Sex otroliga rymdprojekt som NASA har investerat i
Hoppa på Pluto, ett rep till Mars-satelliten Phobos och den snabbaste rymdmotorn - Gazeta. Ru talar om otroliga projekt som NASA bestämde sig för att investera i.
Under överinseende av American National Space Agency NASA hålls årligen en tävling med uppriktigt galen halvfantastiska projekt, vars mål är att välja de som, om de är realiserbara, kan bli genombrott för rymduppdrag. Inom ramen för programmet för innovativa avancerade koncept (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) föreslås både fullt realiserbara projekt och något från en mycket avlägsen framtid.
Så, till exempel, 2011 berodde surret av fördelningen av medel för att studera möjligheten att skapa en "traktorbalk" - som den som bar föremål över ett avstånd i Star Trek-serien. Ibland erbjuds och subventionerade till och med uppriktigt sagt pseudovetenskapliga begrepp, men lyckligtvis finns det inte många av dem.
I år bestämde rymdorganisationen att investera i 15 föreslagna tekniker i ett tidigt skede (i den så kallade fas I - den första etappen). Enligt reglerna erbjuds vinnarna 125 000 dollar vardera för att genomföra en inledande genomförbarhetsstudie inom nio månader, visa konceptets genomförbarhet och, om de lyckas, kvalificera sig för ytterligare investeringar (upp till 500 000 dollar) inom två år inom det andra steget. studera en lovande utveckling.
Nästan vem som helst kan delta i tävlingen (det är bara viktigt att gruppen inkluderar minst en amerikansk medborgare).
”NIAC-programmet lockar forskare och innovatörer från vetenskapssamhället, inklusive representanter för budgetorganisationer,” förklarar Steven Yurchik, biträdande stabschef för rymdteknik NASA. "Programmet ger ungdomar möjlighet och möjligheter att utforska spekulativa rymdkoncept som vi utvärderar och lägger bort i vår framtida teknikportfölj."
En av vinnarna den här gången var projektet från en infödd i Ryssland, NASA-anställd Vyacheslav Turyshev - ett rymdteleskop som använder solen som en lins för att studera exoplaneter, som Gazeta. Ru tidigare rapporterade.
Kampanjvideo:
En fullständig lista över 2017 för den första och andra etappen finns här, och vi listar de mest intressanta, enligt vår åsikt, fas I-begreppen nedan.
Hoppar på Pluto
Benjamin Goldman från Global Aerospace Corporation presenterade konceptet för en automatisk interplanetär station (se illustrationen ovan), som kommer in i Plutos atmosfär med en hastighet på 14 km / s och levererar en landningsmodul som väger 200 kg till ytan på en dvärgplanet, vilket minskar hastigheten på grund av aerodynamisk bromsning och utgifter detta är bara några kilo bränsle.
Trycket vid ytan av Pluto är 10 miljoner gånger lägre än jordens, men dess atmosfär är ungefär sju gånger mer omfattande än jordens, och dess volym är 350 gånger den för Pluto själv. Genom att passera hundra kilometer av en sådan super-sällsynt atmosfär (mer exakt exosfären) kan fartyget förlora 99,999% av sin ursprungliga kinetiska energi, vilket leder till en sluthastighet som är jämförbar eller till och med lägre än när rovers landar på Mars. Med detta trick kan det totala raketbränslebehovet för landning på Pluto minskas till 3,5 kg.
Efter att ha utfört vetenskaplig forskning vid den ursprungliga landningsplatsen kommer nedstigningsfordonet att växla till "studsande" läge - på grund av låg tyngdkraft (0,063 "samma") kommer det att kunna hoppa från plats till plats och undersöka särskilt intressanta områden i landskapet. Det föreslagna konceptet möjliggör en detaljerad studie av Plutos yta med användning av en apparat med relativt låg massa till en rimlig kostnad på 10-15 år.
Rymdhiss över Phobos
Kevin Kempton från NASA: s Langley Research Center föreslog att hänga en sond full med sensorer över ytan av Phobos, en av Mars två månar. Till skillnad från den andra satelliten, Deimos, är Phobos mer massiv och ligger närmare planeten. Det föreslås att fixera sonden, med namnet PHLOTE, med hjälp av en kabel som sträcks från Lagrange-punkten L1 (detta är regionen med gravitationsstabilitet på den raka linjen som förbinder planeten och dess satellit).
Eftersom punkt L1 ligger endast 3,1 km från Phobos yta, ställs inga krav på kabelns längd som överstiger kapaciteten hos modern teknik (det är planerat att göra det baserat på kolnanorör).
Sonden med sensorer kan antingen sväva över satellitytan (alltid vänd mot Mars med ena sidan) eller sjunka ner till marken.
På grund av den mycket låga tyngdkraften på Phobos kommer sonden att uppleva relativt låga sprängbelastningar.
Phobos i sig är ett mycket intressant objekt; forskare från Sovjetunionen och senare Ryssland ägnade mycket arbete åt sin studie, men alla expeditioner lyckades inte. Nästa "Phobos-Grunt" planeras hos oss i framtiden. Amerikanerna kommer att studera satelliten i etapper, efter att ha tidigare hängt en georadar på sonden för att mäta objektets underkomposition för att avgöra hur tjockt lagret av finkornig regolit är och vilka problem det kommer att skapa för framtida landningar. Andra viktiga verktyg kan vara dosimetrar för att studera strålningsmiljön, kameror och en spektrometer för analys av mineralkompositionen på ytan. PHLOTE kommer att ge en permanent "eye in the sky" närvaro för landningsuppdrag och operativ övervakning.
Navigations ultra-exakt Doppler-lidar, ultralätta solpaneler och högeffektiva elektriska framdrivningssystem bör hålla stationen "svävande" under lång tid.
Denna design kan också vara användbar vid landning av en person på Mars yta. Eftersom Phobos har en sammansättning som liknar meteoriter - kolhaltiga kondriter, antas den innehålla mineraler som kan användas för att fylla på syre och bränsletillförsel på väg tillbaka till jorden.
En sådan "koppel" kan emellertid inte bara användas på Phobos utan även på Deimos, liksom vid L1-punkten i Pluto-Charon-systemet, där båda kropparna är tidigt "låsta" (alltid vända mot varandra av samma sidor). Detta innebär att ett rymdfarkost som PHLOTE kunde sjunka i koppel till Plutos sällsynta atmosfär och studera dess kemiska sammansättning i alla höjder (till skillnad från en traditionell sond).
Äppelträd på Mars
Adam Erkin från University of California, Berkeley, inspirerad av de livfulla (men vetenskapligt tvivelaktiga) episoderna av odling av marspotatis av Matt Damons hjälte i filmen "The Martian" (2015), tänkte på möjligheten att omvandla marsjord till ett näringsmedium med bioteknik. Det föreslås att man tar bort bakterier som kan avgifta perklorater (salter av perklorsyra) i Marsjord, samt berika den med ammoniak.
Naturligtvis kan en sådan utveckling knappast överskattas när det gäller att stödja framtida bemannade uppdrag till Mars, såväl som att ytterligare terraforma denna planet. Separat är processerna för att bli av med perklorat och fixering av kväve redan kända för biologer, men det är nödvändigt att skapa stammar av mikroorganismer av en art, som kan bägge samtidigt.
För detta ändamål är det planerat att studera extremofila bakterier av släktet Pseudomonas och först och främst Pseudomonas stutzeri, vars olika stammar både kan bekämpa perklorat och ha förmågan att fixera kväve (till exempel stam A1501). Pseudomonader har två viktiga fördelar som gör experiment med dem bekvämare än till exempel med fotosyntetiska extremofiler - cyanobakterier: du kan använda metoder som redan har utarbetats på E. coli, och dessutom är det möjligt att fördubbla "skörden" på bara en timme (inte sju timmar eller till och med fyra dagar, vilket är fallet med cyanobakterier).
En kamera har redan utvecklats för att simulera förhållanden på Mars: tryck mindre än 10 kPa, temperatur från –60 till +40 ° С, låg ljusintensitet, ultraviolett strålning, atmosfär bestående av 95% koldioxid och 3% kväve. Det är nödvändigt att klargöra intervallet för de mest extrema förhållandena under vilka de studerade stammarna kommer att kunna överleva, föröka sig och uppfylla sitt syfte.
Denna utveckling kommer dock inte att vara begränsad till Mars - i framtiden är det planerat att studera möjligheten till bioremediering av jordens jord med avlägsnade bakterier: till exempel rengöring av marken nära oljekällor, vid giftiga spill, berikning av jorden för att öka grönsaksproduktionen, bekämpning av hunger i torra regioner, tillgodose behoven hos stora grupper befolkning etc.
Vakuum luftskepp för Mars
Detta koncept, som föreslagits av John Paul Clarke från Georgia Tech, liknar ett konventionellt luftskepp med den enda skillnaden att hissen genereras inte av uppvärmd luft, helium eller väte, utan av en stel struktur som bibehåller ett vakuum inuti, förskjuter luften och därmed ger lyft.
De befintliga materialen kan ännu inte motstå atmosfärstrycket på jorden, men på Mars är atmosfärstrycket två storleksordningar lägre, där driften av ett vakuumluftskepp inte bara är möjligt utan ger också vissa fördelar jämfört med traditionella luftskepp. Skalet ska vara tillverkat i flera lager och gitter. Gallret används för att stödja två lager av vakuummanteln. Marsatmosfären har en högre genomsnittlig molekylvikt och temperatur än andra planeter i solsystemet.
Som ett resultat kan ett vakuum Mars-luftskepp teoretiskt bära dubbelt så mycket nyttolast än ett helium- eller väteluftskepp av liknande storlek, men det jämförs gynnsamt med roveren genom att det inte fastnar i sanden.
Om ett vakuumluftskepp är tryckavtryckt kan det repareras och luften pumpas ut igen, medan ett konventionellt luftskepp inte kan återföra tillförseln av helium eller väte. Eftersom vakuumluftskeppet inte använder gas för uppstigning kan det utföra ett nästan oändligt antal kompenserande manövrer för att justera eller stabilisera höjden som svar på förändringar i omgivningstemperaturen.
Vakuumblimp kan också använda sitt styva skal för att skydda instrument från solstrålning och högenergipartiklar och kan rymma solpaneler. Det återstår bara att hitta sådana material och strukturer som kommer att vara lätta och starka nog för att motstå yttre tryck …
Snabbaste fartyget
John Brophy från NASAs Jet Propulsion Laboratory har föreslagit ett nytt sätt att flyga till utkanten av solsystemet. Pluto på sitt skepp kan nås på 3,6 år, och ett avstånd på 500 astronomiska enheter täcks på 12 år.
På ett år kommer det också att vara möjligt att leverera en nyttolast på 80 ton till Jupiters bana, vilket öppnar upp möjligheten för bemannade uppdrag till jätteplaneterna.
Den nya arkitekturen involverar skapandet av en rad laseremitter med en diameter på 10 km och en effekt på 100 MW, som accelererar apparaten; närvaron av en rad fotoceller på själva rymdfarkosten, som effektivt fångar upp den överförda energin genom att finjustera laserfrekvenserna och generera en spänning på 12 kV; slutligen en jonmotor med en specifik impuls på 58 tusen med en effekt på 70 MW (det visar sig att ljusomvandlingseffektiviteten är 70%), där litium används som arbetsmedium, och inte det mer välbekanta xenonet.
Litium lagras som ett fast ämne, det joniseras lätt, eliminerar läckage av inert gas från thrusteren och erosion, vilket garanterar en mycket lång livslängd för raketmotorn.
För en snabb rymdfarkost är det viktigt att ha en låg massa med en hög specifik motor. Genom att ta bort kraftkällan och det mesta av hårdvarukonverteringshårdvaran från fartyget, ersätta allt med ett ljust urval av solceller, kan ett förhållande på 0,25 kg / kW uppnås. Som jämförelse: den moderna automatiska stationen Dawn, som bedriver forskning om asteroiden Väst och dvärgplaneten Ceres, har 300 kg / kW respektive en specifik impuls på 3000 s.
I framtiden gör allt detta det möjligt att tänka på interstellära resor.
Besök i helvetet
Robert Youngquist från NASA: s Kennedy Space Center har föreslagit en ny högtemperaturbeläggning som kommer att reflektera upp till 99,9% av solens strålar, 80 gånger bättre än nuvarande motsvarigheter. Detta uppnås genom användning av en lågtemperaturbeläggning som för närvarande utvecklas med ekonomiskt stöd från NIAC.
Genom datasimulering förväntas det öka reflektorns effektivitet, beräkna dess prestanda och få en fungerande prototyp, som kommer att skickas för testning till partners från Applied Physics Laboratory vid Johns Hopkins University. Resultaten av modellering och testning kommer att användas för att utveckla ett uppdrag mot solen, under vilket enheten kommer att närma sig stjärnans yta på ett avstånd av en solradie
- en storleksordning närmare än Solar Probe Plus, som är planerad att lanseras i augusti 2018. Förutom att slå ytterligare ett rekord kommer detta projekt att göra betydande framsteg när det gäller att lösa värmeskyddsproblem och förbättra termisk kontroll under framtida uppdrag till Merkurius.
Maxim Borisov
