Sechs unglaubliche Weltraumprojekte, in die die NASA investiert hat
Springen Sie auf Pluto, ein Seil zum Mars-Satelliten Phobos und der schnellsten Raumfahrt-Engine - Gazeta. Ru.
Unter der Schirmherrschaft der American National Space Agency NASA findet jährlich ein Wettbewerb von offen wahnsinnig halbphantastischen Projekten statt, dessen Ziel es ist, diejenigen auszuwählen, die, wenn sie realisierbar sind, zu bahnbrechenden Weltraummissionen werden könnten. Im Rahmen des Programms innovativer fortgeschrittener Konzepte (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC) werden sowohl vollständig realisierbare Projekte als auch etwas aus einer sehr fernen Zukunft vorgeschlagen.
So wurde zum Beispiel im Jahr 2011 die Begeisterung durch die Zuweisung von Mitteln ausgelöst, um die Möglichkeit der Schaffung eines "Traktorstrahls" zu untersuchen - wie der, der in der Star Trek-Serie Objekte über eine Distanz transportierte. Manchmal werden sogar offen pseudowissenschaftliche Konzepte vorgeschlagen und subventioniert, aber zum Glück gibt es nicht viele davon.
In diesem Jahr hat die Raumfahrtagentur beschlossen, frühzeitig in 15 vorgeschlagene Technologien zu investieren (in der sogenannten Phase I - der ersten Phase). Gemäß den Regeln wird den Gewinnern jeweils 125.000 US-Dollar angeboten, um innerhalb von neun Monaten eine erste Machbarkeitsstudie durchzuführen, die Machbarkeit des Konzepts zu belegen und bei Erfolg innerhalb von zwei Jahren innerhalb der zweiten Phase zusätzliche Investitionen (bis zu 500.000 US-Dollar) zu beantragen eine vielversprechende Entwicklung studieren.
Fast jeder kann am Wettbewerb teilnehmen (es ist nur wichtig, dass die Gruppe mindestens einen amerikanischen Staatsbürger umfasst).
„Das NIAC-Programm zieht Forscher und Innovatoren aus Wissenschaft und Technik an, darunter Vertreter von Haushaltsorganisationen“, erklärt Steven Yurchik, stellvertretender Stabschef für Weltraumtechnologie bei der NASA. "Das Programm bietet Jugendlichen die Möglichkeit und die Mittel, spekulative Luft- und Raumfahrtkonzepte zu erforschen, die wir evaluieren und in unser zukünftiges Technologieportfolio aufnehmen."
Einer der Gewinner war diesmal das Projekt eines aus Russland stammenden NASA-Mitarbeiters Vyacheslav Turyshev - eines Weltraumteleskops, das die Sonne als Linse zur Untersuchung von Exoplaneten verwendet, wie Gazeta. Ru zuvor berichtete.
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Eine vollständige Liste von 2017 für die erste und zweite Stufe finden Sie hier, und wir listen die unserer Meinung nach interessantesten Phase-I-Konzepte unten auf.
Auf Pluto springen
Benjamin Goldman von der Global Aerospace Corporation stellte das Konzept einer automatischen interplanetaren Station vor (siehe Abbildung oben), die mit einer Geschwindigkeit von 14 km / s in die Atmosphäre von Pluto eintritt und ein Landemodul mit einem Gewicht von 200 kg an die Oberfläche eines Zwergplaneten liefert, wodurch die Geschwindigkeit aufgrund aerodynamischen Bremsens und Ausgaben verringert wird Das sind nur ein paar Kilogramm Kraftstoff.
Der Oberflächendruck von Pluto ist 10 Millionen Mal niedriger als der der Erde, aber seine Atmosphäre ist etwa sieben Mal so groß wie die der Erde und sein Volumen ist 350 Mal so groß wie das von Pluto selbst. Wenn das Schiff hundert Kilometer einer solchen superverdünnten Atmosphäre (genauer gesagt der Exosphäre) passiert, kann es 99,999% seiner anfänglichen kinetischen Energie verlieren, was zu einer Endgeschwindigkeit führt, die vergleichbar oder sogar niedriger ist als bei der Landung von Rovers auf dem Mars. Mit diesem Trick kann der Gesamtbedarf an Raketentreibstoff für die Pluto-Landung auf 3,5 kg reduziert werden.
Nach wissenschaftlichen Untersuchungen am ersten Landeplatz wechselt das Abstiegsfahrzeug in den "Bouncing" -Modus. Aufgrund der geringen Schwerkraft (0,063 "same") kann es von Ort zu Ort springen und besonders interessante Bereiche der Landschaft untersuchen. Das vorgeschlagene Konzept ermöglicht eine detaillierte Untersuchung der Oberfläche von Pluto unter Verwendung eines Geräts mit relativ geringer Masse und angemessenen Kosten in 10 bis 15 Jahren.
Weltraumaufzug über Phobos
Kevin Kempton vom Langley Research Center der NASA schlug vor, eine mit Sensoren gefüllte Sonde über die Oberfläche von Phobos, einem der beiden Monde des Mars, zu hängen. Im Gegensatz zum zweiten Satelliten, Deimos, ist Phobos massiver und befindet sich näher am Planeten. Es wird vorgeschlagen, die Sonde mit dem Namen PHLOTE mit Hilfe eines Kabels zu befestigen, das vom Lagrange-Punkt L1 gespannt ist (dies ist der Bereich der Gravitationsstabilität auf der geraden Linie, die den Planeten und seinen Satelliten verbindet).
Da sich Punkt L1 nur 3,1 km von der Oberfläche von Phobos entfernt befindet, werden keine Anforderungen an die Länge des Kabels gestellt, die die Fähigkeiten moderner Technologien überschreiten (es ist geplant, es auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren herzustellen).
Die Sonde mit Sensoren kann entweder über der Oberfläche des Satelliten schweben (immer mit einer Seite zum Mars gedreht) oder zu Boden abtauchen.
Aufgrund der sehr geringen Schwerkraft auf Phobos erfährt die Sonde relativ geringe Berstlasten.
Phobos selbst ist ein sehr interessantes Objekt. Wissenschaftler aus der UdSSR und später aus Russland haben große Anstrengungen unternommen, um es zu studieren, aber alle Expeditionen waren erfolglos. Das nächste "Phobos-Grunt" ist bei uns in Zukunft geplant. Die Amerikaner werden den Satelliten schrittweise untersuchen, nachdem sie zuvor ein Georadar an die Sonde gehängt haben, um die Zusammensetzung des Objekts unter der Oberfläche zu messen, um festzustellen, wie dick die Schicht aus feinkörnigem Regolith ist und welche Probleme sie für zukünftige Landungen verursachen wird. Andere wichtige Werkzeuge können Dosimeter zur Untersuchung der Strahlungsumgebung, Kameras und ein Spektrometer zur Analyse der Mineralzusammensetzung der Oberfläche sein. PHLOTE bietet eine permanente "Auge in den Himmel" -Präsenz für Landemissionen und Betriebsüberwachung.
Das hochpräzise Navigations-Doppler-Lidar, ultraleichte Sonnenkollektoren und hocheffiziente elektrische Antriebssysteme sollten die Station lange Zeit "schweben" lassen.
Dieses Design kann auch bei der Landung einer Person auf der Marsoberfläche nützlich sein. Da Phobos eine ähnliche Zusammensetzung wie Meteoriten hat - kohlenstoffhaltige Chondrite -, wird angenommen, dass es Mineralien enthält, mit denen die Sauerstoff- und Kraftstoffvorräte auf dem Weg zurück zur Erde wieder aufgefüllt werden können.
Eine solche "Leine" kann jedoch nicht nur bei Phobos, sondern auch bei Deimos sowie am L1-Punkt des Pluto-Charon-Systems verwendet werden, wo beide Körper gezeitenweise "verriegelt" sind (immer von denselben Seiten zueinander gedreht). Dies bedeutet, dass ein Raumschiff wie PHLOTE an der Leine in Plutos verdünnte Atmosphäre abtauchen und seine chemische Zusammensetzung in allen Höhenlagen untersuchen könnte (im Gegensatz zu einer herkömmlichen Sonde).
Apfelbäume auf dem Mars
Adam Erkin von der University of California in Berkeley, inspiriert von den lebhaften (aber wissenschaftlich zweifelhaften) Episoden des Anbaus von Mars-Kartoffeln durch den Helden von Matt Damon im Film "The Martian" (2015), dachte über die Möglichkeit nach, Mars-Boden mithilfe von Bioengineering in ein Nährmedium umzuwandeln. Es wird vorgeschlagen, Bakterien, die Perchlorate (Salze der Perchlorsäure) im Marsboden entgiften können, zu entfernen und mit Ammoniak anzureichern.
Natürlich können solche Entwicklungen im Hinblick auf die Unterstützung zukünftiger bemannter Missionen zum Mars sowie die weitere Terraformierung dieses Planeten kaum überschätzt werden. Unabhängig davon sind den Biologen bereits bekannt, wie Perchlorat entfernt und Stickstoff fixiert werden kann. Es ist jedoch erforderlich, Stämme von Mikroorganismen einer Art zu erzeugen, die beide gleichzeitig können.
Zu diesem Zweck ist geplant, extremophile Bakterien der Gattung Pseudomonas und vor allem Pseudomonas stutzeri zu untersuchen, deren verschiedene Stämme sowohl Perchlorat bekämpfen als auch Stickstoff binden können (z. B. Stamm A1501). Pseudomonaden haben zwei wichtige Vorteile, die Experimente mit ihnen bequemer machen als beispielsweise mit photosynthetischen Extremophilen - Cyanobakterien: Sie können Methoden anwenden, die bereits an E. coli erarbeitet wurden, und außerdem ist eine Verdoppelung der "Ernte" in nur einer Stunde möglich (nicht sieben) Stunden oder sogar vier Tage, wie dies bei Cyanobakterien der Fall ist).
Es wurde bereits eine Kamera entwickelt, um die Bedingungen auf dem Mars zu simulieren: Druck unter 10 kPa, Temperatur von –60 bis +40 ° C, geringe Lichtintensität, ultraviolette Strahlung, Atmosphäre bestehend aus 95% Kohlendioxid und 3% Stickstoff. Es ist notwendig, den Bereich der extremsten Bedingungen zu klären, unter denen die untersuchten Stämme überleben, sich vermehren und ihren Zweck erfüllen können.
Diese Entwicklungen werden sich jedoch nicht auf den Mars beschränken. In Zukunft soll die Möglichkeit einer biologischen Sanierung des Erdbodens mit entfernten Bakterien untersucht werden: Zum Beispiel das Land in der Nähe von Ölquellen reinigen, bei giftigen Verschmutzungen den Boden bereichern, um die Gemüseproduktion zu steigern, den Hunger in ariden Regionen bekämpfen und die Bedürfnisse großer Gruppen befriedigen Bevölkerung usw.
Vakuumluftschiff für den Mars
Dieses von John Paul Clarke von Georgia Tech vorgeschlagene Konzept ähnelt einem herkömmlichen Luftschiff mit dem einzigen Unterschied, dass der Auftrieb nicht durch erwärmte Luft, Helium oder Wasserstoff erzeugt wird, sondern durch eine starre Struktur, die ein Vakuum im Inneren aufrechterhält, die Luft verdrängt und dadurch Auftrieb bietet.
Die vorhandenen Materialien können dem atmosphärischen Druck auf der Erde noch nicht standhalten, aber auf dem Mars ist der atmosphärische Druck um zwei Größenordnungen niedriger, wobei der Betrieb eines Vakuumluftschiffs nicht nur möglich ist, sondern auch gewisse Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Luftschiffen bringt. Die Schale soll mehrschichtig und gitterförmig sein. Das Gitter wird verwendet, um zwei Schichten des Vakuummantels zu tragen. Die Marsatmosphäre hat ein höheres durchschnittliches Molekulargewicht und eine höhere Temperatur als andere Planeten im Sonnensystem.
Infolgedessen kann ein Vakuum-Mars-Luftschiff theoretisch doppelt so viel Nutzlast tragen wie ein Helium- oder Wasserstoff-Luftschiff ähnlicher Größe, ist jedoch im Vergleich zum Rover insofern günstig, als es nicht im Sand stecken bleibt.
Wenn ein Vakuumluftschiff drucklos ist, kann es repariert und die Luft wieder abgepumpt werden, während ein herkömmliches Luftschiff die Versorgung mit Helium oder Wasserstoff nicht zurückgeben kann. Da das Vakuumluftschiff kein Gas für den Aufstieg verwendet, kann es eine nahezu unendliche Anzahl von Ausgleichsmanövern ausführen, um die Höhe als Reaktion auf Änderungen der Umgebungstemperatur anzupassen oder zu stabilisieren.
Das Vakuum-Luftschiff kann auch seine starre Hülle verwenden, um Instrumente vor Sonneneinstrahlung und energiereichen Partikeln zu schützen, und kann Sonnenkollektoren aufnehmen. Es bleiben nur solche Materialien und Strukturen zu finden, die leicht und stark genug sind, um äußerem Druck standzuhalten …
Schnellstes Schiff
John Brophy vom Jet Propulsion Laboratory der NASA hat einen neuen Weg vorgeschlagen, um in die Außenbezirke des Sonnensystems zu fliegen. Pluto auf seinem Schiff kann in 3,6 Jahren erreicht werden, und eine Entfernung von 500 astronomischen Einheiten wird in 12 Jahren zurückgelegt.
In einem Jahr wird es auch möglich sein, eine Nutzlast von 80 Tonnen in die Umlaufbahn des Jupiter zu bringen, was die Möglichkeit bemannter Missionen für Riesenplaneten eröffnet.
Die neue Architektur beinhaltet die Schaffung einer Reihe von Laserstrahlern mit einem Durchmesser von 10 km und einer Leistung von 100 MW, die die Vorrichtung beschleunigen. das Vorhandensein einer Anordnung von Fotozellen auf dem Raumfahrzeug selbst, wodurch die übertragene Energie durch Feinabstimmung auf die Laserfrequenzen und Erzeugen einer Spannung von 12 kV effektiv erfasst wird; Schließlich ein Ionenmotor mit einem spezifischen Impuls von 58.000 mit einer Leistung von 70 MW (es stellt sich heraus, dass der Wirkungsgrad der Lichtumwandlung 70% beträgt), bei dem Lithium als Arbeitsmedium und nicht das bekanntere Xenon verwendet wird.
Lithium wird als Feststoff gespeichert, ist leicht ionisierbar, verhindert das Austreten von Inertgas aus dem Triebwerk und die Erosion, was eine sehr lange Lebensdauer des Raketenmotors gewährleistet.
Für ein schnelles Raumfahrzeug ist es wichtig, eine geringe Masse mit einem hohen spezifischen Motorschub zu haben. Durch Entfernen der Stromquelle und des größten Teils der Stromumwandlungshardware aus dem Schiff und Ersetzen durch eine leichte Anordnung von Solarzellen kann ein Verhältnis von 0,25 kg / kW erreicht werden. Zum Vergleich: Die moderne Automatikstation Dawn, die den Asteroiden West und den Zwergplaneten Ceres erforscht, hat 300 kg / kW und einen spezifischen Impuls von 3000 s.
All dies ermöglicht es in Zukunft, über interstellare Reisen nachzudenken.
Besuch in der Hölle
Robert Youngquist vom Kennedy Space Center der NASA hat die Entwicklung einer neuen Hochtemperaturbeschichtung vorgeschlagen, die bis zu 99,9% der Sonnenstrahlen reflektiert, 80-mal besser als derzeitige Gegenstücke. Dies wird durch die Verwendung einer Niedertemperaturbeschichtung erreicht, die derzeit mit finanzieller Unterstützung des NIAC entwickelt wird.
Durch Computersimulation soll die Effizienz des Reflektors gesteigert, seine Leistung berechnet und ein funktionierender Prototyp erhalten werden, der zum Testen an Partner des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University gesendet wird. Die Ergebnisse der Modellierung und Tests werden verwendet, um eine Mission zur Sonne zu entwickeln, bei der sich das Gerät der Oberfläche des Sterns in einem Abstand von einem Sonnenradius nähern muss
- eine Größenordnung näher als Solar Probe Plus, dessen Start für August 2018 geplant ist. Dieses Projekt wird nicht nur einen weiteren Rekord brechen, sondern auch bedeutende Fortschritte bei der Lösung von Wärmeschutzproblemen und der Verbesserung der Wärmekontrolle bei künftigen Missionen bei Mercury erzielen.
Maxim Borisov