Sei incredibili progetti spaziali in cui la NASA ha investito
Saltando su Plutone, una corda per il satellite di Marte Phobos e il motore spaziale più veloce - Gazeta. Ru parla di progetti incredibili in cui la NASA ha deciso di investire.
Sotto gli auspici dell'Agenzia spaziale nazionale americana NASA, si tiene ogni anno un concorso di progetti semi-fantastici francamente folli, il cui obiettivo è scegliere quelli che, se realizzabili, potrebbero diventare missioni spaziali rivoluzionarie. Nell'ambito del programma di concetti avanzati innovativi (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), vengono proposti sia progetti completamente realizzabili che qualcosa da un futuro molto lontano.
Così, ad esempio, nel 2011, il rumore è stato causato dallo stanziamento di fondi per studiare la possibilità di creare un "raggio traente" - come quello che trasportava oggetti a distanza nella serie "Star Trek". A volte vengono proposti e sovvenzionati anche concetti francamente pseudoscientifici, ma fortunatamente non ce ne sono molti.
Quest'anno, l'agenzia spaziale ha deciso di investire in 15 tecnologie proposte in una fase iniziale (nella cosiddetta Fase I - la prima fase). Secondo le regole, ai vincitori vengono offerti 125 mila dollari ciascuno per condurre uno studio di fattibilità iniziale entro nove mesi, mostrare la fattibilità del concetto e, in caso di successo, qualificarsi per ulteriori investimenti (fino a 500 mila dollari) entro due anni entro la seconda fase studiando uno sviluppo promettente.
Quasi chiunque può partecipare al concorso (è importante solo che il gruppo includa almeno un cittadino americano).
"Il programma NIAC attira ricercatori e innovatori delle comunità scientifiche e ingegneristiche, inclusi rappresentanti di organizzazioni di bilancio", spiega Steven Yurchik, assistente capo del personale per la tecnologia spaziale alla NASA. "Il programma offre ai giovani l'opportunità e i mezzi per esplorare concetti aerospaziali speculativi che stiamo valutando e mettendo da parte nel nostro futuro portafoglio tecnologico".
Uno dei vincitori questa volta è stato il progetto di un nativo della Russia, il dipendente della NASA Vyacheslav Turyshev, un telescopio spaziale che utilizza il Sole come lente per studiare gli esopianeti, che Gazeta. Ru aveva precedentemente riportato.
Video promozionale:
Un elenco completo del 2017 per la prima e la seconda tappa è disponibile qui, e di seguito elenchiamo i concetti più interessanti, a nostro avviso, della Fase I.
Saltando su Plutone
Benjamin Goldman della Global Aerospace Corporation ha presentato il concetto di una stazione interplanetaria automatica (vedi illustrazione sopra), che entrerà nell'atmosfera di Plutone a una velocità di 14 km / se consegnerà un modulo di atterraggio del peso di 200 kg sulla superficie di un pianeta nano, riducendo la velocità a causa della frenata aerodinamica e della spesa sono solo pochi chilogrammi di carburante.
La pressione superficiale di Plutone è 10 milioni di volte inferiore a quella della Terra, ma la sua atmosfera è circa sette volte più estesa di quella della Terra e il suo volume è 350 volte quello di Plutone stesso. Superando un centinaio di chilometri di un'atmosfera così super rarefatta (più precisamente, l'esosfera), la nave può perdere il 99,999% della sua energia cinetica iniziale, il che porterà a una velocità finale paragonabile o addirittura inferiore a quando i rover sono atterrati su Marte. Con questo trucco, il fabbisogno totale di carburante per missili per l'atterraggio di Plutone può essere ridotto a 3,5 kg.
Dopo aver condotto ricerche scientifiche nel punto di atterraggio iniziale, il veicolo di discesa passerà alla modalità "rimbalzante" - a causa della bassa gravità (0,063 "uguale") sarà in grado di saltare da un luogo all'altro, esaminando aree particolarmente interessanti del paesaggio. Il concetto proposto consentirà uno studio dettagliato della superficie di Plutone utilizzando un apparato di massa relativamente bassa con un costo ragionevole in 10-15 anni.
Ascensore spaziale su Phobos
Kevin Kempton del Langley Research Center della NASA ha proposto di appendere una sonda piena di sensori sulla superficie di Phobos, una delle due lune di Marte. A differenza del secondo satellite, Deimos, Phobos è più massiccio e si trova più vicino al pianeta. Si propone di fissare la sonda, denominata PHLOTE, utilizzando un cavo allungato dal punto di Lagrange L1 (questa è la regione di stabilità gravitazionale sulla linea retta che collega il pianeta e il suo satellite).
Poiché il punto L1 si trova a soli 3,1 km dalla superficie di Phobos, non sono imposti requisiti sulla lunghezza del cavo che superino le capacità delle moderne tecnologie (si prevede di produrlo sulla base di nanotubi di carbonio).
La sonda con i sensori può o librarsi sulla superficie del satellite (sempre rivolta verso Marte con un lato) o scendere a terra.
A causa della gravità molto bassa su Phobos, la sonda subirà carichi di scoppio relativamente bassi.
Phobos stesso è un oggetto molto interessante, gli scienziati dell'URSS, e successivamente in Russia, hanno dedicato molti sforzi al suo studio, ma tutte le spedizioni non hanno avuto successo. Il prossimo "Phobos-Grunt" è previsto con noi in futuro. Gli americani studieranno il satellite per fasi, avendo precedentemente appeso un georadar a una sonda per misurare la composizione del sottosuolo dell'oggetto al fine di determinare quanto è spesso lo strato di regolite a grana fine e quali problemi creerà per gli atterraggi futuri. Altri strumenti importanti possono essere dosimetri per lo studio dell'ambiente di radiazione, telecamere e uno spettrometro per analizzare la composizione minerale della superficie. PHLOTE fornirà una presenza permanente "occhio nel cielo" per le missioni di atterraggio e il monitoraggio operativo.
Lidar Doppler ultra preciso di navigazione, pannelli solari ultraleggeri e sistemi di propulsione elettrica altamente efficienti dovrebbero mantenere la stazione "in bilico" per lungo tempo.
Questo disegno può essere utile anche durante l'atterraggio di una persona sulla superficie di Marte. Poiché Phobos ha una composizione simile ai meteoriti - condriti carboniose, si ritiene che contenga minerali che possono essere utilizzati per reintegrare l'ossigeno e le scorte di carburante sulla via del ritorno sulla Terra.
Tuttavia, un tale "guinzaglio" può essere utilizzato non solo su Phobos, ma anche su Deimos, così come nel punto L1 del sistema Plutone-Caronte, dove entrambi i corpi sono "bloccati" in modo marziale (sempre girati l'uno verso l'altro dalle stesse parti). Ciò significa che un'astronave come PHLOTE potrebbe discendere al guinzaglio nell'atmosfera rarefatta di Plutone, studiandone la composizione chimica a tutte le altitudini (a differenza di una sonda tradizionale).
Alberi di mele su Marte
Adam Erkin dell'Università della California a Berkeley, ispirato dagli episodi sorprendenti (ma scientificamente discutibili) della coltivazione di patate marziane dell'eroe di Matt Damon nel film "The Martian" (2015), ha pensato alla possibilità di convertire il suolo marziano in un mezzo nutritivo utilizzando la bioingegneria. Si propone di rimuovere i batteri in grado di disintossicare i perclorati (sali di acido perclorico) nel suolo marziano, nonché di arricchirlo con ammoniaca.
Naturalmente, tali sviluppi difficilmente possono essere sopravvalutati in termini di supporto alle future missioni con equipaggio umano su Marte, così come l'ulteriore terraformazione di questo pianeta. Separatamente, i processi di eliminazione del perclorato e di fissaggio dell'azoto sono già noti ai biologi, ma è necessario creare ceppi di microrganismi di una specie, capaci di entrambi allo stesso tempo.
A tal fine, si prevede di studiare batteri estremofili del genere Pseudomonas (Pseudomonas) e, prima di tutto, Pseudomonas stutzeri, diversi ceppi dei quali possono sia combattere il perclorato che avere la capacità di fissazione dell'azoto (ad esempio, ceppo A1501). Gli pseudomonadi hanno due importanti vantaggi che rendono gli esperimenti con loro più convenienti rispetto, ad esempio, agli estremofili fotosintetici - i cianobatteri: puoi usare metodi già elaborati su E. coli, e inoltre, raddoppiare il "raccolto" è possibile in appena un'ora (non sette ore o anche quattro giorni, come nel caso dei cianobatteri).
È già stata sviluppata una telecamera per simulare le condizioni su Marte: pressione inferiore a 10 kPa, temperatura da –60 a +40 ° С, bassa intensità luminosa, radiazione ultravioletta, atmosfera composta per il 95% da anidride carbonica e per il 3% da azoto. È necessario chiarire la gamma delle condizioni più estreme in cui i ceppi studiati saranno in grado di sopravvivere, moltiplicarsi e realizzare il loro scopo.
Questi sviluppi, tuttavia, non si limiteranno a Marte - in futuro si prevede di studiare la possibilità di biorisanamento del suolo terrestre con batteri rimossi: ad esempio, pulire il terreno vicino ai pozzi petroliferi, in caso di sversamenti tossici, arricchire il suolo per aumentare la produzione di ortaggi, combattere la fame nelle regioni aride, soddisfare le esigenze di grandi gruppi popolazione, ecc.
Dirigibile a vuoto per Marte
Questo concetto, proposto da John Paul Clarke della Georgia Tech, è simile a un dirigibile convenzionale con l'unica differenza che la portanza non è generata da aria riscaldata, elio o idrogeno, ma da una struttura rigida che mantiene il vuoto all'interno, spostando l'aria e fornendo quindi portanza.
I materiali esistenti non possono ancora resistere alla pressione atmosferica sulla Terra, ma su Marte la pressione atmosferica è inferiore di due ordini di grandezza, in cui il funzionamento di un dirigibile a vuoto non solo è possibile, ma porta anche alcuni vantaggi rispetto ai dirigibili tradizionali. Il guscio dovrebbe essere realizzato in multistrato e reticolo. La griglia viene utilizzata per supportare due strati della camicia a vuoto. L'atmosfera marziana ha un peso molecolare medio e una temperatura più elevati rispetto ad altri pianeti del sistema solare.
Di conseguenza, un dirigibile marziano a vuoto può teoricamente trasportare il doppio del carico utile di un elio o idrogeno delle stesse dimensioni, ma si confronta favorevolmente con un rover in quanto non si bloccherà nella sabbia.
Se un dirigibile a vuoto è depressurizzato, può essere riparato e l'aria pompata di nuovo, mentre un dirigibile convenzionale non è in grado di restituire la fornitura di elio o idrogeno. Poiché il dirigibile a vuoto non utilizza gas per la risalita, può eseguire un numero quasi infinito di manovre compensative per regolare o stabilizzare l'altitudine in risposta ai cambiamenti della temperatura ambiente.
Il dirigibile a vuoto può anche utilizzare il suo guscio rigido per proteggere gli strumenti dalla radiazione solare e dalle particelle ad alta energia e può ospitare pannelli solari. Resta solo da trovare tali materiali e strutture che saranno abbastanza leggeri e resistenti da resistere alla pressione esterna …
La nave più veloce
John Brophy del Jet Propulsion Laboratory della NASA ha proposto un nuovo modo di volare alla periferia del sistema solare. Plutone sulla sua nave può essere raggiunto in 3,6 anni, e una distanza di 500 unità astronomiche è coperta in 12 anni.
Tra un anno sarà anche possibile consegnare un carico utile di 80 tonnellate nell'orbita di Giove, il che apre la possibilità di missioni con equipaggio su pianeti giganti.
La nuova architettura prevede la realizzazione di un array di emettitori laser con un diametro di 10 km e una potenza di 100 MW, che accelerano l'apparato; la presenza di una schiera di fotocellule sul veicolo spaziale stesso, che cattura efficacemente l'energia trasmessa sintonizzandosi finemente sulle frequenze laser e generando una tensione di 12 kV; infine, un motore a ioni con un impulso specifico di 58mila con una potenza di 70 MW (si scopre che l'efficienza di conversione della luce è del 70%), dove viene utilizzato il litio come mezzo di lavoro, e non il più familiare xeno.
Il litio viene immagazzinato come un solido, è facilmente ionizzabile, elimina la fuoriuscita di gas inerte dal propulsore e l'erosione, il che garantisce una durata molto lunga del motore a razzo.
Per un veicolo spaziale veloce, è importante avere una massa ridotta con un'elevata spinta specifica del motore. Rimuovendo l'alimentatore e la maggior parte dell'hardware di conversione dell'energia dalla nave, sostituendo il tutto con una serie leggera di celle solari, è possibile ottenere un rapporto di 0,25 kg / kW. Per fare un confronto: la moderna stazione automatica Dawn, impegnata nella ricerca dell'asteroide West e del pianeta nano Cerere, ha rispettivamente 300 kg / kW e un impulso specifico di 3000 s.
In futuro, tutto ciò rende possibile pensare ai viaggi interstellari.
Visita all'inferno
Robert Youngquist del Kennedy Space Center della NASA ha proposto di sviluppare un nuovo rivestimento per alte temperature che rifletterà fino al 99,9% dei raggi del sole, 80 volte meglio delle controparti attuali. Ciò sarà ottenuto mediante l'uso di un rivestimento a bassa temperatura attualmente in fase di sviluppo con il sostegno finanziario del NIAC.
Attraverso la simulazione al computer, si prevede di aumentare l'efficienza del riflettore, calcolarne le prestazioni e ottenere un prototipo funzionante, che verrà inviato per il test ai partner dell'Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University. I risultati della modellazione e dei test verranno utilizzati per sviluppare una missione verso il Sole, durante la quale il dispositivo dovrà avvicinarsi alla superficie della stella a una distanza di un raggio solare
- un ordine di grandezza più vicino di Solar Probe Plus, il cui lancio è previsto per agosto 2018. Oltre a battere un altro record, questo progetto farà progressi significativi nella risoluzione dei problemi di protezione termica e migliorerà il controllo termico durante le future missioni su Mercurio.
Maxim Borisov
