Приятно расслабиться и подвести итоги по всем местам Солнечной системы, которые мы исследовали. Сначала появилась Луна, затем в течение следующих десятилетий мы отправили космические корабли к Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну, Урану, Нептуну и даже далекому Плутону. Мы также исследовали некоторых обитателей пояса астероидов и даже несколько комет.
Это впечатляющий список, но он все равно затмевается количеством объектов, которые мы не посетили. Могут ли стаи микрозондов помочь нам расширить нашу сферу деятельности? Новое исследование показывает, что крошечные микрозонды с солнечным парусом могут совершить путешествие к астероиду Бенну туда и обратно быстрее, чем это сделал OSIRIS-REx.
Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли считает, что флот микрозондов с солнечным парусом может стать следующим большим шагом в освоении космоса. Эти крошечные зонды будут весить всего 10 граммов (0,35 унции) и будут питаться только от давления Солнца.
Подробности — в новой статье в Acta Astronautica. Он называется «БЛАГОСЛОВИЕ: Межпланетное исследование с участием множества недорогих космических кораблей». Ведущий автор — Александр Альвара, аспирант-механик Калифорнийского университета в Беркли.
«Проект недорогого межпланетного солнечного паруса в Беркли (BLISS) призван продемонстрировать, что технологии сотовых телефонов и другие виды миниатюризации посредством технологических достижений открывают беспрецедентные возможности в космосе», — пишут авторы в своей статье.
Хотя эти крошечные зонды представляют собой солнечные паруса, они не получают энергию от солнечного ветра, потока заряженных частиц, исходящих от Солнца. Вместо этого солнечные паруса получают энергию от радиационного давления Солнца. Солнце оказывает это давление на несколько длин волн. Паруса солнечного давления работают, как доказывает LightSail Планетарного общества.
Транспортные средства LightSail представляли собой испытательные миссии, которые вращались вокруг Земли лишь в течение короткого времени, прежде чем снова войти в атмосферу, как и планировалось. Во время миссии LightSail 2 он успешно продемонстрировал, что его солнечные паруса способны поднять его орбиту.
Но отправка флота крошечных космических кораблей с солнечными парусами в Солнечную систему является более сложной задачей. Но продолжающаяся миниатюризация электроники делает микрозонды все более привлекательными и осуществимыми.
Кристофер Пистер, профессор электротехники и информатики Калифорнийского университета в Беркли, возглавляет проект BLISS. В интервью СМИ Калифорнийского университета Пистер и ведущий автор Альвара объяснили мотивацию программы BLISS и рассказали о преимуществах солнечных парусов перед другими типами космических кораблей, включая их стоимость.
Программа BLISS основана на околоземных астероидах (АСЗ). Существует около 1000 АСЗ диаметром более 1 км, но у нас есть фотографии только около 10 из них, и большинство из них не очень хорошие. «Нас воодушевила идея о том, что потенциально можно взять камеру iPhone, облететь вокруг одной из этих штук, сделать тысячу цветных фотографий высокого разрешения с очень близкого расстояния, а затем передать эту информацию вниз», — сказал профессор Пистер.
В своей статье Пистер и другие авторы пишут: «Целью этой работы является развертывание сотен–1000 недорогих небольших космических кораблей с солнечными парусами к ОСЗ для получения изображений с целью идентификации астероидов, которые могут иметь перспективу сдерживания. от траекторий столкновения с Землей и от тех, кто способен содержать органику и жизнь в нашей солнечной системе».
Для выполнения этой миссии солнечные паруса имеют одно главное преимущество перед другими космическими кораблями: у них нет двигателей, что делает космический корабль легче и дешевле. Это также означает, что им не нужно топливо. «В отличие от других космических кораблей, солнечные паруса могут путешествовать по галактике или, точнее, по нашей Солнечной системе, без необходимости нести с собой какое-либо топливо или беспокоиться о дозаправке», — сказал Альвара.
Еще одним преимуществом микрозондов BLISS является их крошечный размер. «Меньший размер позволяет космическому кораблю быть более маневренным. Нам не нужно беспокоиться о короблении паруса, площадь которого составляет всего один квадратный метр», — сказал Альвара. Более крупному космическому кораблю нужен парус большего размера, а парусам большего размера требуется больше поддержки, чтобы они не прогибались при разворачивании и изменении ориентации. Солнечные паруса необходимо развернуть после того, как они будут выпущены из ракеты-носителя, а для этого требуется некоторое сложное оборудование. Поскольку микрозонды весят всего 10 грамм, паруса должны иметь площадь всего один квадратный метр (10,7 квадратных футов). Сравните это с парусом LightSail 2, который был размером с боксерский ринг: 32 м.2или 340 квадратных футов.
Эти микрозонды также намного дешевле, чем более крупные космические корабли, что является важной особенностью конструкции космических кораблей. «Если мы все сделаем правильно, стоимость солнечных парусов составит тысячу долларов или меньше», — сказал Пистер. «Затем мы могли бы поместить тысячи этих крошечных космических аппаратов в небольшой корпус размером с небольшой спутник и запустить их в космос».
Это означает, что за стоимость одного запуска можно запустить группу численностью около тысячи зондов для исследования околоземных астероидов.
Ключевой особенностью BLISS является микроэлектромеханическая система (МЭМС), называемая червячным двигателем. Червячные двигатели используют пьезоэлектрические приводы для преобразования электричества в силу. Именно так космический корабль BLISS перемещает свои стержни из углеродного волокна, чтобы изменить ориентацию паруса и изменить курс. «Оказывается, именно для этого и нужно ориентироваться — точно так же, как на паруснике», — сказал Пистер. «Вы натягиваете стропы и меняете положение паруса при ветре, и это влияет на направление».
Для навигации BLISS будет использовать свою камеру для изображения звезд. Затем он сравнит эти изображения со встроенными изображениями, чтобы определить свое местоположение. Это называется алгоритмом «Затерянные в пространстве». «Идея состоит в том, что вы наносите на карту звезды, которые видите, а затем сравниваете их с пикселями изображений, которые вы можете получить с бортовой камеры мобильного телефона», — сказал Альвара.
Связь все еще возможна на столь маленьком космическом корабле. Исследователи говорят, что космические корабли BLISS могут поддерживать связь друг с другом на расстоянии одного миллиона километров и смогут передавать данные. BLISS также будет связываться с Землей через геостационарный спутник. Авторы отмечают, что они могли бы создать космический корабль еще меньшего размера, если бы вернулись на околоземную орбиту для связи.
Как только они достигнут места назначения, крошечный космический корабль сфотографирует их поверхность. Они также могли бы собирать образцы пыли из хвостов комет, хотя эти образцы, очевидно, будут крошечными. Подробности о том, как эти образцы будут собираться, храниться и доставляться на Землю, скудны.
Чтобы проиллюстрировать, как может работать BLISS, исследователи использовали для сравнения миссию NEA Bennu и OSIRIS-REx. Они говорят, что BLISS сможет добраться до Бенну быстрее, чем OSIRIS-REx. В то время как OSIRIS-REx потребовалось более семи лет, чтобы совершить путешествие туда и обратно, BLISS потребуется чуть больше пяти лет. Между ними есть очевидные различия. OSIRIS-REx располагает полным набором научных инструментов, и ему потребовалось дополнительное время, чтобы осмотреть Бенну и выбрать место для отбора проб.
Но OSIRIS-REx посетил только один астероид. БЛИСС могла бы посетить сотни из них за относительно небольшие денежные вложения.
Как скоро микрозонды BLISS могут быть готовы к запуску?
«Мы могли бы сделать это через несколько лет», — сказал Альвара. Некоторые теории верны, а некоторые двигатели уже прошли испытания.
«Но еще необходимы шесть других систем и всевозможное программное обеспечение, так что это будет непростая задача», — сказал Пистер. «Но я надеюсь, что мы сможем получить финансирование для дальнейших исследований».
