Seis increíbles proyectos espaciales en los que la NASA ha invertido
Saltando sobre Plutón, una cuerda al satélite de Marte Phobos y el motor espacial más rápido, Gazeta. Ru habla de proyectos increíbles en los que la NASA decidió invertir.
Bajo los auspicios de la NASA, la Agencia Espacial Nacional Estadounidense, se lleva a cabo anualmente una competencia de proyectos semi-fantásticos francamente locos, cuyo objetivo es elegir aquellos que, de ser realizables, podrían convertirse en misiones espaciales innovadoras. En el marco del programa de conceptos avanzados innovadores (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), se proponen tanto proyectos totalmente realizables como algo de un futuro muy lejano.
Entonces, por ejemplo, en 2011, el rumor fue causado por la asignación de fondos para estudiar la posibilidad de crear un "rayo tractor", como el que transportaba objetos a distancia en la serie Star Trek. A veces incluso se ofrecen y subvencionan conceptos francamente pseudocientíficos, pero afortunadamente no hay muchos de ellos.
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Este año, la agencia espacial decidió invertir en 15 tecnologías propuestas en una etapa temprana (en la llamada Fase I, la primera etapa). De acuerdo con las reglas, a los ganadores se les ofrece $ 125 mil cada uno para realizar un estudio de factibilidad inicial dentro de nueve meses, mostrar la factibilidad del concepto y, si tiene éxito, calificar para inversiones adicionales (hasta $ 500 mil) dentro de dos años dentro de la segunda etapa. estudiando un desarrollo prometedor.
Casi cualquier persona puede participar en la competencia (solo es importante que el grupo incluya al menos un ciudadano estadounidense).
“El programa NIAC atrae a investigadores e innovadores de las comunidades científica y de ingeniería, incluidos representantes de organizaciones presupuestarias”, explica Steven Yurchik, subjefe de personal de tecnología espacial de la NASA. “El programa brinda a los jóvenes la oportunidad y los medios para explorar conceptos aeroespaciales especulativos que estamos evaluando y dejando de lado en nuestra futura cartera de tecnología”.
Uno de los ganadores esta vez fue el proyecto de un nativo de Rusia, el empleado de la NASA Vyacheslav Turyshev, un telescopio espacial que usa el Sol como lente para estudiar exoplanetas, que Gazeta. Ru informó anteriormente.
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Puede encontrar una lista completa de 2017 para la primera y segunda etapas aquí, y enumeramos los conceptos de la Fase I más interesantes, en nuestra opinión, a continuación.
Saltando sobre Plutón
Benjamin Goldman de Global Aerospace Corporation presentó el concepto de una estación interplanetaria automática (ver ilustración arriba), que entrará en la atmósfera de Plutón a una velocidad de 14 km / sy entregará un módulo de aterrizaje que pesa 200 kg a la superficie de un planeta enano, reduciendo la velocidad debido al frenado y gasto aerodinámico. esto es solo unos pocos kilogramos de combustible.
La presión de la superficie de Plutón es 10 millones de veces menor que la de la Tierra, pero su atmósfera es aproximadamente siete veces más extensa que la de la Tierra, y su volumen es 350 veces mayor que el de Plutón. Al pasar cien kilómetros de una atmósfera tan súper enrarecida (más precisamente, la exosfera), la nave puede perder el 99,999% de su energía cinética inicial, lo que conducirá a una velocidad final comparable o incluso menor que cuando los rovers aterrizaron en Marte. Con este truco, el requerimiento total de combustible del cohete para el aterrizaje de Plutón se puede reducir a 3,5 kg.
Después de realizar una investigación científica en el lugar de aterrizaje inicial, el vehículo de descenso cambiará al modo de "rebote", debido a la baja gravedad (0.063 "igual") podrá saltar de un lugar a otro, examinando áreas especialmente interesantes del paisaje. El concepto propuesto permitirá un estudio detallado de la superficie de Plutón utilizando un aparato de masa relativamente baja con un costo razonable en 10-15 años.
Elevador espacial sobre Phobos
Kevin Kempton, del Langley Research Center de la NASA, sugirió colgar una sonda repleta de sensores sobre la superficie de Fobos, una de las dos lunas de Marte. A diferencia del segundo satélite, Deimos, Phobos es más masivo y está ubicado más cerca del planeta. Se propone fijar la sonda, denominada PHLOTE, con la ayuda de un cable estirado desde el punto de Lagrange L1 (esta es la región de estabilidad gravitacional en la línea recta que conecta el planeta y su satélite).
Dado que el punto L1 está ubicado a solo 3,1 km de la superficie de Fobos, no se imponen requisitos en la longitud del cable que excedan las capacidades de las tecnologías modernas (se planea hacerlo a base de nanotubos de carbono).
La sonda con sensores puede flotar sobre la superficie del satélite (siempre girada hacia Marte con un lado) o descender al suelo.
Debido a la gravedad muy baja en Fobos, la sonda experimentará cargas de explosión relativamente bajas.
Fobos en sí es un objeto muy interesante, los científicos de la URSS y luego de Rusia, dedicaron mucho esfuerzo a su estudio, pero todas las expediciones no tuvieron éxito. El próximo "Phobos-Grunt" está planeado con nosotros en el futuro. Los estadounidenses estudiarán el satélite en etapas, habiendo colgado previamente un GPR en la sonda para medir la composición del subsuelo del objeto con el fin de determinar qué tan gruesa es la capa de regolito de grano fino y qué problemas creará para futuros aterrizajes. Otras herramientas importantes pueden ser dosímetros para estudiar el entorno de radiación, cámaras y un espectrómetro para analizar la composición mineral de la superficie. PHLOTE proporcionará una presencia permanente "ojo en el cielo" para misiones de aterrizaje y monitoreo operativo.
El lidar Doppler ultrapreciso de navegación, los paneles solares ultraligeros y los sistemas de propulsión eléctrica de alta eficiencia deberían mantener la estación "flotando" durante mucho tiempo.
Este diseño también puede ser útil durante el aterrizaje de una persona en la superficie de Marte. Dado que Fobos tiene una composición similar a la de los meteoritos: condritas carbonáceas, se cree que contiene minerales que se pueden usar para reponer el oxígeno y los suministros de combustible en el camino de regreso a la Tierra.
Sin embargo, esta "correa" se puede usar no solo en Fobos, sino también en Deimos, así como en el punto L1 del sistema Plutón-Caronte, donde ambos cuerpos están "bloqueados" por mareas (siempre girados entre sí por los mismos lados). Esto significa que una nave espacial como PHLOTE podría descender con una correa a la atmósfera enrarecida de Plutón, estudiando su composición química en todas las altitudes (a diferencia de una sonda tradicional).
Manzanos en Marte
Adam Erkin de la Universidad de California en Berkeley, inspirado por los episodios vívidos (pero científicamente dudosos) de cultivo de papas marcianas del héroe de Matt Damon en la película "The Martian" (2015), pensó en la posibilidad de transformar el suelo marciano en un medio nutritivo mediante la bioingeniería. Se propone eliminar las bacterias que pueden desintoxicar los percloratos (sales de ácido perclórico) en el suelo marciano, así como enriquecerlo con amoniaco.
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Por supuesto, tales desarrollos difícilmente pueden sobreestimarse en términos de apoyar futuras misiones tripuladas a Marte, así como terraformar aún más este planeta. Por separado, los biólogos ya conocen los procesos de eliminación del perclorato y fijación de nitrógeno, pero es necesario crear cepas de microorganismos de una especie, capaces de ambos al mismo tiempo.
Para ello, está previsto estudiar bacterias extremófilas del género Pseudomonas y, en primer lugar, Pseudomonas stutzeri, cuyas diferentes cepas pueden combatir el perclorato y tener la capacidad de fijar nitrógeno (por ejemplo, la cepa A1501). Las pseudomonas tienen dos ventajas importantes que hacen que los experimentos con ellas sean más convenientes que, por ejemplo, con los extremófilos fotosintéticos: las cianobacterias: puede usar métodos ya desarrollados en E. coli y, además, es posible duplicar la "cosecha" en solo una hora (no siete horas o incluso cuatro días, como es el caso de las cianobacterias).
Ya se ha desarrollado una cámara para simular las condiciones en Marte: presión inferior a 10 kPa, temperatura de –60 a +40 ° С, baja intensidad de luz, radiación ultravioleta, atmósfera compuesta por un 95% de dióxido de carbono y un 3% de nitrógeno. Es necesario aclarar el rango de las condiciones más extremas en las que las cepas estudiadas podrán sobrevivir, multiplicarse y cumplir su propósito.
Sin embargo, estos desarrollos no se limitarán a Marte; en el futuro, se planea estudiar la posibilidad de biorremediación del suelo de la tierra con bacterias eliminadas: por ejemplo, limpiar la tierra cerca de los pozos de petróleo, en caso de derrames tóxicos, enriquecer el suelo para aumentar la producción de vegetales, combatir el hambre en regiones áridas, satisfacer las necesidades de grandes grupos. población, etc.
Dirigible de vacío para Marte
Este concepto, propuesto por John Paul Clarke de Georgia Tech, es similar a una aeronave convencional con la única diferencia de que la sustentación no se genera por aire caliente, helio o hidrógeno, sino por una estructura rígida que mantiene un vacío en el interior, desplazando el aire y proporcionando así sustentación.
Los materiales existentes aún no pueden soportar la presión atmosférica en la Tierra, pero en Marte la presión atmosférica es dos órdenes de magnitud menor, en la que el funcionamiento de una aeronave al vacío no solo es posible, sino que también aporta ciertos beneficios en comparación con las aeronaves tradicionales. Se supone que el caparazón está hecho de múltiples capas y celosía. La rejilla se utiliza para soportar dos capas de la camisa de vacío. La atmósfera marciana tiene un peso molecular y una temperatura promedio más altos que otros planetas del sistema solar.
Como resultado, una aeronave marciana al vacío teóricamente puede transportar el doble de carga útil que una de helio o hidrógeno del mismo tamaño, pero se compara favorablemente con un rover en el sentido de que no se atasca en la arena.
Si una aeronave de vacío está despresurizada, entonces se puede reparar y el aire se bombea nuevamente, mientras que una aeronave convencional no puede devolver el suministro de helio o hidrógeno. Dado que la aeronave de vacío no utiliza gas para el ascenso, puede realizar un número casi infinito de maniobras compensatorias para ajustar o estabilizar la altitud en respuesta a cambios en la temperatura ambiente.
El dirigible de vacío también puede utilizar su carcasa rígida para proteger los instrumentos de la radiación solar y las partículas de alta energía, y puede alojar paneles solares. Solo queda encontrar materiales y estructuras que sean lo suficientemente ligeros y fuertes para soportar la presión externa …
Nave mas rapida
John Brophy, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ha propuesto una nueva forma de volar a las afueras del sistema solar. Plutón en su nave se puede alcanzar en 3.6 años, y se cubre una distancia de 500 unidades astronómicas en 12 años.
En un año, también será posible entregar una carga útil de 80 toneladas a la órbita de Júpiter, lo que abre la posibilidad de misiones tripuladas a planetas gigantes.
La nueva arquitectura implica la creación de una matriz de emisores láser con un diámetro de 10 km y una potencia de 100 MW, que aceleran el aparato; la presencia de una matriz de fotocélulas en la propia nave espacial, capturando efectivamente la energía transmitida sintonizando las frecuencias del láser y generando un voltaje de 12 kV; finalmente, un motor de iones con un impulso específico de 58 mil con una potencia de 70 MW (resulta que la eficiencia de conversión de luz es del 70%), donde se utiliza el litio como medio de trabajo, y no el más familiar xenón.
El litio se almacena como un sólido, se ioniza fácilmente, elimina la fuga de gas inerte del propulsor y la erosión, lo que asegura una vida útil muy larga del motor del cohete.
Para una nave espacial rápida, es importante tener una masa baja con un empuje de motor específico alto. Al quitar la fuente de energía y la mayor parte del hardware de conversión de energía del barco, reemplazándolo todo con una matriz de luz de células solares, se puede lograr una relación de 0,25 kg / kW. A modo de comparación: la moderna estación automática Dawn, dedicada a investigar el asteroide West y el planeta enano Ceres, tiene 300 kg / kW y un impulso específico de 3000 s, respectivamente.
En el futuro, todo esto permitirá pensar en los viajes interestelares.
Visita al infierno
Robert Youngquist del Centro Espacial Kennedy de la NASA ha propuesto desarrollar un nuevo recubrimiento de alta temperatura que reflejará hasta el 99,9% de los rayos del sol, 80 veces mejor que sus homólogos actuales. Esto se logrará mediante el uso de un recubrimiento de baja temperatura que se está desarrollando actualmente con el apoyo financiero del NIAC.
A través de la simulación por computadora, se espera aumentar la eficiencia del reflector, calcular su rendimiento y obtener un prototipo funcional, que será enviado para pruebas a los socios del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins. Los resultados del modelado y las pruebas se utilizarán para desarrollar una misión al Sol, durante la cual el dispositivo deberá acercarse a la superficie de la estrella a una distancia de un radio solar.
- un orden de magnitud más cercano que Solar Probe Plus, cuyo lanzamiento está programado para agosto de 2018. Además de batir otro récord, este proyecto hará un progreso significativo en la solución de problemas de protección térmica y mejorará el control térmico durante futuras misiones a Mercurio.
Maxim Borisov
