Шест невероятни космически проекта, в които НАСА е инвестирала
Скачайки на Плутон, въже до сателита на Марс Фобос и най-бързият космически двигател - Gazeta. Ru говори за невероятни проекти, в които НАСА реши да инвестира.
Под егидата на Американската национална космическа агенция НАСА ежегодно се провежда състезание от откровено безумни полуфантастични проекти, чиято цел е да се изберат тези, които, ако бъдат осъществими, биха могли да се превърнат в пробивни космически мисии. В рамките на програмата за иновативни усъвършенствани концепции (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) се предлагат както напълно реализируеми проекти, така и нещо от много далечно бъдеще.
Така например, през 2011 г., шумът беше причинен от разпределението на средства за проучване на възможността за създаване на „тракторна греда“- като тази, която носеше обекти на разстояние от поредицата „Звездни пътеки“. Понякога се предлагат и субсидират дори откровено псевдонаучни концепции, но за щастие няма много от тях.
Тази година космическата агенция реши да инвестира в 15 предложени технологии на ранен етап (в т.нар. Фаза I - първият етап). Съгласно правилата, на победителите се предлагат по 125 хиляди долара за провеждане на първоначално проучване за осъществимост в рамките на девет месеца, показване на осъществимостта на концепцията и ако успеят, се класират за допълнителни инвестиции (до 500 хиляди долара) в рамките на две години във втория етап изучаване на обещаващо развитие.
Почти всеки може да участва в състезанието (важно е само групата да включва поне един американски гражданин).
„Програмата NIAC привлича изследователи и новатори от научните и инженерни общности, включително представители на бюджетните организации“, обяснява Стивън Юрчик, помощник-началник на кабинета по космически технологии в НАСА. „Програмата предоставя на младежите възможността и средствата да изследват спекулативни аерокосмически концепции, които оценяваме и оставяме настрана в бъдещото ни технологично портфолио.“
Един от победителите този път беше проектът на родом от Русия, служител на НАСА Вячеслав Туришев - космически телескоп, който използва Слънцето като леща за изследване на екзопланети, за което Gazeta. Ru съобщава по-рано.
Промоционално видео:
Пълен списък на 2017 г. за първия и втория етап можете да намерите тук, а по-долу сме изброили най-интересните, според нас, концепции за Фаза I.
Скачане на Плутон
Бенджамин Голдман от Global Aerospace Corporation представи концепцията за автоматична междупланетна станция (вж. Илюстрацията по-горе), която ще влезе в атмосферата на Плутон със скорост 14 км / сек и ще достави модул за кацане с тегло 200 кг на повърхността на планета джудже, намалявайки скоростта поради аеродинамично спиране и харчене това са само няколко килограма гориво.
Налягането на повърхността на Плутон е 10 милиона пъти по-ниско от това на Земята, но атмосферата му е около седем пъти по-голяма от тази на Земята, а обемът му е 350 пъти по-голям от самия Плутон. Преминавайки сто километра от такава свръхразредена атмосфера (по-точно екзосферата), корабът може да загуби 99,999% от първоначалната си кинетична енергия, което ще доведе до крайна скорост, сравнима или дори по-ниска, отколкото при кацането на марсоходите на марсоходи. С този трик общото изискване за ракетно гориво за кацане на Плутон може да бъде намалено до 3,5 кг.
След провеждане на научни изследвания на първоначалното място за кацане, спускащото се превозно средство ще премине в режим „подскачащ“- поради ниската гравитация (0,063 „същото“) ще може да прескача от място на място, изследвайки особено интересни области от ландшафта. Предложената концепция ще позволи подробно проучване на повърхността на Плутон с помощта на апарат с относително ниска маса с разумни разходи за 10-15 години.
Космически асансьор над Фобос
Кевин Кемптън от изследователския център на Лангли на НАСА предложи окачване на сонда, пълна със сензори, върху повърхността на Фобос, една от двете луни на Марс. За разлика от втория спътник, Деймос, Фобос е по-масивен и се намира по-близо до планетата. Предлага се закрепване на сондата, наречена ФЛОТА, с помощта на кабел, удължен от точката на Лагранж L1 (това е зоната на гравитационна стабилност на права линия, свързваща планетата и нейния спътник).
Тъй като точка L1 се намира само на 3,1 км от повърхността на Фобос, не се налагат изисквания за дължината на кабела, която надвишава възможностите на съвременните технологии (планира се да се направи на базата на въглеродни нанотръби).
Сондата със сензори може или да се навърти над повърхността на спътника (винаги обърната към Марс с едната страна), или да се спусне на земята.
Поради много ниската гравитация на Фобос, сондата ще изпитва относително ниски натоварвания от разрушаване.
Фобосът сам по себе си е много интересен обект; учени от СССР, а по-късно и от Русия, са положили много усилия за неговото проучване, но всички експедиции са били неуспешни. Следващият "Фобос-Грунт" се планира с нас в бъдеще. Американците ще изучават сателита на етапи, като преди това са окачили GPR върху сондата, за да измерват подземния състав на обекта, за да определят колко дебел е финозърнестият реголитен слой и какви проблеми ще създаде за бъдещи кацания. Други важни инструменти могат да бъдат дозиметри за изследване на радиационната среда, камери и спектрометър за анализ на минералния състав на повърхността. PHLOTE ще осигури постоянно присъствие "око в небето" за мисии за кацане и оперативен мониторинг.
Навигационният ултра прецизен доплеров лидар, свръхлеките слънчеви панели и високоефективните електрически задвижващи системи трябва да поддържат станцията да "витае" за дълго време.
Този дизайн може да бъде полезен и по време на кацане на човек на повърхността на Марс. Тъй като Фобос има състав, подобен на метеоритите - въглеродни хондрити, се смята, че съдържа минерали, които могат да се използват за попълване на запасите от кислород и гориво по обратния път на Земята.
Такава „каишка“обаче може да се използва не само на Фобос, но и на Деймос, както и в точката L1 на системата Плутон-Харон, където двете тела са прилично „заключени“(винаги обърнати едно към друго от едни и същи страни). Това означава, че космически кораб като PHLOTE може да се спусне на каишка в разредената атмосфера на Плутон, изучавайки химичния му състав на всички височини (за разлика от традиционната сонда).
Ябълкови дървета на Марс
Адам Еркин от Калифорнийския университет в Бъркли, вдъхновен от ярките (но научно съмнителни) епизоди на отглеждане на марсиански картофи от героя на Мат Деймън във филма "Марсианецът" (2015), размишлява върху възможността за превръщане на марсианската почва в хранителна среда с помощта на биоинженерството. Предлага се премахване на бактерии, които могат да детоксикират перхлоратите (соли на перхлорна киселина) в марсианската почва, както и да я обогатят с амоняк.
Разбира се, подобно развитие трудно може да бъде надценено по отношение на подпомагане на бъдещи пилотирани мисии до Марс, както и по-нататъшно тераформиране на тази планета. Отделно, процесите за премахване на перхлората и фиксиране на азот вече са известни на биолозите, но се изисква да се създадат щамове микроорганизми от един вид, способни едновременно и на двата вида.
За тази цел се планира да се изследват екстремофилни бактерии от рода Pseudomonas и на първо място Pseudomonas stutzeri, различни щамове от които могат както да се борят с перхлората, така и да имат способността да фиксират азота (например щам A1501). Псевдомонадите имат две важни предимства, които правят експериментите с тях по-удобни, отколкото например с фотосинтетичните екстремофили - цианобактериите: можете да използвате методи, разработени вече върху Е. coli, а освен това удвояването на „реколтата“е възможно само за час (не седем часа или дори четири дни, какъвто е случаят с цианобактериите).
Вече е разработена камера за симулиране на условия на Марс: налягане под 10 kPa, температура от –60 до +40 ° С, ниска интензивност на светлината, ултравиолетово лъчение, атмосфера, състояща се от 95% въглероден диоксид и 3% азот. Необходимо е да се изясни обхватът на най-екстремните условия, при които изследваните щамове ще могат да оцелеят, да се размножат и да изпълнят предназначението си.
Тези разработки обаче няма да бъдат ограничени до Марс - в бъдеще се планира да се проучи възможността за биоремедиация на земната почва с отстранени бактерии: например почистване на земята в близост до петролни кладенци, в случай на токсични разливи, обогатяване на почвата за увеличаване на производството на зеленчуци, борба с глада в сухи региони, задоволяване на нуждите на големи групи население и др.
Вакуумен дирижабъл за Марс
Тази концепция, предложена от Джон Пол Кларк от Georgia Tech, е подобна на конвенционален дирижабъл с единствената разлика, че асансьорът се генерира не от нагрят въздух, хелий или водород, а от твърда конструкция, която поддържа вакуум вътре, измествайки въздуха и по този начин осигуряващ асансьор.
Съществуващите материали все още не могат да издържат на атмосферното налягане на Земята, но на Марс атмосферното налягане е с два порядъка по-ниско, при което експлоатацията на вакуумен дирижабъл е не само възможна, но и носи определени предимства в сравнение с традиционните дирижабли. Предполага се, че обвивката е направена многослойна и решетъчна. Решетката се използва за поддържане на два слоя на вакуумната обвивка. Марсовата атмосфера има по-високо средно молекулно тегло и температура от другите планети в Слънчевата система.
В резултат на това вакуумен марсиански дирижабъл теоретично може да носи два пъти по-голям полезен товар от подобен хелий или водороден дирижабъл, но се сравнява благоприятно с марсохода, тъй като няма да заседне в пясъците.
Ако вакуумният дирижабъл е под налягане, той може да бъде ремонтиран и въздухът да бъде изпомпан отново, докато конвенционалният дирижабъл не е в състояние да върне подаването на хелий или водород. Тъй като вакуумният дирижабъл не използва газ за изкачване, той може да извърши почти безкраен брой компенсаторни маневри за регулиране или стабилизиране на височината в отговор на промените в околната температура.
Вакуумният балон може също да използва твърдата си обвивка за защита на инструментите от слънчева радиация и високоенергийни частици и може да побере слънчеви панели. Остава само да се намерят такива материали и конструкции, които да са достатъчно леки и здрави, за да издържат на външен натиск …
Най-бързият кораб
Джон Брофи от лабораторията за реактивно задвижване на НАСА предложи нов начин за полет до покрайнините на Слънчевата система. Плутон на неговия кораб може да бъде достигнат за 3,6 години, и разстояние от 500 астрономически единици е изминато за 12 години.
За една година също ще бъде възможно да се достави полезен товар от 80 тона до орбитата на Юпитер, което разкрива възможността за пилотирани мисии до гигантски планети.
Новата архитектура включва създаването на набор от лазерни излъчватели с диаметър 10 км и мощност 100 MW, които ускоряват апарата; наличието на масив от фотоклетки на самия космически кораб, ефективно улавяне на предадената енергия чрез фина настройка на лазерните честоти и генериране на напрежение от 12 kV; накрая, йонен двигател със специфичен импулс от 58 хиляди с мощност 70 MW (оказва се, че ефективността на преобразуване на светлината е 70%), където като работна среда се използва литий, а не по-познатият ксенон.
Литийът се съхранява като твърдо вещество, лесно се йонизира, елиминира изтичането на инертен газ от задвижващото устройство и ерозията, което осигурява много дълъг живот на ракетния двигател.
За бърз космически кораб е важно да имате ниска маса с висока специфична тяга на двигателя. Чрез премахване на захранването и по-голямата част от хардуера за преобразуване на мощност от кораба, замествайки всичко това с лек набор от слънчеви клетки, може да се постигне съотношение от 0,25 kg / kW. За сравнение: модерната автоматична станция Dawn, ангажирана с изследване на астероида Запад и планетата джудже Ceres, има съответно 300 kg / kW и специфичен импулс от 3000 s.
В бъдеще всичко това дава възможност да се мисли за междузвездното пътуване.
Посещение на ада
Робърт Янгквист от Космическия център на Кенеди на НАСА предложи разработването на ново високотемпературно покритие, което да отразява до 99,9% от слънчевите лъчи, 80 пъти по-добре от сегашните аналози. Това ще бъде постигнато чрез използването на нискотемпературно покритие, което се разработва в момента с финансовата подкрепа на NIAC.
Чрез компютърна симулация се очаква да се увеличи ефективността на рефлектора, да се изчисли неговата производителност и да се получи работещ прототип, който ще бъде изпратен за тестване на партньори от Лабораторията по приложна физика на Университета Джон Хопкинс. Резултатите от моделирането и тестването ще бъдат използвани за разработване на мисия към Слънцето, по време на която устройството ще трябва да се приближи до повърхността на звездата на разстояние един слънчев радиус
- с порядък по-близо от Solar Probe Plus, която трябва да стартира през август 2018 г. В допълнение към счупването на още един рекорд, този проект ще постигне значителен напредък в решаването на проблемите с термичната защита и ще подобри термичния контрол по време на бъдещи мисии в Меркурий.
Максим Борисов