Seks utrolige romprosjekter som NASA har investert i
Å hoppe på Pluto, et tau til Mars-satellitten Phobos og den raskeste rommotoren - Gazeta. Ru snakker om utrolige prosjekter som NASA bestemte seg for å investere i.
I regi av American National Space Agency NASA avholdes det årlig en konkurranse med ærlig vanvittige halvfantastiske prosjekter, hvis mål er å velge de som, hvis de er realiserbare, kan bli gjennombruddsrike romoppdrag. Innenfor rammen av programmet for innovative avanserte konsepter (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), foreslås både fullt realiserbare prosjekter og noe fra en veldig fjern fremtid.
Så for eksempel i 2011 ble støyen forårsaket av tildeling av midler for å studere muligheten for å lage en "traktorbjelke" - som den som bar gjenstander over en avstand i serien "Star Trek". Noen ganger til og med ærlig talt pseudovitenskapelige konsepter blir foreslått og subsidiert, men heldigvis er det ikke mange av dem.
I år bestemte romfartsselskapet seg for å investere i 15 foreslåtte teknologier på et tidlig stadium (i den såkalte Fase I - den første fasen). I henhold til reglene tilbys vinnerne $ 125 000 hver for å gjennomføre en innledende mulighetsstudie innen ni måneder, vise konseptets gjennomførbarhet og, hvis det lykkes, søke om ytterligere investeringer (opp til $ 500 000) innen to år innen andre trinn. studere en lovende utvikling.
Nesten alle kan delta i konkurransen (det er bare viktig at gruppen inkluderer minst en amerikansk statsborger).
"NIAC-programmet tiltrekker seg forskere og innovatører fra de vitenskapelige og tekniske miljøene, inkludert representanter for budsjettorganisasjoner," forklarer Steven Yurchik, assisterende stabssjef for romteknologi ved NASA. "Programmet gir ungdom muligheten og midlene til å utforske spekulative luftfartskonsepter som vi vurderer og legger til side i vår fremtidige teknologiportefølje."
En av vinnerne denne gangen var prosjektet til en innfødt i Russland, en ansatt i NASA Vyacheslav Turyshev - et romteleskop som bruker Solen som en linse for å studere eksoplaneter, som Gazeta. Ru tidligere rapporterte.
Kampanjevideo:
En komplett liste over 2017 for første og andre etappe finner du her, og vi viser de mest interessante, etter vår mening, fase I-begrepene nedenfor.
Hopp på Pluto
Benjamin Goldman fra Global Aerospace Corporation presenterte konseptet med en automatisk interplanetar stasjon (se illustrasjonen ovenfor), som vil komme inn i Plutos atmosfære med en hastighet på 14 km / s og levere en lander på 200 kg til overflaten av en dvergplanet, og redusere hastigheten på grunn av aerodynamisk bremsing og bruk. dette er bare noen få kilo drivstoff.
Plutos overflatetrykk er 10 millioner ganger lavere enn jordens, men atmosfæren er omtrent syv ganger mer omfattende enn jordens, og volumet er 350 ganger det for Pluto selv. Ved å passere hundre kilometer med en slik super-sjelden atmosfære (nærmere bestemt eksosfæren), kan skipet miste 99,999% av sin opprinnelige kinetiske energi, noe som vil føre til en endelig hastighet som er sammenlignbar eller til og med lavere enn når rovere lander på Mars. Med dette trikset kan det totale rakettdrivstoffkravet for Pluto-landing reduseres til 3,5 kg.
Etter å ha utført vitenskapelig forskning på det opprinnelige landingsstedet, vil nedstigningsbilen bytte til "sprett" -modus - på grunn av lav tyngdekraft (0,063 "samme") vil den kunne hoppe fra sted til sted, og undersøke spesielt interessante områder av landskapet. Det foreslåtte konseptet vil tillate en detaljert studie av Pluto overflate ved hjelp av et apparat med relativt lav masse til en rimelig pris på 10-15 år.
Romheis over Phobos
Kevin Kempton fra NASAs Langley Research Center foreslo å henge en sonde full av sensorer over overflaten av Phobos, en av Mars 'to måner. I motsetning til den andre satellitten, Deimos, er Phobos mer massiv og ligger nærmere planeten. Det foreslås å fikse sonden, kalt PHLOTE, ved hjelp av en kabel strukket fra Lagrange-punktet L1 (dette er regionen med gravitasjonsstabilitet på den rette linjen som forbinder planeten og dens satellitt).
Siden punkt L1 ligger bare 3,1 km fra overflaten til Phobos, stilles det ingen krav til kabellengden som overstiger kapasiteten til moderne teknologi (det er planlagt å lage den basert på karbonnanorør).
Sonden med sensorer kan enten sveve over overflaten til satellitten (alltid vendt mot Mars med den ene siden), eller senke seg ned til bakken.
På grunn av den svært lave tyngdekraften på Phobos, vil sonden oppleve relativt lave sprengbelastninger.
Phobos i seg selv er et veldig interessant objekt, forskere fra Sovjetunionen, og senere til Russland, viet mye arbeid til studiet, men alle ekspedisjonene lyktes ikke. Neste "Phobos-Grunt" er planlagt hos oss i fremtiden. Amerikanerne skal studere satellitten trinnvis, etter å ha tidligere hengt en georadar på sonden for å måle objektets undergrunnssammensetning for å bestemme hvor tykt laget av finkornet regolitt er og hvilke problemer det vil skape for fremtidige landinger. Andre viktige verktøy kan være dosimetre for å studere strålingsmiljøet, kameraer og et spektrometer for å analysere overflatens mineralsammensetning. PHLOTE vil gi et permanent "øye i himmelen" tilstedeværelse for landingsoppdrag og operasjonell overvåking.
Navigasjons ultra-presis Doppler-lidar, ultralette solcellepaneler og svært effektive elektriske fremdriftssystemer skal holde stasjonen "svevende" i lang tid.
Denne designen kan også være nyttig under landing av en person på overflaten av Mars. Fordi Phobos har en sammensetning som ligner på meteoritter - karbonholdige kondritter, antas den å inneholde mineraler som kan brukes til å fylle på oksygen og drivstoff på vei tilbake til jorden.
Imidlertid kan en slik "bånd" brukes ikke bare på Phobos, men også på Deimos, så vel som ved L1-punktet i Pluto-Charon-systemet, hvor begge kroppene er tidevis "låst" (alltid vendt mot hverandre av de samme sidene). Dette betyr at et romfartøy som PHLOTE kunne senke seg i bånd til Plutos sjeldne atmosfære og studere dets kjemiske sammensetning i alle høyder (i motsetning til en tradisjonell sonde).
Epletrær på Mars
Adam Erkin fra University of California i Berkeley, inspirert av de livlige (men vitenskapelig tvilsomme) episodene av dyrking av marspoteter av helten til Matt Damon i filmen "The Martian" (2015), tenkte på muligheten for å transformere marsjord til et næringsmedium ved hjelp av bioteknologi. Det foreslås å fjerne bakterier som er i stand til å avgifte perklorater (salter av perklorsyre) i marsjord, samt berike den med ammoniakk.
Selvfølgelig kan en slik utvikling knapt overvurderes når det gjelder å støtte fremtidige bemannede oppdrag til Mars, så vel som å videreforme denne planeten. Separat er prosessene for å kvitte seg med perklorat og fiksering av nitrogen allerede kjent for biologer, men det er nødvendig å lage stammer av mikroorganismer av en art, som er i stand til begge deler samtidig.
For dette formål er det planlagt å studere ekstremofile bakterier av slekten Pseudomonas og først og fremst Pseudomonas stutzeri, forskjellige stammer som både kan bekjempe perklorat og har evnen til å fiksere nitrogen (for eksempel stamme A1501). Pseudomonader har to viktige fordeler som gjør eksperimenter med dem mer praktiske enn for eksempel med fotosyntetiske ekstremofiler - cyanobakterier: du kan bruke metoder som allerede er utarbeidet på E. coli, og dessuten er det mulig å doble "innhøstingen" på bare en time (ikke syv timer eller til og med fire dager, slik tilfellet er med cyanobakterier).
Det er allerede utviklet et kamera for å simulere forholdene på Mars: trykk mindre enn 10 kPa, temperatur fra –60 til +40 ° C, lav lysintensitet, ultrafiolett stråling, atmosfære bestående av 95% karbondioksid og 3% nitrogen. Det er nødvendig å avklare rekkevidden til de mest ekstreme forholdene der de studerte stammene vil være i stand til å overleve, formere seg og oppfylle formålet.
Denne utviklingen vil imidlertid ikke være begrenset til Mars - i fremtiden er det planlagt å undersøke muligheten for bioremediering av jordens jord med fjernede bakterier: for eksempel å rense landet i nærheten av oljebrønner, i tilfelle giftige utslipp, berike jorden for å øke vegetabilsk produksjon, bekjempe sult i tørre regioner, møte behovene til store grupper befolkning osv.
Vakuum luftskip for Mars
Dette konseptet, foreslått av John Paul Clarke fra Georgia Tech, ligner på et konvensjonelt luftskip med den eneste forskjellen at heisen ikke genereres av oppvarmet luft, helium eller hydrogen, men av en stiv struktur som opprettholder et vakuum inne, fortrenger luften og derved gir løft.
De eksisterende materialene kan ennå ikke tåle atmosfæretrykket på jorden, men på Mars er atmosfæretrykket to størrelsesordener lavere, der operasjonen av et vakuum luftskip ikke bare er mulig, men gir også visse fordeler i sammenligning med tradisjonelle luftskip. Skallet skal være laget i flere lag og gitter. Gitteret brukes til å støtte to lag av vakuumkappen. Marsatmosfæren har en høyere gjennomsnittlig molekylvekt og temperatur enn andre planeter i solsystemet.
Som et resultat kan et vakuum Mars-luftskip teoretisk ha dobbelt så mye nyttelast som et helium eller hydrogen av samme størrelse, men det sammenlignes gunstig med en rover ved at det ikke blir sittende fast i sanden.
Hvis et vakuum luftskip er trykkavlastet, kan det repareres og luften pumpes ut igjen, mens et konvensjonelt luftskip ikke er i stand til å returnere tilførselen av helium eller hydrogen. Siden vakuumluftskipet ikke bruker gass til oppstigning, kan det utføre et nesten uendelig antall kompenserende manøvrer for å justere eller stabilisere høyden som svar på endringer i omgivelsestemperaturen.
Vakuumblimp kan også bruke sitt stive skall for å beskytte instrumenter mot solstråling og høyenergipartikler, og kan romme solcellepaneler. Det gjenstår bare å finne slike materialer og strukturer som vil være lette og sterke nok til å tåle ytre trykk …
Raskeste skip
John Brophy fra NASAs Jet Propulsion Laboratory har foreslått en ny måte å fly til utkanten av solsystemet. Pluto på skipet hans kan nås på 3,6 år,
og en avstand på 500 astronomiske enheter er dekket på 12 år.
Om ett år vil det også være mulig å levere en nyttelast på 80 tonn til Jupiters bane, noe som åpner muligheten for bemannede oppdrag til gigantiske planeter.
Den nye arkitekturen innebærer etablering av en rekke laserstrålere med en diameter på 10 km og en effekt på 100 MW, som akselererer apparatet; tilstedeværelsen av en rekke fotoceller på selve romfartøyet, som effektivt fanger den overførte energien ved å finjustere til laserfrekvensene og generere en spenning på 12 kV; til slutt, en ionmotor med en spesifikk impuls på 58 tusen med en effekt på 70 MW (det viser seg at lyskonverteringseffektiviteten er 70%), hvor litium brukes som arbeidsmedium, og ikke det mer kjente xenonet.
Litium lagres som et fast stoff, det blir lett ionisert, eliminerer lekkasje av inert gass fra thrusteren og erosjon, noe som sørger for en veldig lang levetid for rakettmotoren.
For et raskt romfartøy er det viktig å ha en lav masse med et høyt spesifikt motorkraft. Ved å fjerne strømforsyningen og det meste av kraftkonverteringsmaskinvaren fra skipet, og erstatte det hele med et lys utvalg av solceller, kan et forhold på 0,25 kg / kW oppnås. Til sammenligning: den moderne automatiske stasjonen Dawn, som driver forskning av asteroiden Vesten og dvergplaneten Ceres, har henholdsvis 300 kg / kW og en spesifikk impuls på 3000 s.
I fremtiden gjør alt dette det mulig å tenke på interstellare reiser.
Besøk til helvete
Robert Youngquist fra NASAs Kennedy Space Center har foreslått å utvikle et nytt høytemperaturbelegg som vil reflektere opptil 99,9% av solstrålene, 80 ganger bedre enn dagens kolleger. Dette vil bli oppnådd ved bruk av et lavtemperaturbelegg som for tiden utvikles med økonomisk støtte fra NIAC.
Gjennom datasimulering forventes det å øke reflektorens effektivitet, beregne ytelsen og oppnå en fungerende prototype, som vil bli sendt for testing til partnere fra Applied Physics Laboratory ved Johns Hopkins University. Resultatene av modellering og testing vil bli brukt til å utvikle et oppdrag mot solen, der enheten må nærme seg overflaten til stjernen i en avstand på en solradius
- en størrelsesorden nærmere enn Solar Probe Plus, som er planlagt å starte i august 2018. I tillegg til å slå en ny rekord, vil dette prosjektet gjøre betydelige fremskritt med å løse problemer med termisk beskyttelse og forbedre termisk kontroll under fremtidige oppdrag til Merkur.
Maxim Borisov
