Šest neverjetnih vesoljskih projektov, v katere je NASA investirala
Skok na Pluton, vrv na Marsov satelit Fobos in najhitrejši vesoljski motor - Gazeta. Ru govori o neverjetnih projektih, v katere se je NASA odločila vlagati.
Pod okriljem ameriške Nacionalne vesoljske agencije NASA vsako leto poteka tekmovanje odkrito norih polfantastičnih projektov, katerega cilj je izbrati tiste, ki bi, če bi bili uresničljivi, lahko postali prebojne vesoljske misije. V okviru programa inovativnih naprednih konceptov (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) se predlagajo tako uresničljivi projekti kot nekaj iz zelo oddaljene prihodnosti.
Tako je na primer leta 2011 hrup povzročila dodelitev sredstev za preučitev možnosti ustvarjanja "traktorskega nosilca" - kot je tisti, ki je predmete na daljavo nosil v seriji "Zvezdne steze". Včasih se ponujajo in subvencionirajo celo odkrito psevdoznanstveni koncepti, ki pa jih na srečo ni veliko.
Letos se je vesoljska agencija že v zgodnji fazi (v tako imenovani fazi I - prvi fazi) odločila za naložbe v 15 predlaganih tehnologij. V skladu s pravili je zmagovalcem na voljo po 125 tisoč dolarjev, da v devetih mesecih izvedejo začetno študijo izvedljivosti, pokažejo izvedljivost koncepta in, če bodo uspešni, v dveh letih zaprosijo za dodatne naložbe (do 500 tisoč dolarjev) v drugi fazi. preučevanje obetavnega razvoja.
Na natečaju lahko sodeluje skoraj vsak (pomembno je le, da skupina vključuje vsaj enega ameriškega državljana).
"Program NIAC privablja raziskovalce in inovatorje iz znanstvenih in inženirskih skupnosti, vključno s predstavniki proračunskih organizacij," pojasnjuje Steven Yurchik, pomočnik šefa kabineta za vesoljsko tehnologijo NASA. "Program mladim ponuja priložnost in sredstva za raziskovanje špekulativnih vesoljskih konceptov, ki jih ocenjujemo in odložimo v naš prihodnji tehnološki portfelj."
Eden izmed zmagovalcev je bil tokrat projekt rojenega Rusa, uslužbenca NASA Vjačeslava Turysheva - vesoljski teleskop, ki uporablja Sonce kot lečo za preučevanje eksoplanetov, o čemer je Gazeta. Ru že poročala.
Promocijski video:
Celoten seznam leta 2017 za prvo in drugo fazo najdete tukaj, spodaj pa navajamo najbolj zanimive po našem mnenju koncepte I. faze.
Skoki na Pluton
Benjamin Goldman iz Global Aerospace Corporation je predstavil koncept avtomatske medplanetarne postaje (glej sliko zgoraj), ki bo vstopila v Plutonovo atmosfero s hitrostjo 14 km / s in na površino pritlikavega planeta dostavila pristajalni modul, težak 200 kg, ki bo zaradi aerodinamičnega zaviranja in porabe zmanjšal hitrost. to je le nekaj kilogramov goriva.
Površinski tlak Plutona je 10 milijonov krat nižji od zemeljskega, toda njegova atmosfera je približno sedemkrat obsežnejša od Zemljine in njegova prostornina je 350-krat večja od samega Plutona. Prevozijo sto kilometrov takšne super-redke atmosfere (natančneje eksosfere), lahko izgubi 99,999% začetne kinetične energije, kar bo pripeljalo do končne hitrosti, primerljive ali celo nižje kot takrat, ko roverji pristanejo na Marsu. S tem trikom lahko skupno potrebo po raketnem gorivu za pristanek Plutona zmanjšamo na 3,5 kg.
Po izvedbi znanstvenih raziskav na začetnem mestu pristanka bo vozilo za spust prešlo v način "odbijanja" - zaradi nizke teže (0,063 "enako") bo lahko skakalo od kraja do kraja in preučevalo še posebej zanimiva območja pokrajine. Predlagani koncept bo omogočil podrobno preučevanje površine Plutona z uporabo naprave z razmeroma majhno maso z razumnimi stroški v 10-15 letih.
Vesoljsko dvigalo nad Fobosom
Kevin Kempton iz NASA-jevega raziskovalnega centra Langley je predlagal, da bi sondo, polno senzorjev, obesili nad površino Fobosa, ene od dveh Marsovih lun. Za razliko od drugega satelita Deimos je Fobos bolj masiven in se nahaja bližje planetu. Predlagano je, da se sonda, imenovana PHLOTE, pritrdi s pomočjo kabla, raztegnjenega od Lagrangeove točke L1 (to je območje gravitacijske stabilnosti na ravni črti, ki povezuje planet in njegov satelit).
Ker se točka L1 nahaja le 3,1 km od površine Fobosa, zahteve glede dolžine kabla, ki presegajo zmogljivosti sodobnih tehnologij, ne veljajo (načrtuje se, da bo izdelan na osnovi ogljikovih nanocevk).
Sonda s senzorji lahko lebdi nad površino satelita (vedno obrnjena proti Marsu z eno stranjo) ali pa se spusti na tla.
Zaradi zelo nizke gravitacije na Fobosu bo sonda imela sorazmerno majhne razpočne obremenitve.
Fobos sam je zelo zanimiv predmet; znanstveniki iz ZSSR in kasneje Rusije so se zelo trudili, da bi ga raziskali, vendar so bile vse odprave neuspešne. Naslednji "Phobos-Grunt" je načrtovan z nami v prihodnosti. Američani bodo satelit preučevali po fazah, predhodno pa so na sondo obesili georadar za merjenje podpovršinske sestave predmeta, da bi ugotovili, kako debela je drobnozrnata plast regolita in kakšne težave bo ustvaril za prihodnja iztovarjanja. Druga pomembna orodja so lahko dozimetri za preučevanje sevalnega okolja, kamere in spektrometer za analizo mineralne sestave površine. PHLOTE bo zagotovil stalno prisotnost "oči v nebo" za pristajalne misije in operativni nadzor.
Navigacijski ultra natančni Dopplerjev lidar, ultralahki sončni kolektorji in visoko učinkoviti električni pogonski sistemi bi morali postajo še dolgo lebdeti.
Ta zasnova je lahko koristna tudi med pristankom osebe na površju Marsa. Ker ima Fobos sestavo, podobno meteoritom - ogljikovim hondritom, naj bi vseboval minerale, ki jih lahko uporabimo za dopolnitev zaloge kisika in goriva na poti nazaj na Zemljo.
Vendar takšen "povodec" ne moremo uporabiti samo na Fobosu, temveč tudi na Deimosu, pa tudi na točki L1 sistema Pluton-Haron, kjer sta obe telesi plimovalno "zaklenjeni" (vedno obrnjeni drug proti drugemu z enakih strani). To pomeni, da bi se vesoljsko plovilo, kot je PHLOTE, lahko na povodcu spustilo v redko ozračje Plutona in preučevalo njegovo kemično sestavo na vseh nadmorskih višinah (za razliko od tradicionalne sonde).
Jablane na Marsu
Adam Erkin z Kalifornijske univerze v Berkeleyju, ki ga je junak Matta Damona v filmu "The Martian" (2015) navdihnil živahne (a znanstveno dvomljive) epizode gojenja Marsovskega krompirja, je razmišljal o možnosti pretvorbe Marsovskih tal v hranilni medij z uporabo bioinženiringa. Predlagano je odstranjevanje bakterij, ki so sposobne razstrupljanja perkloratov (soli klorovodikove kisline) v Marsovskih tleh, in njihovo obogatitev z amoniakom.
Seveda takega razvoja težko podcenjujemo v smislu podpiranja prihodnjih misij s posadko na Mars, pa tudi nadaljnjega oblikovanja tega planeta. Ločeno so postopki odstranjevanja perklorata in vezave dušika že znani biologom, vendar je treba ustvariti seve mikroorganizmov ene vrste, ki so sposobni hkrati.
V ta namen se načrtuje preučevanje ekstremofilnih bakterij iz rodu Pseudomonas in predvsem Pseudomonas stutzeri, katerih različni sevi se lahko borijo proti perkloratu in imajo sposobnost vezave dušika (na primer sev A1501). Psevdomonade imajo dve pomembni prednosti, zaradi katerih so poskusi z njimi bolj priročni kot na primer s fotosintetskimi ekstremofili - cianobakterijami: lahko uporabite metode, ki so že razvite na E. coli, poleg tega pa je podvojitev "letine" možna v samo eni uri (ne sedmih ure ali celo štiri dni, kot je to pri cianobakterijah).
Za simulacijo razmer na Marsu so že razvili kamero: tlak manjši od 10 kPa, temperatura od –60 do +40 ° С, nizka jakost svetlobe, ultravijolično sevanje, atmosfera, sestavljena iz 95% ogljikovega dioksida in 3% dušika. Treba je razjasniti obseg najbolj ekstremnih pogojev, v katerih bodo preučeni sevi lahko preživeli, se razmnožili in izpolnili svoj namen.
Vendar ta razvoj ne bo omejen le na Mars - v prihodnosti se načrtuje preučitev možnosti bioremediacije zemeljskih tal z odstranjenimi bakterijami: na primer čiščenje zemlje v bližini naftnih vrtin, v primeru strupenih razlivov, obogatitev tal za povečanje pridelave zelenjave, boj proti lakoti v sušnih regijah, zadovoljevanje potreb velikih skupin prebivalstva itd.
Vakuumska zračna ladja za Mars
Ta koncept, ki ga je predlagal John Paul Clarke iz Georgia Tech, je podoben običajni zračni ladji z edino razliko, da dvigala ne ustvarja ogrevan zrak, helij ali vodik, temveč trda struktura, ki vzdržuje vakuum znotraj, izpodriva zrak in s tem zagotavlja dviganje.
Obstoječi materiali še ne morejo vzdržati atmosferskega tlaka na Zemlji, toda na Marsu je atmosferski tlak dva reda velikosti nižji, pri čemer delovanje vakuumske zračne ladje ni le mogoče, ampak prinaša tudi določene koristi v primerjavi s tradicionalnimi zračnimi ladje. Lupina naj bi bila večplastna in rešetkasta. Rešetka se uporablja za podporo dveh slojev vakuumskega plašča. Marsovsko ozračje ima višjo povprečno molekulsko maso in temperaturo kot drugi planeti v sončnem sistemu.
Posledično lahko vakuumska marsovska zračna ladja teoretično prenaša dvakrat več tovora kot helij ali vodik enake velikosti, vendar je ugodno primerljiva z roverjem, saj se ne bo zataknila v pesku.
Če je vakuumska zračna ladja brez tlaka, jo je mogoče popraviti in zrak spet črpati, medtem ko običajna zračna ladja ne more vrniti dovoda helija ali vodika. Ker vakuumska zračna ladja za vzpon ne uporablja plina, lahko izvede skoraj neskončno število kompenzacijskih manevrov za prilagajanje ali stabiliziranje nadmorske višine kot odziv na spremembe temperature okolice.
Vakuumski blemp lahko s svojo togo lupino zaščiti tudi instrumente pred sončnim sevanjem in visokoenergijskimi delci ter sprejme sončne celice. Ostalo je le najti takšne materiale in strukture, ki bodo dovolj lahki in močni, da bodo zdržali zunanji pritisk …
Najhitrejša ladja
John Brophy iz Nasinega laboratorija za reaktivni pogon je predlagal nov način letenja na obrobje sončnega sistema. Pluton na svoji ladji je dosegljiv v 3,6 letih,
razdalja 500 astronomskih enot pa je prevožena v 12 letih.
V enem letu bo v orbito Jupitra mogoče dostaviti tudi tovor 80 ton, kar odpira možnost misij s posadko na orjaške planete.
Nova arhitektura vključuje ustvarjanje vrste laserskih oddajnikov s premerom 10 km in močjo 100 MW, ki pospešijo delovanje aparata; prisotnost niza fotocelic na samem vesoljskem plovilu, ki učinkovito zajema oddano energijo s fino nastavitvijo na laserske frekvence in ustvarja napetost 12 kV; končno pa ionski motor s specifičnim impulzom 58 tisoč z močjo 70 MW (izkaže se, da je učinkovitost pretvorbe svetlobe 70-odstotna), kjer se kot delovni medij uporablja litij in ne bolj znani ksenon.
Litij je shranjen kot trdna snov, je zlahka ioniziran, odpravlja uhajanje inertnega plina iz potisnika in erozijo, kar zagotavlja zelo dolgo življenjsko dobo raketnega motorja.
Za hitro vesoljsko plovilo je pomembno, da ima majhno maso z visoko specifično potiskom motorja. Z odstranitvijo vira energije in večine strojne opreme za pretvorbo energije z zamenjavo vsega z nizom sončnih celic lahko dosežemo razmerje 0,25 kg / kW. Za primerjavo: sodobna avtomatska postaja Dawn, ki se ukvarja z raziskovanjem asteroida Zahod in pritlikavega planeta Ceres, ima 300 kg / kW in specifični impulz 3000 s.
V prihodnosti vse to omogoča razmišljanje o medzvezdnih potovanjih.
Obisk pekla
Robert Youngquist iz NASA-jevega vesoljskega centra Kennedy je predlagal razvoj nove visokotemperaturne prevleke, ki bo odsevala do 99,9% sončnih žarkov, kar je 80-krat bolje kot sedanji. To bo doseženo z uporabo premaza z nizko temperaturo, ki se trenutno razvija s finančno podporo NIAC.
Z računalniško simulacijo naj bi povečali učinkovitost reflektorja, izračunali njegovo zmogljivost in pridobili delujoč prototip, ki ga bodo poslali na testiranje partnerjem iz Laboratorija za uporabno fiziko Univerze Johns Hopkins. Rezultati modeliranja in testiranja bodo uporabljeni za razvijanje misije na Sonce, med katero se bo naprava morala približati površini zvezde na razdalji enega sončnega polmera
- za red velikosti bližje kot Solar Probe Plus, ki naj bi se začel avgusta 2018. Poleg tega, da bo podrl še en rekord, bo ta projekt znatno napredoval pri reševanju težav s toplotno zaščito in izboljšal termični nadzor med prihodnjimi misijami na Merkur.
Maxim Borisov