Zes ongelooflijke ruimteprojecten waarin NASA heeft geïnvesteerd
Springend op Pluto, een touw naar de Mars-satelliet Phobos en de snelste ruimtemotor - Gazeta. Ru vertelt over ongelooflijke projecten waarin NASA besloot te investeren.
Onder auspiciën van de Amerikaanse National Space Agency NASA wordt jaarlijks een wedstrijd van ronduit krankzinnige semi-fantastische projecten gehouden, met als doel de projecten te kiezen die, indien realiseerbaar, baanbrekende ruimtemissies kunnen worden. In het kader van het programma van innovatieve geavanceerde concepten (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) worden zowel volledig realiseerbare projecten als iets uit een zeer verre toekomst voorgesteld.
In 2011 werd het lawaai bijvoorbeeld veroorzaakt door de toewijzing van fondsen om de mogelijkheid te bestuderen om een "trekstraal" te creëren, zoals degene die objecten over een afstand vervoerde in de serie "Star Trek". Soms worden zelfs ronduit pseudowetenschappelijke concepten aangeboden en gesubsidieerd, maar gelukkig zijn er niet veel.
Dit jaar besloot het ruimteagentschap om in een vroeg stadium (in de zogenaamde fase I - de eerste fase) te investeren in 15 voorgestelde technologieën. Volgens de regels krijgen de winnaars elk $ 125.000 aangeboden om binnen negen maanden een eerste haalbaarheidsstudie uit te voeren, de haalbaarheid van het concept aan te tonen en, indien succesvol, binnen twee jaar in de tweede fase aanvullende investeringen (tot $ 500.000) aan te vragen. een veelbelovende ontwikkeling bestuderen.
Bijna iedereen kan deelnemen aan de wedstrijd (het is alleen belangrijk dat er minimaal één Amerikaans staatsburger in de groep zit).
"Het NIAC-programma trekt onderzoekers en innovators aan uit de wetenschappelijke en technische gemeenschappen, waaronder vertegenwoordigers van budgettaire organisaties", legt Steven Yurchik, assistent-stafchef voor ruimtetechnologie NASA, uit. "Het programma biedt jongeren de mogelijkheid en de middelen om speculatieve ruimtevaartconcepten te onderzoeken die we evalueren en opzij zetten in onze toekomstige technologieportfolio."
Een van de winnaars was dit keer het project van een inwoner van Rusland, NASA-medewerker Vyacheslav Turyshev - een ruimtetelescoop die de zon gebruikt als lens om exoplaneten te bestuderen, waarover Gazeta. Ru eerder berichtte.
Promotie video:
Een volledige lijst van 2017 voor de eerste en tweede fase is hier te vinden, en we noemen de meest interessante, naar onze mening, fase I-concepten hieronder.
Springen op Pluto
Benjamin Goldman van de Global Aerospace Corporation presenteerde het concept van een automatisch interplanetair station (zie afbeelding hierboven), dat de atmosfeer van Pluto zal binnendringen met een snelheid van 14 km / s en een lander van 200 kg naar het oppervlak van een dwergplaneet zal brengen, waardoor de snelheid afneemt als gevolg van aërodynamisch remmen en uitgeven dit is slechts een paar kilo brandstof.
De oppervlaktedruk van Pluto is 10 miljoen keer minder dan die van de aarde, maar de atmosfeer is ongeveer zeven keer zo groot als die van de aarde, en het volume is 350 keer dat van Pluto zelf. Bij het passeren van honderd kilometer van zo'n super-ijle atmosfeer (meer precies, de exosfeer) kan het schip 99,999% van zijn aanvankelijke kinetische energie verliezen, wat zal leiden tot een eindsnelheid die vergelijkbaar of zelfs lager is dan wanneer rovers op Mars landden. Met deze truc kan de totale raketbrandstofbehoefte voor de Pluto-landing worden teruggebracht tot 3,5 kg.
Na het uitvoeren van wetenschappelijk onderzoek op de eerste landingsplaats, zal het afdalingsvoertuig overschakelen naar de "stuiterende" modus - vanwege de lage zwaartekracht (0,063 "hetzelfde") zal het van plaats naar plaats kunnen springen, waarbij het bijzonder interessante delen van het landschap onderzoekt. Het voorgestelde concept zal een gedetailleerde studie van het oppervlak van Pluto mogelijk maken met behulp van een apparaat met een relatief lage massa en een redelijke prijs in 10-15 jaar.
Ruimtelift boven Phobos
Kevin Kempton van NASA's Langley Research Center stelde voor om een sonde vol sensoren op te hangen aan het oppervlak van Phobos, een van de twee manen van Mars. In tegenstelling tot de tweede satelliet, Deimos, is Phobos massiever en dichter bij de planeet. Er wordt voorgesteld om de sonde, PHLOTE genaamd, te bevestigen met behulp van een kabel die zich uitstrekt vanaf het Lagrange-punt L1 (dit is het gebied van zwaartekrachtstabiliteit op de rechte lijn die de planeet en zijn satelliet verbindt).
Aangezien punt L1 zich op slechts 3,1 km van het oppervlak van Phobos bevindt, worden aan de lengte van de kabel geen eisen gesteld die de mogelijkheden van moderne technologieën te boven gaan (het is de bedoeling om deze te maken op basis van koolstofnanobuisjes).
De sonde met sensoren kan ofwel over het oppervlak van de satelliet zweven (altijd met één kant naar Mars gericht), ofwel naar de grond afdalen.
Vanwege de zeer lage zwaartekracht op Phobos, zal de sonde relatief lage burst-belastingen ervaren.
Phobos zelf is een zeer interessant object; wetenschappers uit de USSR en later Rusland hebben veel moeite gedaan om het te bestuderen, maar alle expedities waren niet succesvol. De volgende "Phobos-Grunt" staat bij ons gepland in de toekomst. De Amerikanen gaan de satelliet in fasen bestuderen, nadat ze eerder een georadar aan een sonde hebben gehangen om de ondergrondsamenstelling van het object te meten om te bepalen hoe dik de fijnkorrelige regolietlaag is en welke problemen het zal opleveren voor toekomstige landingen. Andere belangrijke hulpmiddelen zijn bijvoorbeeld dosismeters voor het bestuderen van de stralingsomgeving, camera's en een spectrometer voor het analyseren van de minerale samenstelling van het oppervlak. PHLOTE zorgt voor een permanente "eye in the sky" -aanwezigheid voor landingsmissies en operationele monitoring.
Navigatie-ultra-nauwkeurige Doppler-lidar, ultralichte zonnepanelen en zeer efficiënte elektrische voortstuwingssystemen zouden het station lange tijd moeten laten "zweven".
Dit ontwerp kan ook handig zijn tijdens de landing van een persoon op het oppervlak van Mars. Omdat Phobos een samenstelling heeft die lijkt op meteorieten - koolstofhoudende chondrieten, wordt aangenomen dat het mineralen bevat die kunnen worden gebruikt om zuurstof en brandstof aan te vullen op de terugweg naar de aarde.
Een dergelijke "riem" kan echter niet alleen op Phobos worden gebruikt, maar ook op Deimos, evenals op het L1-punt van het Pluto-Charon-systeem, waar beide lichamen netjes zijn "vergrendeld" (altijd naar elkaar toe gedraaid door dezelfde kanten). Dit betekent dat een ruimtevaartuig als PHLOTE aan de lijn zou kunnen afdalen in de ijle atmosfeer van Pluto en de chemische samenstelling ervan op alle hoogten zou kunnen bestuderen (in tegenstelling tot een traditionele sonde).
Appelbomen op Mars
Adam Erkin van de University of California in Berkeley, geïnspireerd door de levendige (maar wetenschappelijk twijfelachtige) episodes van het kweken van aardappelen op Mars door de held van Matt Damon in de film "The Martian" (2015), dacht na over de mogelijkheid om de bodem van Mars om te zetten in een voedingsmedium met behulp van bio-engineering. Er wordt voorgesteld om bacteriën te verwijderen die perchloraten (zouten van perchloorzuur) in de bodem van Mars kunnen ontgiften, en om deze te verrijken met ammoniak.
Dergelijke ontwikkelingen kunnen natuurlijk nauwelijks worden overschat in termen van ondersteuning van toekomstige bemande missies naar Mars en het verder vormgeven van deze planeet. Afzonderlijk zijn de processen om perchloraat kwijt te raken en stikstof te fixeren al bekend bij biologen, maar het is vereist om stammen van micro-organismen van één soort te creëren, die beide tegelijkertijd kunnen.
Voor dit doel is het de bedoeling om extremofiele bacteriën van het geslacht Pseudomonas te bestuderen en allereerst Pseudomonas stutzeri, waarvan verschillende stammen zowel perchloraat kunnen bestrijden als het vermogen hebben om stikstof te fixeren (bijvoorbeeld stam A1501). Pseudomonaden hebben twee belangrijke voordelen die experimenten ermee gemakkelijker maken dan bijvoorbeeld met fotosynthetische extremofielen - cyanobacteriën: je kunt methoden gebruiken die al zijn uitgewerkt op E. coli, en bovendien is verdubbeling van de "oogst" mogelijk in slechts een uur (niet zeven uur of zelfs vier dagen, zoals het geval is bij cyanobacteriën).
Er is al een camera ontwikkeld om de omstandigheden op Mars te simuleren: druk minder dan 10 kPa, temperatuur van –60 tot +40 ° С, lage lichtintensiteit, ultraviolette straling, atmosfeer bestaande uit 95% kooldioxide en 3% stikstof. Het is noodzakelijk om de reeks van de meest extreme omstandigheden te verduidelijken waarin de bestudeerde soorten zullen kunnen overleven, reproduceren en hun doel zullen bereiken.
Deze ontwikkelingen zullen echter niet beperkt blijven tot Mars - in de toekomst is het de bedoeling om de mogelijkheid van bioremediatie van de aardbodem met verwijderde bacteriën te bestuderen: bijvoorbeeld het land schoonmaken in de buurt van oliebronnen, in geval van giftige lozingen, het verrijken van de grond om de groenteproductie te verhogen, het bestrijden van honger in droge gebieden, het voldoen aan de behoeften van grote groepen bevolking, etc.
Vacuüm luchtschip voor Mars
Dit concept, voorgesteld door John Paul Clarke van Georgia Tech, is vergelijkbaar met een conventioneel luchtschip, met het enige verschil dat de lift niet wordt gegenereerd door verwarmde lucht, helium of waterstof, maar door een stijve structuur die binnenin een vacuüm handhaaft, de lucht verplaatst en daardoor lift biedt.
De bestaande materialen kunnen de atmosferische druk op aarde nog niet weerstaan, maar op Mars is de atmosferische druk twee orden van grootte lager, waarbij de werking van een vacuümluchtschip niet alleen mogelijk is, maar ook bepaalde voordelen biedt in vergelijking met traditionele luchtschepen. De schaal moet meerlagig en rooster zijn gemaakt. Het rooster wordt gebruikt om twee lagen van de vacuümmantel te ondersteunen. De atmosfeer van Mars heeft een hoger gemiddeld molecuulgewicht en een hogere temperatuur dan andere planeten in het zonnestelsel.
Dientengevolge kan een vacuüm Mars-luchtschip theoretisch twee keer zoveel lading vervoeren als een helium- of waterstofluchtschip van vergelijkbare grootte, maar het steekt gunstig af bij de rover omdat het niet vast komt te zitten in het zand.
Als een vacuüm luchtschip drukloos wordt gemaakt, kan het worden gerepareerd en kan de lucht weer worden weggepompt, terwijl een conventioneel luchtschip de toevoer van helium of waterstof niet kan terugvoeren. Omdat het vacuümluchtschip geen gas gebruikt om op te stijgen, kan het een bijna oneindig aantal compenserende manoeuvres uitvoeren om de hoogte aan te passen of te stabiliseren als reactie op veranderingen in de omgevingstemperatuur.
De vacuümzeppelin kan zijn stijve schaal ook gebruiken om instrumenten te beschermen tegen zonnestraling en hoogenergetische deeltjes, en is geschikt voor zonnepanelen. Het blijft alleen om dergelijke materialen en structuren te vinden die licht en sterk genoeg zijn om externe druk te weerstaan …
Snelste schip
John Brophy van NASA's Jet Propulsion Laboratory heeft een nieuwe manier voorgesteld om naar de buitenwijken van het zonnestelsel te vliegen. Pluto op zijn schip kan in 3,6 jaar worden bereikt, en een afstand van 500 astronomische eenheden wordt in 12 jaar afgelegd.
Over een jaar zal het ook mogelijk zijn om een lading van 80 ton in de baan van Jupiter te brengen, wat de mogelijkheid van bemande missies opent naar reuzenplaneten.
De nieuwe architectuur omvat de creatie van een reeks laseremitters met een diameter van 10 km en een vermogen van 100 MW, die het apparaat versnellen; de aanwezigheid van een reeks fotocellen op het ruimtevaartuig zelf, die de uitgezonden energie effectief opvangen door fijnafstemming op de laserfrequenties en een spanning van 12 kV genereren; tenslotte een ionenmotor met een specifieke impuls van 58 duizend met een vermogen van 70 MW (het blijkt dat de efficiëntie van lichtomzetting 70% is), waarbij lithium als werkmedium wordt gebruikt, en niet het meer bekende xenon.
Lithium wordt opgeslagen als een vaste stof, wordt gemakkelijk geïoniseerd, elimineert lekkage van inert gas uit de boegschroef en erosie, wat een zeer lange levensduur van de raketmotor garandeert.
Voor een snel ruimtevaartuig is het belangrijk om een lage massa te hebben met een hoge specifieke motorstuwkracht. Door de stroomvoorziening en het grootste deel van de stroomomzettingshardware van het schip te verwijderen en alles te vervangen door een licht array van zonnecellen, kan een verhouding van 0,25 kg / kW worden bereikt. Ter vergelijking: het moderne automatische station Dawn, dat zich bezighoudt met onderzoek naar de asteroïde West en de dwergplaneet Ceres, heeft respectievelijk 300 kg / kW en een specifieke impuls van 3000 s.
Dit alles maakt het in de toekomst mogelijk om na te denken over interstellaire reizen.
Bezoek aan de hel
Robert Youngquist van NASA's Kennedy Space Center heeft voorgesteld een nieuwe coating voor hoge temperaturen te ontwikkelen die tot 99,9% van de zonnestralen reflecteert, 80 keer beter dan de huidige tegenhangers. Dit zal worden bereikt door het gebruik van een lage temperatuur coating die momenteel wordt ontwikkeld met financiële steun van de NIAC.
Door middel van computersimulatie wordt verwacht dat het de efficiëntie van de reflector verhoogt, de prestaties berekent en een werkend prototype verkrijgt, dat voor testen naar partners van het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University zal worden gestuurd. De resultaten van het modelleren en testen zullen worden gebruikt om een missie naar de zon te ontwikkelen, waarbij het apparaat het oppervlak van de ster moet naderen op een afstand van één zonnestraal.
- een orde van grootte dichterbij dan Solar Probe Plus, dat naar verwachting in augustus 2018 wordt gelanceerd. Naast het breken van een nieuw record, zal dit project aanzienlijke vooruitgang boeken bij het oplossen van thermische beschermingsproblemen en het verbeteren van thermische controle tijdens toekomstige missies naar Mercury.
Maxim Borisov