Technologie

Nová kosmická loď NASA bude létat se světlem

V 1418, evropské plachetnice opustily jejichpřístavy k prozkoumání Atlantického oceánu a začalo se období velkých geografických objevů. V roce 2018 malá kosmická sonda nasadí plachtu a zahájí cestu k vzdálenému asteroidu. Toto bude první kosmická loď NASA, která se přesune přes orbitu Země pouze slunečním světlem. Taková technologie by mohla otevřít cestu pro nízkonákladový průzkum sluneční soustavy a nakonec mezihvězdného prostoru.

Sonda Asteroid skautů blízké Země v hodnotě 16miliony dolarů patří mezi 13 cenného zboží, které oznámila NASA druhý den. Všichni se spojí se spuštěním kosmického spouštěcího systému, velké rakety určené k nahrazení raketoplánů, které jednou přivedou kosmickou loď Orion na Mars.

NEA Scout bude trvat 2,5 rokucíl, malý asteroid 1991 VG. Nebude to však uvolněná plavba. Nepřetržitá trakce bude zajištěna slunečními paprsky zasaženými sluneční plachtou a zrychlí sondu na rychlost 103 000 km / h vzhledem ke Slunci.

Po určité době může kosmická loď vybavená sluneční plachtou zrychlit více než kosmická loď podobné velikosti s konvenční chemickou raketou.

"Plachta vyhraje závod v konečném výsledkurychlost jako želva obejde zajíc, “říká Les Johnson, technický poradce pro pokročilé koncepty NASA ve vesmírném středisku. Marshall. Chemická raketa poskytuje obrovský počáteční tah, ale nakonec spálí své palivo. "Protože plachta nepoužívá žádné palivo, můžeme udržet trakci, zatímco slunce svítí."

Obsah

  • 1 Lehký materiál
  • 2 Lehký pohyb
  • 3 Pozitivní energie
  • 4 Další zastávka: Alpha Centauri

Lehký materiál

Solární plachty vyrobené z velmi tenkého materiálus vysokou odrazivostí. Když sluneční foton dopadne na zrcadlový povrch, odrazí se z plachty a přenáší svou hybnost na kosmickou loď - stejně jako kulečníková koule přenáší svou hybnost, když narazí na jinou kouli na stole.

Myšlenka sluneční plachty existuje již od roku 1924,když legenda sovětské raketové vědy Konstantin Tsiolkovsky a Fridrik Zander pojali kosmickou loď „pomocí obrovských zrcadel z velmi tenkých listů“ a „tlaku slunečního světla k dosažení vesmírných rychlostí“. Čtyřicet let později, spisovatel sci-fi Arthur Clark popularizoval tento nápad ve svém románu, Vítr slunce.

NASA začala investovat do solární technologieplachty na konci 90. let. V roce 2010 agentura úspěšně vypustila malý plachetní satelit na orbitu Země, kde zůstala 240 dní, než vstoupila do atmosféry a vyhořela.

Ve stejném roce, Japonská kosmická agenturademonstrovali možnost využití solárních plachet pro meziplanetární cestování. Testovací zařízení bylo připojeno k desce venušské sondy "Akatsuki". Solární zařízení zvané IKAROS bylo objeveno ve vesmíru sondou, když bylo 7 milionů kilometrů od Země. O šest měsíců později IKAROS úspěšně přeletěl kolem Venuše.

Solární plachty byly možné díky revoluci v oblasti elektroniky.

Jde o to, že projekt sluneční plachtyje druh rukojmí druhého Newtonova zákona pohybu: síla se rovná hromadné zrychlení. Síla slunečního světla je konstantní, takže k dosažení vysoké akcelerace budete potřebovat nízkou hmotnost.

"Před 25-30 lety nebyla elektronika."tak snadné, říká Johnson. - Nebylo možné si představit konstrukci dostatečně malé kosmické lodi, která by nepotřebovala velkou plachtu. S příchodem chytrých telefonů a miniaturizací komponent nyní můžeme vyrobit opravdu lehkou a malou kosmickou loď, což znamená, že bude potřebovat plachtu rozumné velikosti. “

Johnson cituje CubeSat jako příklad - miniaturusatelitní kostky postavené z technologií „připravených k použití“. NEA Scout bude CubeSat o velikosti krabice na boty, kterou bude tlačit sluneční plachta o ploše 86 čtverečních stop. m

Navzdory své malé velikosti je sonda zabalenadostatek nástrojů pro provádění rozsáhlého výzkumu asteroidu VG 1991, fotografování a měření chemického složení, velikosti a pohybu objektu.

NASA vidí v takové inteligenci důležitý první krok kbudoucí mise s posádkou na asteroidy. Pokud se astronaut chystá prozkoumat povrch kosmické horniny, chce si NASA být jistá, že se točí pomalu a předvídatelně a neotáčí se v různých směrech. Podobně chce kosmická agentura předem vědět, zda je asteroid pevný nebo je reprezentován hromadou kamenů držených gravitací.

Lehký pohyb

Během své mise NEA Scout implementuje obaalespoň jeden pomalý přístup v blízkém dosahu - jeho rychlost klesne na 10 metrů za sekundu a zařízení projde půl kilometru od povrchu asteroidu. To ukazuje na další výhodu slunečních plachet: jsou velmi obratné, někdy dokonce lepší než tradiční metody pohybu.

Klíč k ovládání plachtění - ať už jde o Atlantikoceán nebo vesmír - spočívá ve vytvoření asymetrického tahu. Existuje mnoho různých způsobů, jak jej vytvořit pomocí nebeských ekvivalentů stěžňů a vybavení. IKAROS má elektrooptický povlak, který ztmavne, když je přivedeno napětí, absorbuje světlo spíše než ho odráží. Je tedy možné „vyladit“ část plachty tak, aby přijímala polovinu slunce než druhá, a zařízení nasadit.

NEA Scout zaujme odlišný přístup pomocí posuvného mechanismu, který posouvá CubeSat dopředu a dozadu vzhledem k rámům, na nichž je plachta nasazena.

"Pokud si představíš plechovku coly, která bude."s naším strojem a položte na něj plochý papír, bude to plachta, “říká Johnson. - Pak si představte, že list prostě pohybujete fyzicky doleva a doprava. Tak to bude. “ Sklon plachty vám také umožňuje nastavit rychlost.

Flexibilita kosmické lodi se sluneční plachtou - v kombinaci s konstantním tahem díky nevyčerpatelné zásobě paliva - otevírá cestu několika zajímavým možnostem.

Řekněme, že chcete poslat sondu nad letadloekliptická sluneční soustava k prozkoumání severního pólu slunce. Aby dramaticky změnili směr a rychlost - bez použití vzácného paliva - inženýři obvykle spoléhají na gravitaci. "Nyní musíme poslat kosmickou loď k Jupiteru na gravitační manévr, abychom ji dostali z ekliptické roviny a získali větší úhel oběžné dráhy kolem Slunce," říká Johnson. "S plachtou to bude docela snadné řídit."

Další potenciální aplikace je již blížedomů, jedná se o satelit „sedí na pólu“. Nyní, pokud chcete opravit satelit v určité poloze vzhledem k místu na Zemi - a to by bylo velmi užitečné pro komunikační technologie - můžete jej poslat pouze na geostacionární orbitu, přesně nad rovníkem, do výšky 35 786 km nad Zemí.

Ale s plachtou „můžete být nad severemnebo zemský jižní pól a točit se kolem Slunce stejnou rychlostí jako Země rotuje kolem Slunce, “říká Johnson. - K překonání zemské gravitace stačí nasměrovat plachtu tak, aby vás neustále tlačila nahoru. Tak se pohybujete nehybně nad severním nebo jižním pólem. “

Pozitivní energie

Fotony - které považujeme za sluneční světlo - nejsoujediné palivo pro kosmickou loď produkovanou sluncem. Vědci NASA nedávno získali další prostředky na výzkum pokročilé koncepce ultrarychlé plachty poháněné nabitými částicemi ve slunečním větru.

Říká se tomu elektrická plachta, e-plachta. Tuto myšlenku poprvé navrhla Pekka Janhunen, výzkumná pracovnice finského meteorologického ústavu. Představil aparát obklopený 20 nejtenčími dráty každých 20 kilometrů.

Tyto dráty vytvářejí kladně nabitéelektrické pole rozprostírající desítky metrů do vesmíru. Protony slunečního větru pohybující se rychlostí nad 750 kilometrů za sekundu jsou tímto elektrickým polem odpuzovány v reakci na vyloučení kosmické lodi. Negativně nabité částice slunečního větru jsou uhaseny jakýmsi „elektronovým dělem“, takže elektrická plachta udržuje kladně nabité elektrické pole.

Elektrická plachta bude mít hodně paliva. Pokud sluneční paprsek tlačící sluneční plachtu významně oslabí, když kosmická loď dosáhne pásu asteroidů, sluneční vítr stále prudce fouká. V průběhu času může být elektrická plachta zrychlena na 100-150 km / s.

To znamená, že kosmické sondy mohou dosáhnoutJupiter za pouhé dva roky nebo Pluto za pět. Elektrická plachta může poskytnout zcela nové příležitosti pro průzkum vesmíru, umožnit nám provést expresní cestu mimo sluneční soustavu, do mezihvězdného prostoru.

Voyager 1 trvalo 35 let, než dosáhl hranic sluneční soustavy. Sluneční plachta by takovou prohlídku provedla za 20 let a elektrickou plachtu za 10 let.

"Musím přiznat, před dvěma a půl lety,Když ke mně šel můj šéf a řekl: „Chceme, abyste se na to podíval,“ upřímně jsem si povzdechl, “říká Bruce Wigmann, systémový inženýr NASA. - Pak jsme se podívali a řekli, říkají, velmi zajímavé. Šli od nevěřících k věřícím. “

Ve skutečnosti, Wigmann věří, že prototyplze spustit za pouhých pět let. Musíte však vyřešit několik důležitých otázek. Ačkoli elektrická plachta nepotřebuje palivo, potřebuje silný zdroj energie pro elektronovou zbraň, která bije elektrony. Kolik energie? Závisí na počtu elektronů, které elektrická plachta shromažďuje. Experti NASA studují tento problém pomocí nabitého drátu v plazmatické komoře simulující sluneční vítr.

Dalším problémem je prevenceohyby tenkých dlouhých vodičů, když jsou vystaveny slunečnímu větru. Řešení: Otáčejte zařízením rychlostí, která zajistí dostatečnou odstředivou sílu, aby dráty zůstaly napnuté.

Další zastávka: Alpha Centauri

Mimo NASA má Forest Johnson další práci: píše sci-fi. Ve skutečnosti je vděčný románu 1977 „Fena v oku Božího“ z roku 1974 za vzbudení zájmu o sluneční plachty.

Není divu, že sní o vzdálené budoucnosti. Chce, aby sluneční plachta šla do jiné sluneční soustavy.

"Mohli bychom postavit velký laser," říkáon je. - Jak se plachta pohybuje pryč od Slunce a sluneční světlo se stává čím dál méně, můžete jej zvýraznit laserovým světlem a pokračovat v pohybu. Laser zůstane na oběžné dráze Slunce a bude zrychlovat plachtu rychleji a rychleji, dokud neopustí sluneční soustavu. “

Technické problémy samozřejmě přetrvávají,o čem se bude muset rozhodnout. Za prvé, plachta by měla mít velikost Texasu. Orbitální laser bude muset generovat energii, jejíž objem lze porovnat s objemem, který dnes celý svět produkuje. Zní to samozřejmě tak, ale toho lze udělat za sto let.

První kosmická loď vytvořená lidmi aposlal do jiného systému, může tam dorazit jako jeho oceánští předci během éry velkých geografických objevů: pod rozvinutými plachtami, plachtění hvězdami.