テクノロジー

NASAの新しい宇宙船は光で飛ぶ

1418年、ヨーロッパのヨットは大西洋を探索するための港、そして偉大な地理的発見の時代が始まりました。 2018年には、小さな宇宙探査機が帆を展開し、遠くの小惑星への旅を開始します。これは、太陽光だけで地球の軌道を越えて移動する最初のNASA宇宙船です。このような技術は、低コストで太陽系を探索し、最終的に星間空間を探索する道を開く可能性があります。

16相当の近地球小惑星探査機先日、NASAが発表した13の貴重品の中に100万ドルがあります。それらはすべて、かつてオリオン宇宙船を火星に連れて行くスペースシャトルに取って代わるように設計された大きなロケットであるSpace Launch Systemの打ち上げと一緒になります。

NEAスカウトが到達するには2.5年かかります目的地、小さな小惑星1991 VG。しかし、それはリラックスしたクルーズではありません。太陽の帆に当たる日光によって継続的な牽引力が提供され、太陽に対して103,000 km / hの速度でプローブを加速します。

一定時間後、ソーラーセイルを装備した宇宙船は、従来の化学ロケットを搭載した同様のサイズの宇宙船よりも加速することができます。

「帆は究極の面でレースに勝つ「カメのようなスピードはうさぎを回します」と、宇宙センターのNASAの高度なコンセプトのテクニカルアドバイザーであるLes Johnson氏は言います。マーシャル。化学ロケットは大きな初期推力を提供しますが、最終的には燃料を燃やします。 「帆には燃料が一切使用されていないため、太陽が輝いている間もトラクションを維持できます。」

内容

  • 1軽量素材
  • 2軽い動き
  • 3正のエネルギー
  • 4次の目的地:アルファケンタウリ

軽量素材

極薄素材で作られたソーラーセール反射率が高い。太陽の光子が鏡面に当たると、帆から跳ね返り、その運動量を宇宙船に移します-ビリヤードの球がテーブル上の別の球と衝突したときに運動量を伝達するように。

ソーラーセールのアイデアは1924年以来存在し、ソビエトのロケット科学の伝説であるコンスタンチン・ツィオルコフスキーとフリドリク・ザンダーは、「非常に薄いシートから巨大な鏡を使用する」宇宙空間と「宇宙の速度を達成するための日光の圧力」を思いついた。 40年後、SF作家のアーサー・クラークは小説 『太陽の風』でこの考えを広めました。

NASAはソーラー技術への投資を開始しました90年代後半の帆。 2010年、エージェンシーは、小型の航行衛星を地球軌道に打ち上げ、大気中に侵入して燃え尽きるまで240日間維持されました。

同じ年、日本宇宙機構惑星間旅行にソーラーセールを使用する可能性を示しました。試験装置は、金星探査機「あかつき」のボードに取り付けられました。 IKAROSと呼ばれる太陽電池式デバイスは、地球から700万キロメートル離れたときに、探査機によって宇宙で発見されました。 6ヵ月後、IKAROSは金星を通り越して成功裏に飛行しました。

エレクトロニクスの分野における革命のおかげで、ソーラーセールが可能になりました。

事は、太陽帆プロジェクトニュートンの運動の第二法則の一種の人質です。力は質量と加速度の積に等しいです。太陽光のパワーは一定であるため、高加速を実現するには低質量が必要になります。

「25〜30年前、エレクトロニクスはとても簡単です、とジョンソンは言います。 -巨大な帆を必要としない十分に小さい宇宙船の建設を想像することは不可能でした。スマートフォンの出現とコンポーネントの小型化により、今では本当に軽くて小さい宇宙船を作ることができます。つまり、合理的なサイズの帆が必要になります。

ジョンソンはCubeSatを例として引用しています-ミニチュア「すぐに使用できる」技術で構築されたサイコロ衛星。 NEAスカウトは、86平方フィートのソーラーセイルが押す靴箱のサイズのCubeSatです。 m

適度なサイズにもかかわらず、プローブは梱包されています1991年のVG小惑星に関する広範な研究を実施するのに十分なツール。対象物の化学組成、サイズ、および動きを撮影および測定します。

NASAは、そのようなインテリジェンスにおいて、重要な第一歩を踏み出しました小惑星への将来の有人ミッション。宇宙飛行士が宇宙の岩の表面を探検しようとしている場合、NASAはゆっくりと予測可能な方法で回転し、異なる方向に回転しないことを確認したいです。同様に、宇宙機関は、小惑星が固体であるか、重力で支えられた石の山で表されているかを前もって知りたいと思っています。

軽い動き

NEAスカウトは、ミッション中に両方を実装します近距離で少なくとも1つの低速アプローチ-その速度は毎秒10メートルに低下し、デバイスは小惑星の表面から0.5キロメートルを通過します。これはソーラーセイルのもう一つの利点を示しています:それらは非常に機動性があり、時には従来の移動方法よりも優れています。

帆走制御の鍵-大西洋に海または宇宙-非対称推力の作成にあります。マストとリギングの天体同等物を使用してそれを作成する多くの異なる方法があります。 IKAROSには、電圧が印加されると暗くなり、光を反射するのではなく吸収する電気光学コーティングが施されています。したがって、帆の一部を「チューニング」して、他の半分よりも太陽の半分を受け取り、装置を展開することが可能です。

NEAスカウトは、セイルが展開されるフレームに対してCubeSatを前後に動かすスライド機構を使用して、異なるアプローチを取ります。

「コーラの缶を想像すると、私たちの機械で、紙を平らに置くと、帆になります」とジョンソンは言います。 -次に、シートを物理的に左右に動かしているだけだと想像してください。それがどうなるかです。」セールの傾斜により、速度を調整することもできます。

太陽帆を備えた宇宙船の柔軟性は、燃料の無尽蔵な供給のおかげで一定の推力と組み合わされ、いくつかの興味深い可能性への道を開きます。

飛行機の上にプローブを送信するとします太陽の北極を探索するための黄道太陽系。貴重な燃料を使用せずに、方向と速度を劇的に変えるために、エンジニアは通常重力に頼っています。 「今度は、宇宙船を木星に送り、黄道面から外に出し、太陽の周りの軌道角を大きくするための重力操作を行う必要があります」とジョンソンは言います。 「帆があれば、それを操縦するのは非常に簡単です。」

別の潜在的なアプリケーションはすでに近くにありますホーム、これは「ポールに座っている」衛星です。現在、衛星を地球上の特定の位置に相対的な位置に固定する場合-これは通信技術に非常に役立ちます-赤道より上、地球の高度35,786 kmの静止軌道にのみ送信できます。

しかし、帆を使って「あなたは北の上にいることができますまたは地球の南極を回転させ、地球が太陽の周りを回転するのと同じ速度で太陽の周りを回転します」とジョンソンは言います。 -地球の重力に打ち勝つには、帆が常にあなたを押し上げるように帆を向けるのに十分です。したがって、あなたは北極または南極上で動かずにホバリングします。」

正のエネルギー

光子-私たちは日光とみなす-はそうではない太陽によって生成される宇宙船の唯一の燃料。 NASAの科学者は最近、太陽風の荷電粒子によって推進される超高速帆の高度な概念を研究するために追加の資金を受け取りました。

それは電気帆、e帆と呼ばれます。 このアイデアは、フィンランド気象研究所の研究者であるペッカ・ヤンフネンによって最初に提案されました。彼は、長さ20 kmの最も細い20本のワイヤーで囲まれた装置を発表しました。

これらのワイヤは正に帯電した数十メートルの空間に広がる電界。毎秒750キロメートルを超える速度で移動する太陽風の陽子は、宇宙船の放出に応じて、この電界によってはじかれます。太陽風の負に帯電した粒子は、一種の「電子銃」によって消光されるため、電動帆は正に帯電した電界を維持します。

電気帆には多くの燃料が含まれます。 宇宙船が小惑星帯に到達したときに太陽帆を押す日光が著しく弱まる場合、太陽風は依然として激しく吹きます。時間が経つにつれて、電動セイルは100〜150 km / sに加速されます。

これは、宇宙探査機が到達できることを意味しますわずか2年で木星、5年でPl王星。電気帆は、宇宙探査のまったく新しい機会を提供し、太陽系外で星間空間への急行を可能にします。

ボイジャー1は35年かけて太陽系の境界に到達しました。ソーラーセールは20年でこのようなツアーを実施し、10年で電動セイルを実施します。

「2年半前に認めなければなりませんが、NASAのシステムエンジニアであるブルースウィグマンは次のように語っています。 -それから私たちは見て、言った、彼らは言う、非常に興味深い。彼らは未信者から信者に行きました。」

実際、ウィグマンは、プロトタイプがわずか5年で起動できます。ただし、いくつかの重要な問題を解決する必要があります。電気帆は燃料を必要としませんが、電子を打つ電子銃のための強力なエネルギー源が必要です。どのくらいのエネルギーですか?電気帆が収集する電子の数に依存します。 NASAの専門家は、太陽風をシミュレートするプラズマチャンバー内の帯電ワイヤを使用してこの問題を研究しています。

別の問題は太陽風にさらされている細い細線の曲がり。解決策:十分な遠心力が得られる速度でデバイスを回転させて、ワイヤーを伸ばしたままにします。

次の目的地:アルファケンタウリ

NASAの外では、フォレストジョンソンには別の仕事があります:彼は空想科学小説を書いています。実際、彼は1974年の小説「神の目のビッチ」に感謝し、ソーラーセールに興味を持ちました。

彼が遠い未来を夢見ているのも不思議ではありません。彼はソーラーセールを別のソーラーシステムに行きたいと思っています。

「大きなレーザーを構築できました」と言う彼です。 -帆が太陽から遠ざかり、日光が次第に少なくなるにつれて、レーザー光で強調表示し、移動を続けます。レーザーは太陽の軌道にとどまり、太陽系を離れるまで帆をますます加速させ続けます。」

もちろん、技術的な問題は残っていますが、決定する必要があります。まず、帆のサイズをテキサス州にする必要があります。そして、軌道レーザーはエネルギーを生成する必要があり、その量は世界中で現在生産されているものと比較することができます。もちろん、それはまあまあ聞こえますが、100年で多くのことができます。

人間によって作成された最初の宇宙船と別のシステムに送られて、偉大な地理的発見の時代に海洋の祖先としてそこに到着することができます。

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