Это снова то время. NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts) анонсировал шесть концепций, которые получат финансирование и перейдут ко второй фазе разработки. Это всегда интересный взгляд на технологии и миссии, которые могут быть реализованы в будущем.
Каждый из шести выбранных кандидатов получит по 600 000 долларов США на реализацию своих идей в течение следующих двух лет. НАСА ожидает, что каждая команда потратит два года на устранение как технических, так и бюджетных препятствий для своих концепций. Когда этот второй этап подойдет к концу, некоторые концепции могут перейти на третий этап.
«Эти разнообразные, похожие на научную фантастику концепции представляют собой фантастический класс исследований Фазы II», — сказал Джон Нельсон, руководитель программы NIAC в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Наши ребята из NIAC никогда не перестают удивлять и вдохновлять, и этот курс определенно дает НАСА возможность задуматься о том, что возможно в будущем».
Вот они.
Гидравлический телескоп (FLUTE): создание нового поколения больших космических обсерваторий
Телескопы построены на основе зеркал и линз, независимо от того, наземные они или космические. Большое зеркало JWST имеет диаметр 6,5 метров, но его пришлось сложить, чтобы оно поместилось внутри ракеты, которая его запустила, а затем развернула в космосе. Это сложный инженерный подвиг. Инженеры также строят все более крупные наземные телескопы, и их одинаково сложно спроектировать и построить. Может ли FLUTE изменить это?
FLUTE представляет собой линзы, изготовленные из жидкости, а концепция команды FLUTE описывает космический телескоп с главным зеркалом диаметром 50 метров (164 фута). Создать стеклянные линзы для телескопа такого размера нереально. «При использовании современных технологий увеличение размеров космических телескопов до апертур диаметром более 33 футов (10 метров) не представляется экономически целесообразным», — говорится на веб-сайте FLUTE.
Но в условиях микрогравитации космоса жидкости ведут себя интригующим образом. Поверхностное натяжение удерживает жидкости вместе на их поверхностях. Мы можем видеть это на Земле, где некоторые насекомые используют поверхностное натяжение, чтобы скользить по поверхности прудов и других водоемов. Кроме того, на Земле поверхностное натяжение удерживает вместе маленькие капли воды. Но в космосе, вдали от доминирующей земной гравитации, поверхностное натяжение гораздо более эффективно. Там вода сохраняет наиболее энергоэффективную форму: сферу.
Водой управляет другая сила: адгезия. Адгезия приводит к прилипанию жидкостей к поверхностям. В условиях микрогравитации космоса адгезия может связывать жидкость с круглой кольцеобразной рамкой. Тогда за счет поверхностного натяжения жидкость естественным образом примет сферическую форму. Если жидкость можно заставить выпячиваться внутрь, а не наружу, и если жидкость достаточно отражающая, она создает зеркало телескопа.
Команда FLUTE хотела бы производить оптические компоненты в космосе. Жидкость останется в жидком состоянии и образует чрезвычайно гладкую светособирающую поверхность. В качестве бонуса ФЛЕЙТА также будет самовосстанавливаться после любого удара микрометеорита.
Исследование FLUTE возглавляет Эдвард Балабан из Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии. Команда FLUTE уже провела несколько испытаний на МКС и в полетах в невесомости.
Импульсно-плазменная ракета (PPR): экранированный, быстрый переход людей на Марс
Чтобы добраться до Марса, потребуется слишком много времени. Это шестимесячное путешествие в одну сторону плюс время, проведенное на поверхности. Все это время в условиях микрогравитации, воздействия радиации и других проблем делает путешествие очень трудным для астронавтов. PPR стремится это исправить.
PPR не является ракетой-носителем для выхода из гравитационного колодца Земли. Его будут запускать на тяжелом грузовом автомобиле, таком как SLS, а затем отправлять в путь.
Первоначально PPR был основан на концепции импульсного ядерного синтеза. Но он более доступен, а также меньше и проще. PPR может генерировать тягу в 100 000 Н с удельным импульсом (Isp) 5 000 секунд. Это хорошие цифры. PPR может сократить время путешествия на Марс до двух месяцев.
У него есть и другие преимущества. Он может доставлять на Марс более крупные космические корабли продолжительностью более двух месяцев, перевозя больше груза, а также обеспечивая более надежную защиту от космических лучей. «PPR открывает совершенно новую эру в освоении космоса», — пишет команда.
PPR — это, по сути, термоядерная система, воспламеняющаяся в результате деления. Это похоже на термоядерное оружие. Но вместо безудержного взрыва объединенная энергия направляется через магнитное сопло для создания тяги.
На втором этапе команда PPR намерена оптимизировать конструкцию двигателя для выработки более конкретного импульса, провести эксперименты по проверке концепции основных компонентов и спроектировать экранированный корабль для пилотируемых миссий на Марс.
Это исследование возглавляет Брианна Клементс из компании Howe Industries в Скоттсдейле, штат Аризона.
Большая обсерватория длинных волн (GO-LoW)
Одним из последних рубежей современной астрономии является низкочастотное радионебо. Ионосфера Земли не позволяет ее увидеть нашим наземным телескопам. И космические телескопы тоже этого не видят. Это потому, что длины волн очень длинные, от метра до километра. Только чрезвычайно массивные телескопы могли ясно увидеть эти волны.
GO-LoW является потенциальным решением. Это космическая группа из тысяч одинаковых малых спутников, расположенных в виде интерферометра. Он будет находиться в точке Лагранжа Земля-Солнце и наблюдать магнитные поля экзопланет и звезд. Магнитные поля экзопланеты излучают радиоволны в диапазоне от 100 кГц до 15 МГц. Команда GO-LoW утверждает, что их интерферометр сможет выполнить первое исследование экзопланетных магнитных полей в радиусе 5 парсеков (16 световых лет). Магнитные поля могут многое рассказать ученым об экзопланете, ее эволюции и происходящих в ней процессах.
Хотя нет никаких сомнений в том, что большие телескопы, такие как JWST, мощны и эффективны, они чрезвычайно сложны и дороги. И если что-то пойдет не так с критически важным компонентом, миссия может завершиться.
GO-LoW использует другой подход. Используя тысячи отдельных спутников, система становится более устойчивой. GO-LoW будет иметь гибридное созвездие. Некоторые из спутников будут меньшими и простыми, называемыми «узлами прослушивания» (LN), тогда как меньшее количество из них будет узлами «связи и вычислений» (CCN). Они будут собирать данные с LN, обрабатывать их и передавать обратно на Землю.
В GO-LoW утверждают, что потребуется всего несколько тяжелых запусков, чтобы вывести в космос целую группировку из 100 000 спутников.
Технология для SmallSats уже существует. Задача, которую команда GO-LoW решит в рамках второго этапа финансирования, заключается в разработке системы, которая будет эффективно объединять все вместе. «Координация всех этих физических элементов, продуктов данных и систем связи является новой и сложной задачей, особенно в масштабе», — пишут они.
GO-LoW возглавляет Мэри Кнапп из Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс.
Радиоизотопный терморадиационный генератор энергии
Это что-то вроде солнечной энергии наоборот.
RTCPG является источником энергии для космических кораблей, посещающих внешние планеты. Они обещают меньшую по размеру и более эффективную выработку электроэнергии для небольших научных и исследовательских миссий, которые не могут использовать солнечную или ядерную энергетическую систему. Обе эти системы громоздки, а солнечная энергия ограничена по мере удаления от Солнца.
Терморадиационная ячейка (TRC) использует радиоизотопы для создания тепла, как это делает MMRTG. Но TRC использует тепло для генерации инфракрасного света, который генерирует электричество. При первоначальном тестировании система вырабатывала в 4,5 раза больше мощности от того же количества ПУ-238.
Большая часть работы второго этапа будет связана с материалами. «Будут исследованы контакты металл-полупроводник, способные выдерживать необходимые повышенные температуры», — поясняет команда. На первом этапе команда разработала специальную аппаратуру для криостатных испытаний.
«Основываясь на наших результатах Фазы I, мы считаем, что здесь есть гораздо больший потенциал», — пишет команда.
Это исследование концепции производства электроэнергии проведено Стивеном Полли из Рочестерского технологического института в Нью-Йорке.
FLOAT: гибкая левитация на треке
Что, если Артемида добьется огромного успеха? Как астронавты будут эффективно перемещать свое оборудование по лунной поверхности?
FLOAT обеспечит автономную транспортировку полезных грузов на Луну. «Надежная и долговечная роботизированная транспортная система будет иметь решающее значение для повседневной работы устойчивой лунной базы в 2030-х годах», — пишет команда FLOAT.
Сердце FLOAT — это трехслойная гибкая гусеница, которая разворачивается на место без каких-либо серьезных строительных работ. Он состоит из трех слоев: слоя графита, слоя гибкой цепи и слоя солнечной панели.
Слой графита позволяет роботам использовать диамагнитную левитацию, чтобы парить над трассой. Слой гибкой цепи обеспечивает тягу, которая их перемещает, а слой тонкопленочной солнечной панели генерирует электричество для лунной базы, когда она находится под солнечным светом.
Систему можно использовать для перемещения реголита для использования ресурсов на месте и для транспортировки полезной нагрузки вокруг лунной базы, например, из зон приземления в места обитания.
«Отдельные роботы FLOAT смогут транспортировать полезные нагрузки различной формы/размера (>30 кг/м^2) с полезной скоростью (>0,5 м/с), а крупномасштабная система FLOAT будет способна перемещать до 100 000 грузов. кг реголита/полезной нагрузки на несколько километров в день», — объясняет команда FLOAT.
Благодаря финансированию второго этапа команда FLOAT намерена спроектировать, построить и протестировать уменьшенные версии роботов и трекеров FLOAT. Затем они проверят свою систему на лунном аналоговом стенде. Они также проверят влияние окружающей среды на систему и то, как она влияет на производительность и долговечность системы.
Итан Шалер возглавляет FLOAT в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
ОБЪЕМ: ScienceCraft для исследования внешней планеты
Некоторые из самых интригующих планет и спутников Солнечной системы находятся далеко за пределами Юпитера. Но исследовать их непросто. Чрезвычайно долгое время в пути, ограниченные окна миссий и большие расходы ограничивают наши исследования. Но SCOPE стремится устранить эти ограничения.
Обычно космический корабль оснащен двигательной и энергетической системой, а также приборами и системами связи. Например, миссия НАСА «Юнона» к Юпитеру несет в себе химический ракетный двигатель, 50 квадратных метров солнечных батарей и 10 научных инструментов. Одни только солнечные панели весят 340 кг (750 фунтов). Юнона мощная, производит широкий спектр качественных научных данных и стоит дорого.
ScienceCraft использует другой подход. Он объединяет единый научный прибор и космический корабль в одну монолитную конструкцию. По сути, это солнечный парус со встроенным спектрометром. Они нацелены на систему Нептун-Тритон.
Изображение предоставлено: Махмуда Султана
«Печатая сверхлегкий спектрометр на основе квантовых точек, разработанный ПИ Султана, непосредственно на солнечном парусе, мы создаем революционную архитектуру космического корабля, обеспечивающую беспрецедентный параллелизм и пропускную способность сбора данных, а также быстрое путешествие по Солнечной системе», — сказал он. Пишет команда ScienceCraft.
Вместо того, чтобы просто обеспечивать движение, парус одновременно служит научным инструментом космического корабля. Небольшая масса означает, что ScienceCraft можно будет вывести на орбиту в качестве вторичной полезной нагрузки. Команда заявляет, что будет использовать второй этап для определения и разработки ключевых технологий для космического корабля, а также для дальнейшей доработки концепции миссии. Говорят, что из-за дешевизны и простоты они могут быть готовы к 2045 году.
«Используя эти преимущества, мы предлагаем концепцию миссии к Тритону, уникальному планетарному телу в нашей солнечной системе, в течение короткого периода, который закрывается примерно в 2045 году, чтобы ответить на важные научные вопросы об атмосфере, ионосфере, шлейфах и внутренней структуре Тритона», — сообщает ScienceCraft. объясняет команда.
ScienceCraft возглавляет Махмуда Султана из НАСА в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд.
