Enam projek angkasa luar biasa yang dilaburkan oleh NASA
Melompat di Pluto, tali ke satelit Mars Phobos dan mesin angkasa terpantas - Gazeta. Ru bercakap tentang projek luar biasa yang NASA memutuskan untuk melabur.
Di bawah naungan Agensi Angkasa Nasional Amerika NASA, sebuah pertandingan projek-projek semi-fantastik yang terus terang diadakan setiap tahun, yang bertujuan untuk memilih projek-projek yang, jika dapat dilaksanakan, dapat menjadi misi ruang angkasa yang baru. Program konsep maju inovatif (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) menawarkan projek yang dapat direalisasikan sepenuhnya dan sesuatu dari masa depan yang sangat jauh.
Oleh itu, misalnya, pada tahun 2011, kebisingan disebabkan oleh peruntukan dana untuk mengkaji kemungkinan membuat "balok traktor" - seperti yang membawa objek dari jarak jauh dalam siri "Star Trek". Kadang-kadang walaupun konsep saintifik semu dicadangkan dan disubsidi, tetapi untungnya tidak banyak dari mereka.
Tahun ini, agensi angkasa memutuskan untuk melabur dalam 15 teknologi yang dicadangkan pada peringkat awal (pada tahap yang disebut Tahap I - tahap pertama). Mengikut peraturan, setiap pemenang ditawarkan $ 125 ribu masing-masing untuk melakukan kajian kemungkinan awal dalam sembilan bulan, menunjukkan kemungkinan konsep dan, jika berjaya, memenuhi syarat untuk pelaburan tambahan (hingga $ 500 ribu) dalam dua tahun dalam tahap kedua mengkaji perkembangan yang menjanjikan.
Hampir semua orang boleh menyertai pertandingan ini (hanya penting kumpulan ini merangkumi sekurang-kurangnya seorang warganegara Amerika).
"Program NIAC menarik para penyelidik dan inovator dari komuniti saintifik dan kejuruteraan, termasuk wakil organisasi belanjawan," jelas Steven Yurchik, penolong ketua staf teknologi ruang angkasa NASA. "Program ini memberi peluang dan sarana kepada para remaja untuk meneroka konsep ruang angkasa spekulatif yang sedang kita evaluasi dan ketepikan dalam portfolio teknologi masa depan kita."
Salah satu pemenang kali ini adalah projek orang asli Rusia, pekerja NASA, Vyacheslav Turyshev - teleskop ruang angkasa yang menggunakan Matahari sebagai lensa untuk mengkaji eksoplanet, yang pernah dilaporkan oleh Gazeta. Ru sebelumnya.
Video promosi:
Senarai lengkap 2017 untuk peringkat pertama dan kedua boleh didapati di sini, dan kami menyenaraikan konsep Fasa I yang paling menarik, menurut kami.
Melompat pada Pluto
Benjamin Goldman dari Global Aerospace Corporation mengemukakan konsep stesen antarplanet automatik (lihat ilustrasi di atas), yang akan memasuki atmosfer Pluto pada kelajuan 14 km / s dan menyampaikan modul pendaratan dengan berat 200 kg ke permukaan planet kerdil, mengurangkan kelajuan akibat pengereman dan perbelanjaan aerodinamik ini hanya beberapa kilogram bahan bakar.
Tekanan pada permukaan Pluto 10 juta kali lebih rendah daripada Bumi, tetapi atmosfernya sekitar tujuh kali lebih besar daripada Bumi, dan isinya 350 kali lebih tinggi daripada Pluto itu sendiri. Melewati seratus kilometer dari atmosfer yang sangat jarang (lebih tepatnya, eksosfera), kapal itu dapat kehilangan 99,999% tenaga kinetik awalnya, yang akan membawa kepada kecepatan akhir yang setanding atau bahkan lebih rendah daripada ketika penumpang mendarat di Marikh. Dengan muslihat ini, jumlah keperluan bahan bakar roket untuk pendaratan Pluto dapat dikurangkan menjadi 3.5 kg.
Setelah melakukan penyelidikan saintifik di lokasi pendaratan awal, kenderaan turun akan beralih ke mod "memantul" - kerana graviti rendah (0,063 "sama") ia akan dapat melompat dari satu tempat ke tempat lain, memeriksa kawasan lanskap yang sangat menarik. Konsep yang dicadangkan akan memungkinkan kajian terperinci mengenai permukaan Pluto menggunakan alat yang berjisim rendah dengan kos yang berpatutan dalam 10-15 tahun.
Lif ruang atas Phobos
Kevin Kempton dari Pusat Penyelidikan Langley NASA mencadangkan menggantung probe yang dipenuhi dengan sensor di permukaan Phobos, salah satu bulan dua bulan Mars. Tidak seperti satelit kedua, Deimos, Phobos lebih besar dan terletak lebih dekat dengan planet ini. Dianjurkan untuk memperbaiki probe, bernama PHLOTE, dengan bantuan kabel yang terbentang dari titik Lagrange L1 (ini adalah kawasan kestabilan graviti pada garis lurus yang menghubungkan planet ini dan satelitnya).
Oleh kerana titik L1 terletak hanya 3.1 km dari permukaan Phobos, tidak ada syarat yang dikenakan pada panjang kabel yang melebihi kemampuan teknologi moden (dirancang untuk membuatnya berdasarkan nanotube karbon).
Probe dengan sensor boleh berlegar di permukaan satelit (selalu berpaling ke Marikh dengan satu sisi), atau turun ke tanah.
Oleh kerana graviti yang sangat rendah pada Phobos, probe akan mengalami beban pecah yang agak rendah.
Phobos sendiri adalah objek yang sangat menarik; para saintis dari USSR, dan kemudian Rusia, telah banyak berusaha untuk kajiannya, tetapi semua ekspedisi tidak berjaya. "Phobos-Grunt" seterusnya dirancang bersama kami pada masa akan datang. Orang Amerika akan mempelajari satelit secara bertahap, sebelumnya menggantung georadar pada probe untuk mengukur komposisi permukaan bawah objek untuk menentukan seberapa tebal lapisan regolit halus dan masalah apa yang akan ditimbulkannya untuk pendaratan masa depan. Alat penting lain ialah dosimeter untuk mengkaji persekitaran radiasi, kamera dan spektrometer untuk menganalisis komposisi mineral permukaan. PHLOTE akan memberikan kehadiran "mata di langit" yang tetap untuk misi pendaratan dan pemantauan operasi.
Lidar Doppler ultra-tepat navigasi, panel solar ultra ringan dan sistem pendorong elektrik yang sangat cekap harus memastikan stesen "berlegar" dalam jangka masa yang lama.
Reka bentuk ini juga boleh berguna semasa pendaratan seseorang di permukaan Marikh. Oleh kerana Phobos mempunyai komposisi yang serupa dengan meteorit - chondrites berkarbon, dipercayai mengandungi mineral yang dapat digunakan untuk mengisi bekalan oksigen dan bahan bakar dalam perjalanan kembali ke Bumi.
Walau bagaimanapun, "tali" seperti itu dapat digunakan tidak hanya pada Phobos, tetapi juga pada Deimos, dan juga pada titik L1 sistem Pluto-Charon, di mana kedua badan itu pasang "terkunci" (selalu berpaling satu sama lain di sisi yang sama). Ini bermakna bahawa kapal angkasa seperti PHLOTE dapat turun ke atmosfer Pluto yang jarang ditemui, mempelajari komposisi kimianya di semua ketinggian (tidak seperti probe tradisional).
Pokok epal di Marikh
Adam Erkin dari University of California di Berkeley, yang diilhami oleh episod mengagumkan (tetapi meragukan secara saintifik) kentang Martian yang tumbuh oleh pahlawan Matt Damon dalam filem "The Martian" (2015), memikirkan kemungkinan mengubah tanah Martian menjadi medium nutrien menggunakan bioengineering. Dianjurkan untuk menghilangkan bakteria yang dapat menyahtoksin perklorat (garam asam perklorat) di tanah Martian, dan juga memperkaya dengan amonia.
Sudah tentu, perkembangan seperti itu tidak dapat ditaksir terlalu tinggi dalam hal menyokong misi berawak ke Marikh di masa depan, dan juga menjelajah planet ini. Secara berasingan, proses menyingkirkan perklorat dan membetulkan nitrogen sudah diketahui oleh ahli biologi, tetapi diperlukan untuk membuat strain mikroorganisma satu spesies, yang mampu keduanya pada masa yang sama.
Untuk tujuan ini, ia dirancang untuk mengkaji bakteria ekstrofofil genus Pseudomonas dan, pertama sekali, Pseudomonas stutzeri, strain yang berbeza yang dapat melawan perlorida dan mempunyai keupayaan untuk memperbaiki nitrogen (misalnya, strain A1501). Pseudomonads mempunyai dua kelebihan penting yang menjadikan eksperimen dengan mereka lebih mudah daripada, misalnya, dengan ekstrofil fotosintetik - cyanobacteria: anda boleh menggunakan kaedah yang telah dibuat pada E. coli, dan selain itu, menggandakan "penuaian" hanya mungkin dilakukan dalam satu jam (bukan tujuh berjam-jam atau bahkan empat hari, seperti yang berlaku pada cyanobacteria).
Kamera telah dikembangkan untuk mensimulasikan keadaan di Marikh: tekanan kurang dari 10 kPa, suhu dari –60 hingga +40 ° С, intensiti cahaya rendah, sinaran ultraviolet, atmosfera yang terdiri daripada 95% karbon dioksida dan 3% nitrogen. Adalah perlu untuk menjelaskan julat keadaan yang paling ekstrem di mana strain yang dikaji akan dapat bertahan, membiak dan memenuhi tujuannya.
Walau bagaimanapun, perkembangan ini tidak akan terbatas pada Marikh - di masa depan, ia dirancang untuk mengkaji kemungkinan bioremediasi tanah bumi dengan bakteria yang disingkirkan: misalnya, membersihkan tanah di dekat sumur minyak, sekiranya berlaku tumpahan toksik, memperkaya tanah untuk meningkatkan pengeluaran sayur-sayuran, memerangi kelaparan di wilayah gersang, memenuhi keperluan kumpulan besar penduduk, dll.
Kapal udara vakum untuk Mars
Konsep ini, yang dikemukakan oleh John Paul Clarke dari Georgia Tech, mirip dengan kapal udara konvensional dengan satu-satunya perbezaan bahawa lif dihasilkan bukan oleh udara yang dipanaskan, helium atau hidrogen, tetapi oleh struktur kaku yang mengekalkan vakum di dalamnya, menggantikan udara dan dengan itu memberikan pengangkatan.
Bahan yang ada belum dapat menahan tekanan atmosfera di Bumi, tetapi di Mars tekanan atmosfera adalah dua urutan magnitud yang lebih rendah, di mana pengoperasian kapal udara vakum tidak hanya mungkin, tetapi juga membawa manfaat tertentu dibandingkan dengan kapal udara tradisional. Cengkerang itu seharusnya dibuat multilayer dan kisi. Grid digunakan untuk menyokong dua lapisan jaket vakum. Suasana Mars mempunyai berat molekul dan suhu rata-rata yang lebih tinggi daripada planet lain dalam sistem suria.
Hasilnya, kapal udara Martian vakum secara teorinya dapat membawa muatan dua kali lebih banyak daripada helium atau hidrogen dengan ukuran yang sama, tetapi setanding dengan rover kerana ia tidak akan terjebak di pasir.
Sekiranya kapal udara vakum tertekan, maka ia dapat diperbaiki dan udara dipam keluar lagi, sementara kapal udara konvensional tidak dapat mengembalikan bekalan helium atau hidrogen. Oleh kerana kapal udara vakum tidak menggunakan gas untuk pendakian, ia dapat melakukan sejumlah manuver pampasan yang hampir tidak terbatas untuk menyesuaikan atau menstabilkan ketinggian sebagai tindak balas terhadap perubahan suhu lingkungan.
Blimp vakum juga dapat menggunakan cangkang kaku untuk melindungi instrumen dari radiasi matahari dan zarah bertenaga tinggi, dan dapat menampung panel suria. Hanya tinggal mencari bahan dan struktur yang ringan dan cukup kuat untuk menahan tekanan luar …
Kapal terpantas
John Brophy dari Jet Propulsion Laboratory NASA telah mencadangkan cara baru untuk terbang ke pinggiran sistem suria. Pluto di kapalnya dapat dicapai dalam 3,6 tahun, dan jarak 500 unit astronomi diliputi dalam 12 tahun.
Dalam satu tahun, kita juga dapat mengirimkan muatan 80 ton ke orbit Musytari, yang membuka kemungkinan misi berawak ke planet raksasa.
Senibina baru melibatkan penciptaan susunan pemancar laser dengan diameter 10 km dan kuasa 100 MW, yang mempercepat alat; kehadiran pelbagai photocell pada kapal angkasa itu sendiri, dengan berkesan menangkap tenaga yang dihantar dengan menala frekuensi laser dan menghasilkan voltan 12 kV; akhirnya, enjin ion dengan dorongan khusus 58 ribu dengan kekuatan 70 MW (ternyata kecekapan penukaran cahaya adalah 70%), di mana litium digunakan sebagai medium kerja, dan bukan xenon yang lebih biasa.
Lithium disimpan sebagai pepejal, ia mudah diionisasi, menghilangkan kebocoran gas lengai dari tujahan dan hakisan, yang memastikan jangka hayat motor roket yang sangat lama.
Untuk kapal angkasa yang pantas, penting untuk mempunyai jisim rendah dengan tujahan enjin khusus yang tinggi. Dengan mengeluarkan sumber kuasa dan sebahagian besar perkakasan penukaran kuasa dari kapal, menggantikannya dengan susunan sel suria yang ringan, nisbah 0.25 kg / kW dapat dicapai. Sebagai perbandingan: stesen automatik moden Dawn, yang terlibat dalam penyelidikan asteroid Barat dan planet kerdil Ceres, mempunyai 300 kg / kW dan dorongan khusus masing-masing 3000 s.
Pada masa akan datang, semua ini memungkinkan untuk memikirkan perjalanan antara bintang.
Melawat ke neraka
Robert Youngquist dari Pusat Angkasa Kennedy NASA telah mencadangkan untuk mengembangkan lapisan suhu tinggi baru yang akan memantulkan hingga 99.9% sinar matahari, 80 kali lebih baik daripada rakan-rakan semasa. Ini akan dicapai melalui penggunaan lapisan suhu rendah yang sedang dibangunkan dengan sokongan kewangan dari NIAC.
Melalui simulasi komputer, diharapkan dapat meningkatkan kecekapan reflektor, mengira kinerjanya dan memperoleh prototaip yang berfungsi, yang akan dikirim untuk diuji kepada rakan dari Makmal Fizik Gunaan Universiti Johns Hopkins. Hasil pemodelan dan pengujian akan digunakan untuk mengembangkan misi ke Matahari, di mana perangkat harus mendekati permukaan bintang pada jarak satu radius matahari
- urutan magnitud lebih dekat daripada Solar Probe Plus, yang dijadualkan dilancarkan pada Ogos 2018. Selain memecahkan rekod lain, projek ini akan membuat kemajuan yang signifikan dalam menyelesaikan masalah perlindungan terma dan meningkatkan kawalan termal semasa misi ke Mercury akan datang.
Maxim Borisov
