FreeFall тестирует сферические антенны на высоте 159 000 футов на стратосферном шаре НАСА объемом 60 миллионов кубических футов. Фото: доктор Кристофер Уокер, научный сотрудник NIAC / FreeFall Aerospace
Около 30 лет назад молодой инженер по имени Кристофер Уокер был дома вечером и готовил шоколадный пудинг, когда ему по счастливой случайности позвонила его мать.
Ответив на звонок, он выключил плиту и натянул кастрюлю полиэтиленовой пленкой, чтобы пудинг оставался свежим. К тому времени, когда он вернулся, охлаждающий воздух в горшке превратил обертку в вогнутую форму, и в этом деформированном пластике он увидел нечто — увеличенное отражение лампочки над головой — что натолкнуло его на идею, которая могла произвести революцию в космических технологиях. сенсорика и связь.
Эта идея стала большим отражателем воздушного шара (LBR), надувным устройством, которое создает широкие собирающие апертуры, которые весят лишь часть современных развертываемых антенн. Теперь, при поддержке программы НАСА «Инновационные передовые концепции» (NIAC), финансируемой Управлением космических технологий агентства, которое поддерживает дальновидные инновации из различных источников, многолетнее видение Уокера начинает воплощаться в жизнь.
Концепция превращает часть внутренней поверхности надутой сферы в параболическую антенну. Часть, составляющая около трети внутренней поверхности баллона, алюминизирована, что придает ей отражающие свойства.
Благодаря финансированию NIAC и гранту Исследовательской лаборатории ВМС США Уокер смог разработать и продемонстрировать технологии для LBR диаметром 33 фута (10 метров), который был доставлен в стратосферу на гигантском воздушном шаре. Для сравнения, диаметр апертуры огромного космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА составляет более 21 фута (6,5 метра).
«В НАСА не было другого места, кроме NIAC, чтобы начать эту работу», — говорит Уокер, ныне профессор астрономии и оптической инженерии в Университете Аризоны в Тусоне. «Поначалу я боялся поделиться этой идеей с коллегами, потому что она звучала очень безумно. Вам нужна программа в НАСА, которая действительно будет рассматривать радикальные идеи, и NIAC – это именно она».
Параболические тарельчатые антенны используют свою вогнутую форму для улавливания и концентрации электромагнитного излучения. Чем больше диаметр или апертура антенны, тем эффективнее она улавливает световые или радиоволны и передает радиосигналы на большие расстояния.
В астрономии размещение телескопов над атмосферой Земли имеет огромное преимущество, поскольку оно имеет тенденцию искажать или ухудшать сигналы, поступающие из космоса. Проблема заключается в том, что традиционные большие рефлекторные антенны тяжелы, громоздки и их трудно хранить, что приводит к ограничениям при запуске и рискованным схемам развертывания в космосе.
Конструкция LBR решает обе проблемы. Изготовленный из тонкопленочной структуры, он надувается, как пляжный мяч, обеспечивая стабильную форму параболической тарелки без необходимости использования громоздкого и сложного развертываемого оборудования, а также может складываться в крошечный объем.
В 2018 году компания Freefall Aerospace, соучредителем которой является Уокер для разработки и продвижения этой технологии, продемонстрировала потенциал LBR на борту стратосферного аэростата НАСА размером со стадион, который доставил модель размером 3,28 фута на высоту 159 000 футов.
STMD инвестировала в разработку LBR в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts. Фото: НАСА/BryceTech.
Следующим шагом в развитии этой технологии станет демонстрация высокоскоростной связи на низкой околоземной орбите на борту шести спутникового спутника CubeSat размером с коробку из-под обуви под названием CatSat. Он был выбран для полета в 2019 году в рамках инициативы НАСА по запуску CubeSat. Это совместная работа НАСА, Freefall Aerospace, Университета Аризоны и Rincon Research Corporation в Тусоне, штат Аризона.
После достижения низкой околоземной орбиты система развертывания надувных антенн CatSat развернется из своего контейнера, надуется до диаметра около полутора футов и начнет передавать обратно фотографии Земли в высоком разрешении. Миссию планируется запустить вместе с несколькими другими спутниками CubeSat на ракете Alpha компании Firefly Aerospace в рамках миссии «Образовательный запуск наноспутников» (ELaNa) 43.
Также изучается более амбициозная концепция лунной миссии. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, будет использовать надувную антенну в тандеме с новым прибором под названием Терагерцовый спектрометр для использования ресурсов на месте, миниатюрным мощным лазером, точно откалиброванным для обнаружения воды, важнейшего исследовательского ресурса.
«Технология, продемонстрированная CatSat, открывает двери для возможности будущих миссий на Луну, планеты и в дальний космос с использованием CubeSat», — сказал Уокер.
Может быть, трудно поверить, что все это началось, потому что идея ужина молодого инженера однажды вечером была тем, что большинство сочло бы десертом. Опять же, можно сказать, что доказательство было в пудинге.
