technológia

A NASA új űrhajója könnyű repülni fog

1418-ban az európai vitorlások távoztakkikötők felfedezésére az Atlanti-óceánt, és elkezdődött a nagy földrajzi felfedezések kora. 2018-ban egy kis űrérzékelő telepíti a vitorlát, és megkezdi az utat egy távoli aszteroidához. Ez lesz az első NASA űrhajó, amely kizárólag a napfény hatására halad a Föld körüli pályán. Ez a technológia megnyithatja az utat a Naprendszer és végül a csillagközi tér alacsony költségű felfedezéséhez.

Föld közeli aszteroida Scout szonda 16 értékűmillió dollár a 13 értékes termék közül, amelyeket a NASA másnap bejelentett. Mindegyik a Space Launch System elindításával jár, egy nagyméretű rakéta, amelyet az űrhajók helyettesítésére terveztek, és amely egyszer az Orion űrhajót eljuttatja a Marsra.

A NEA Scout elérése 2,5 évbe telikrendeltetési hely, egy kis aszteroida 1991 VG. De ez nem lesz egy nyugodt körutazás. Folyamatos tapadást biztosít a napfény, amely egy vitorlára ütköz, és ez fel fogja gyorsítani a szondát a Naphoz képest 103 000 km / h sebességre.

Egy meghatározott idő elteltével a napelemes vitorlával felszerelt űrhajó egy hagyományos kémiai rakéttal több, mint hasonló méretű űrhajó gyorsulhat.

„A vitorla végső szempontból megnyeri a versenytolyan sebességgel, mint egy teknős megy egy mezei nyúl körül ”- mondja Les Johnson, a NASA korszerű koncepciójának technikai tanácsadója az Űrközpontban. Marshall. Egy kémiai rakéta hatalmas kezdeti tolóerőt biztosít, de végül elégeti az üzemanyagot. "Mivel a vitorla nem használ üzemanyagot, fenntarthatjuk a tapadást, miközben süt a nap."

A tartalom

  • 1 Könnyű anyag
  • 2 Könnyű mozgás
  • 3 Pozitív energia
  • 4 Következő megálló: Alpha Centauri

Könnyű anyag

Különleges vékony anyagból készült napvédő vitorláknagy reflexiójú. Amikor a nap fotonja eléri a tükör felületét, lepattan a vitorláról, és lendületét átadja az űrhajónak - akárcsak a biliárdgolyó továbbítja lendületét, amikor egy másik golyóval ütközik az asztalon.

A napvédő vitorla gondolata 1924 óta létezik,amikor a szovjet rakétatudomány legendája, Konstantin Tsiolkovsky és Fridrik Zander elgondolkodott egy űrhajóval, „óriási lemezekből származó hatalmas tükrökkel” és „a napfény nyomásával az űrsebesség elérése érdekében”. Negyven évvel később, a sci-fi író, Arthur Clark népszerűsítette ezt az ötletet, a Nap szele című regényében.

A NASA elkezdett befektetni a napenergia-technológiábavitorlázik a 90-es évek végén. 2010-ben az ügynökség sikeresen elindított egy kis vitorlás műholdat a Föld körüli pályára, ahol 240 napig maradt, amíg belépett a légkörbe és kiégte.

Ugyanebben az évben a Japán Űrügynökségbemutatta annak lehetőségét, hogy napelemes vitorlákat használnak bolygóközi utazáshoz. A tesztkészüléket az "Akatsuki" velencei szonda táblájához rögzítettük. Az IKAROS nevű, napenergiával működő eszközt az űrben fedezte fel, amikor 7 millió kilométerre volt a Földtől. Hat hónappal később az IKAROS sikeresen repült a Vénuszon.

A napelemes vitorlák az elektronika terén elért forradalomnak köszönhetően váltak lehetővé.

A helyzet az, hogy a napelemes vitorla projektegyfajta túsz Newton második mozgási törvényéhez: az erő megegyezik a tömeg és a gyorsulás gyorsaságával. A napfény erőssége állandó, tehát a nagy gyorsulás eléréséhez alacsony tömegre lesz szüksége.

„25–30 évvel ezelőtt az elektronika nem voltolyan könnyű - mondja Johnson. - Nem lehetett elképzelni egy olyan kicsi űrhajó építését, amelyhez nem lenne szükség hatalmas vitorlára. Az okostelefonok megjelenésével és az alkatrészek miniatürizálásával elkészíthetünk egy igazán könnyű és kicsi űrhajót, ami azt jelenti, hogy ésszerű méretű vitorlára van szüksége. "

Johnson példaként említi a CubeSat-ot - miniatűr"felhasználásra kész" technológiákból épített kockás műholdak. A NEA Scout CubeSat méretű lesz egy olyan cipődobozban, amelyet egy 86 négyzetláb hosszú napelemes vitorla fog nyomni. m.

Szerény mérete ellenére a szonda tele vanelegendő eszköz az 1991-es VG aszteroidával kapcsolatos kiterjedt kutatások elvégzéséhez, a tárgy kémiai összetételének, méretének és mozgásának fényképezéséhez és méréséhez.

A NASA az ilyen hírszerzésben fontos első lépést lát feléjövőbeli személyi küldetésű aszteroidák. Ha egy űrhajós felfedezi a kozmikus szikla felületét, a NASA biztos akar lenni abban, hogy lassan és kiszámíthatóan forog, és nem forog különböző irányokba. Hasonlóképpen, az űrügynökség előre meg akarja tudni, hogy az aszteroida szilárd, vagy egy halom kövek képviselik-e a gravitációt.

Könnyű mozgás

Küldetése alatt a NEA Scout mindkettőt végrehajtjalegalább egy lassú megközelítés közeli távolságban - sebessége másodpercenként 10 méterre csökken, és az eszköz fél kilométerre halad át az aszteroida felületétől. Ez a napelemes vitorlák további előnyeit jelzi: nagyon manőverezhetők, néha még jobbak is a hagyományos mozgási módszereknél.

A vitorlás irányításának kulcsa - legyen az az Atlanti-óceánóceán vagy űr - az aszimmetrikus tolóerő létrehozásában rejlik. Számos különféle módszer állítható elő az árbocok és a kötélzet égi ekvivalenseinek felhasználásával. Az IKAROS rendelkezik egy elektro-optikai bevonattal, amely elsötétül, amikor feszültséget alkalmaznak, és a fényt elnyeli, nem pedig visszaverik. Így lehetőség van a vitorla egy részének „behangolására” úgy, hogy a nap felére érkezzen, mint a másiknak, és telepítse a készüléket.

A NEA Scout egy másik megközelítést fog alkalmazni egy csúszó mechanizmus használatával, amely a CubeSatot előre és hátra mozgatja azon keretekhez viszonyítva, amelyeken a vitorla fel van helyezve.

- Ha elképzel egy doboz kólt, akkor az lesza gépünkkel, és tegyen egy lapot sima tetejére, ez lesz vitorla ”- mondja Johnson. - Akkor képzelje el, hogy csak fizikailag mozgatja a lapot balra és jobbra. Így lesz. ” A vitorla döntése lehetővé teszi a sebesség beállítását is.

A napellenző vitorlás hajó rugalmassága - állandó tolóerővel együtt, a kimeríthetetlen üzemanyag-ellátásnak köszönhetően - számos érdekes lehetőség felé nyitja meg az utat.

Tegyük fel, hogy szondát szeretne küldeni egy sík felettecliptic naprendszer a nap északi pólusának felfedezéséhez. Az irány és a sebesség drasztikus megváltoztatásához - értékes üzemanyag használata nélkül - a mérnökök általában a gravitációra támaszkodnak. "Most el kell küldenünk az űrhajót Jupiterhez gravitációs manőver céljából, hogy kiszabadítsuk az ecliptic síktól, és nagyobb körpályaszöget kapjunk a Nap körül" - mondja Johnson. "Vitorlával nagyon egyszerű lesz irányítani."

Egy másik lehetséges alkalmazás már közelebb áll aotthon, ez egy "ül a póluson" műhold. Most, ha egy műholdat rögzíteni szeretne egy bizonyos helyzetben a Föld helyéhez viszonyítva - és ez nagyon hasznos lenne a kommunikációs technológiák számára -, akkor csak geostacionáris pályára küldheti, szigorúan az Egyenlítő felett, 35 786 kilométer tengerszint feletti magasságba a Föld felett.

De vitorlával "észak felett lehetszvagy a Föld déli pólusát, és a Nap körül forog ugyanolyan sebességgel, mint a Föld a Nap körül forog ”- mondja Johnson. - A Föld gravitációjának legyőzéséhez elegendő a vitorlát úgy irányítani, hogy folyamatosan felfelé nyomja. Így mozgás nélkül mozoghat az északi vagy a déli pólus felett. ”

Pozitív energia

A fotonok - amelyeket napfénynek tekintünk - nemaz egyetlen üzemanyag a nap által előállított űrhajók számára. A NASA tudósai nemrégiben további pénzeszközöket kaptak az ultragyors vitorlás fejlett koncepciójának kutatására, amelyet a napszélben töltött részecskék hajtanak meg.

Elektromos vitorlanak, e-vitorlásnak hívják. Ezt az ötletet először Pekka Janhunen, a Finn Meteorológiai Intézet kutatója javasolta. Bemutatott egy készüléket, amelyet 20 kilométer hosszú, 20 legvékonyabb huzal vesz körül.

Ezek a vezetékek pozitív töltést generálnakelektromos mező, amely több tíz méterre kiterjed az űrbe. A napsugaras szél protonjait, amelyek sebessége másodpercenként 750 kilométer feletti sebességgel hajtja végre, ez az elektromos mező visszatartja az űrhajó kitolódására adott válaszként. A napszél negatív töltésű részecskéit egyfajta "elektronpisztoly" oltja el, így az elektromos vitorla pozitív töltésű elektromos mezőt fenntart.

Az elektromos vitorla sok üzemanyagot fog igénybe venni. Ha a napfény, amely a napfény vitorláját nyomja meg, jelentősen gyengül, amikor az űrhajó eléri az aszteroida övet, akkor a napszél továbbra is hevesen fúj. Idővel az elektromos vitorla felgyorsulhat 100-150 km / s-ra.

Ez azt jelenti, hogy az űrszondák elérhetikJupiter mindössze két év alatt, vagy Plútó öt év alatt. Az elektromos vitorla teljesen új lehetőségeket kínálhat az űrkutatáshoz, lehetővé teszi számunkra, hogy kifejezett utazást tegyünk a Naprendszeren kívül, csillagközi térbe.

A Voyager 1-nek 35 évbe telt a naprendszer határainak elérése. Egy napelemes vitorla ezt a túrát 20 év alatt, egy elektromos vitorla 10 év alatt végezné el.

„Be kell vallanom, két és fél évvel ezelőtt,amikor a főnököm odajött hozzám és azt mondta: „Azt akarjuk, hogy nézzék meg ezt.” Őszintén szólva elutasítottam ”- mondja Bruce Wigmann, a NASA rendszermérnöke. - Akkor néztünk, és azt mondták, mondják, nagyon érdekes. A hitetlektől a hívőkig mentek. "

Valójában Wigmann úgy véli, hogy a prototípusmindössze öt év alatt elindítható. De meg kell oldania néhány fontos kérdést. Bár az elektromos vitorlanak nincs szüksége üzemanyagra, nagy energiájú energiaforrásra van szüksége egy elektronokat verő elektronpisztoly számára. Mennyi energiát? Attól függ, hogy hány elektront vesz fel az elektromos vitorla. A NASA szakértői ezt a kérdést egy töltött huzal segítségével vizsgálják egy plazmakamrában, amely szimulálja a napsugarat.

Egy másik probléma a megelőzésvékony hosszú vezetékek hajlításai, amikor ki vannak téve a napszélnek. Megoldás: Forgassa el a készüléket olyan sebességgel, amely elegendő centrifugális erőt biztosít, hogy a huzalok megfeszültek maradjanak.

Következő megálló: Alpha Centauri

A NASA-n kívül Forest Johnsonnak másik munkája van: tudományos fantasztikus írást ír. Valójában hálás az 1974-es „Szuka a Isten szemében” című regényéért, amiért felkeltette érdeklődését a napvitorlák iránt.

Nem csoda, hogy egy távoli jövőről álmodik. Azt akarja, hogy a napelemes vitorla menjen egy másik napenergia rendszerbe.

"Felépíthetnénk egy nagy lézert" - mondjaő az. - Mivel a vitorla elmozdul a Naptól, és a napfény egyre kevésbé válik, akkor lézerfényben kiemelheti, miközben tovább mozog. A lézer a nap körüli pályán marad, miközben továbbra is gyorsabban és gyorsabban felgyorsítja a vitorlát, amíg el nem hagyja a Naprendszert. "

Természetesen továbbra is fennállnak technikai nehézségek,amelyet el kell dönteni. Először, a vitorla méretének Texasnak kell lennie. Az orbitális lézernek energiát kell generálnia, amelynek térfogata összehasonlítható azzal, amelyet az egész világ ma termel. Természetesen úgy hangzik, de száz év alatt sokat lehet tenni.

Az első űrhajó, amelyet emberek ésegy másik rendszerbe küldve, óceáni őseként megérkezhet a nagy földrajzi felfedezések korszakában: kihelyezett vitorlák alatt, a csillagokon át vitorlázva.