratului și de fixare a azotului sunt deja cunoscute de biologi, dar este necesar să se creeze tulpini de microorganisme ale unei specii, capabile de ambele în același timp.
În acest scop, se planifică studierea bacteriilor extremofile din genul Pseudomonas și, în primul rând, Pseudomonas stutzeri, dintre care diferite tulpini pot combate percloratul și au capacitatea de a fixa azotul (de exemplu, tulpina A1501). Pseudomonadele au două avantaje importante care fac experimentele cu ele mai convenabile decât, de exemplu, cu extremofilii fotosintetici - cianobacterii: puteți utiliza metode care au fost deja elaborate pe E. coli și, în plus, dublarea „recoltei” este posibilă în doar o oră (nu șapte) ore sau chiar patru zile, cum este cazul cianobacteriilor).
O cameră a fost deja dezvoltată pentru a simula condițiile de pe Marte: presiune mai mică de 10 kPa, temperatură de la –60 la +40 ° С, intensitate redusă a luminii, radiații ultraviolete, atmosferă constând din 95% dioxid de carbon și 3% azot. Este necesar să se clarifice gama celor mai extreme condiții în care tulpinile studiate vor putea supraviețui, reproduce și îndeplini scopul lor.
Aceste evoluții, însă, nu se vor limita la Marte - în viitor, este planificat studierea posibilității de bioremediere a solului pământului cu bacterii îndepărtate: de exemplu, curățarea terenului lângă puțurile de petrol, în caz de deversări toxice, îmbogățirea solului pentru a crește producția de legume, combaterea foametei în regiunile aride, satisfacerea nevoilor grupurilor mari populația etc.
Dirigibil sub vid pentru Marte
Acest concept, propus de John Paul Clarke de la Georgia Tech, este similar cu un dirigibil convențional, cu singura diferență că liftul este generat nu de aer încălzit, heliu sau hidrogen, ci de o structură rigidă care menține vidul în interior, deplasând aerul și asigurând astfel ridicarea.
Materialele existente încă nu pot rezista presiunii atmosferice de pe Pământ, dar pe Marte presiunea atmosferică este cu două ordine de mărime mai mică, în care funcționarea unui dirigibil de vid este nu numai posibilă, ci aduce și anumite beneficii în comparație cu dirijabilele tradiționale. Coaja ar trebui să fie făcută multistrat și zăbrele. Grila este utilizată pentru a susține două straturi ale jachetei de vid. Atmosfera marțiană are o greutate moleculară și o temperatură medie mai ridicate decât alte planete din sistemul solar.
Ca rezultat, un dirigibil marțian sub vid poate transporta teoretic o încărcătură utilă de două ori mai mare decât un dirigibil de heliu sau hidrogen de dimensiuni similare, dar se compară favorabil cu roverul prin faptul că nu se va bloca în nisipuri.
Dacă un dirigibil de vid este depresurizat, atunci acesta poate fi reparat și aerul pompat din nou, în timp ce un dirigibil convențional nu este capabil să returneze alimentarea cu heliu sau hidrogen. Deoarece dirijabilul cu vid nu folosește gaz pentru ascensiune, poate efectua un număr aproape infinit de manevre compensatorii pentru a regla sau stabiliza altitudinea ca răspuns la schimbările de temperatură ambiantă.
Blimpul de vid poate folosi, de asemenea, carcasa sa rigidă pentru a proteja instrumentele de radiațiile solare și particulele cu energie ridicată și poate găzdui panouri solare. Rămâne doar să găsiți astfel de materiale și structuri care să fie suficient de ușoare și puternice pentru a rezista presiunii externe …
Cea mai rapidă navă
John Brophy de la Jet Propulsion Laboratory al NASA a propus un nou mod de a zbura la periferia sistemului solar. Pluto pe nava sa poate fi atins în 3,6 ani, iar o distanță de 500 de unități astronomice este parcursă în 12 ani.
Într-un an, va fi, de asemenea, posibil să se livreze o sarcină utilă de 80 de tone pe orbita lui Jupiter, ceea ce deschide posibilitatea misiunilor echipate pe planete uriașe.
Noua arhitectură implică crearea unei game de emițătoare laser cu un diametru de 10 km și o putere de 100 MW, care accelerează aparatul; prezența unei serii de fotocelule pe nava spațială în sine, captând eficient energia transmisă prin reglarea fină a frecvențelor laser și generând o tensiune de 12 kV; în cele din urmă, un motor cu ioni cu un impuls specific de 58 mii cu o putere de 70 MW (se dovedește că eficiența conversiei luminii este de 70%), în care litiul este utilizat ca mediu de lucru și nu xenonul mai familiar.
Litiul este stocat ca solid, se ionizează ușor, elimină scurgerile de gaz inert din propulsor și eroziune, ceea ce asigură o durată de viață foarte lungă a motorului rachetei.
Pentru o navă spațială rapidă, este important să aveți o masă redusă cu o forță specifică mare a motorului. Prin îndepărtarea sursei de energie și a majorității hardware-ului de conversie a energiei de pe navă, înlocuirea acesteia cu o gamă ușoară de celule solare, se poate obține un raport de 0,25 kg / kW. Pentru comparație: stația automată modernă Dawn, angajată în cercetarea asteroidului Vest și a planetei pitice Ceres, are 300 kg / kW și respectiv un impuls specific de 3000 s.
În viitor, toate acestea fac posibilă gândirea la călătoriile interstelare.
Vizită în iad
Robert Youngquist de la Centrul Spațial Kennedy al NASA a propus dezvoltarea unui nou strat de acoperire la temperaturi ridicate care să reflecte până la 99,9% din razele solare, de 80 de ori mai bune decât omologii actuali. Acest lucru va fi realizat prin utilizarea unui strat de acoperire cu temperatură scăzută în curs de dezvoltare, cu sprijin financiar din partea NIAC.
Prin simulare computerizată, este de așteptat să crească eficiența reflectorului, să calculeze performanța acestuia și să obțină un prototip de lucru, care va fi trimis spre testare partenerilor de la Laboratorul de Fizică Aplicată de la Universitatea Johns Hopkins. Rezultatele modelării și testării vor fi folosite pentru a dezvolta o misiune la Soare, în timpul căreia dispozitivul va trebui să se apropie de suprafața stelei la o distanță de o rază solară.
- un ordin de mărime mai apropiat decât Solar Probe Plus, care este programat să fie lansat în august 2018. În plus față de dobândirea unui alt record, acest proiect va face progrese semnificative în rezolvarea problemelor de protecție termică și va îmbunătăți controlul termic în timpul viitoarelor misiuni la Mercur.
Maxim Borisov
