Seis projetos espaciais incríveis em que a NASA investiu
Pulando em Plutão, uma corda para o satélite de Marte Fobos e o motor espacial mais rápido - Gazeta. Ru fala sobre projetos incríveis nos quais a NASA decidiu investir.
Sob os auspícios da Agência Espacial Nacional Americana NASA, uma competição de projetos semi-fantásticos francamente insanos é realizada anualmente, com o objetivo de escolher aqueles que, se realizáveis, poderiam se tornar missões espaciais revolucionárias. No âmbito do programa de conceitos avançados inovadores (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), são propostos projetos totalmente realizáveis e algo de um futuro muito distante.
Assim, por exemplo, em 2011, o ruído foi causado pela destinação de recursos para estudar a possibilidade de criação de um "raio trator" - como aquele que transportava objetos à distância da série "Jornada nas Estrelas". Às vezes, conceitos até francamente pseudocientíficos são oferecidos e subsidiados, mas felizmente não há muitos deles.
Este ano, a agência espacial decidiu investir em 15 tecnologias propostas em um estágio inicial (na chamada Fase I - a primeira etapa). De acordo com as regras, os vencedores recebem US $ 125 mil cada um para realizar um estudo de viabilidade inicial em nove meses, mostrar a viabilidade do conceito e, se bem-sucedidos, se qualificar para investimentos adicionais (até US $ 500 mil) em dois anos na segunda etapa estudando um desenvolvimento promissor.
Quase qualquer pessoa pode participar da competição (é importante apenas que o grupo inclua pelo menos um cidadão americano).
"O programa NIAC atrai pesquisadores e inovadores das comunidades científicas e de engenharia, incluindo representantes de organizações orçamentárias", explica Steven Yurchik, chefe assistente de equipe de tecnologia espacial da NASA. "O programa oferece aos jovens a oportunidade e os meios para explorar conceitos aeroespaciais especulativos que estamos avaliando e colocando de lado em nosso futuro portfólio de tecnologia."
Um dos vencedores desta vez foi o projeto de um nativo da Rússia, o funcionário da NASA Vyacheslav Turyshev - um telescópio espacial que usa o Sol como lente para estudar exoplanetas, que o Gazeta. Ru relatou anteriormente.
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Uma lista completa de 2017 para a primeira e segunda etapas pode ser encontrada aqui, e listamos os conceitos mais interessantes, em nossa opinião, da Fase I abaixo.
Pulando em Plutão
Benjamin Goldman da Global Aerospace Corporation apresentou o conceito de uma estação interplanetária automática (ver ilustração acima), que entrará na atmosfera de Plutão a uma velocidade de 14 km / se entregará um módulo de aterrissagem pesando 200 kg na superfície de um planeta anão, reduzindo a velocidade devido à frenagem aerodinâmica e gastos são apenas alguns quilogramas de combustível.
A pressão da superfície de Plutão é 10 milhões de vezes menor do que a da Terra, mas sua atmosfera é cerca de sete vezes mais extensa do que a da Terra, e seu volume é 350 vezes o do próprio Plutão. Passando por cem quilômetros de tal atmosfera super-rarefeita (mais precisamente, a exosfera), a nave pode perder 99,999% de sua energia cinética inicial, o que levará a uma velocidade final comparável ou até menor do que quando os rovers pousam em Marte. Com este truque, a necessidade total de combustível do foguete para o pouso de Plutão pode ser reduzida para 3,5 kg.
Depois de realizar pesquisas científicas no local de pouso inicial, o veículo de descida mudará para o modo de "salto" - devido à baixa gravidade (0,063 "mesmo"), ele será capaz de pular de um lugar para outro, examinando áreas especialmente interessantes da paisagem. O conceito proposto permitirá um estudo detalhado da superfície de Plutão usando um aparato de massa relativamente baixa com um custo razoável em 10-15 anos.
Elevador espacial sobre Fobos
Kevin Kempton, do Langley Research Center da NASA, propôs pendurar uma sonda cheia de sensores sobre a superfície de Fobos, uma das duas luas de Marte. Ao contrário do segundo satélite, Deimos, Phobos é mais massivo e está localizado mais perto do planeta. Propõe-se a fixação da sonda, denominada PHLOTE, com o auxílio de um cabo esticado desde o ponto Lagrange L1 (esta é a região de estabilidade gravitacional na linha reta que conecta o planeta e seu satélite).
Uma vez que o ponto L1 está localizado a apenas 3,1 km da superfície de Fobos, nenhum requisito é imposto ao comprimento do cabo que exceda as capacidades das tecnologias modernas (está planejado fazê-lo com base em nanotubos de carbono).
A sonda com sensores pode pairar sobre a superfície do satélite (sempre voltada para Marte com um lado) ou descer ao solo.
Devido à gravidade muito baixa em Phobos, a sonda experimentará cargas de ruptura relativamente baixas.
A própria Fobos é um objeto muito interessante: cientistas da URSS e, mais tarde, da Rússia, dedicaram muito esforço ao seu estudo, mas todas as expedições foram malsucedidas. O próximo "Phobos-Grunt" está planejado conosco no futuro. Os americanos vão estudar o satélite em etapas, tendo previamente pendurado um georadar em uma sonda para medir a composição do subsolo do objeto a fim de determinar a espessura da camada de regolito de granulação fina e quais problemas ela criará para pousos futuros. Outras ferramentas importantes podem ser dosímetros para estudar o ambiente de radiação, câmeras e um espectrômetro para analisar a composição mineral da superfície. O PHLOTE fornecerá uma presença permanente "de olho no céu" para missões de pouso e monitoramento operacional.
Doppler lidar ultra preciso de navegação, painéis solares ultraleves e sistemas de propulsão elétrica altamente eficientes devem manter a estação "pairando" por um longo tempo.
Este projeto também pode ser útil durante o pouso de uma pessoa na superfície de Marte. Como Fobos tem uma composição semelhante aos meteoritos - condritos carbonáceos, acredita-se que contenha minerais que podem ser usados para reabastecer o oxigênio e os suprimentos de combustível no caminho de volta à Terra.
No entanto, tal "trela" pode ser usada não apenas em Fobos, mas também em Deimos, bem como no ponto L1 do sistema Plutão-Caronte, onde ambos os corpos estão "travados" maré (sempre virados um para o outro pelos mesmos lados). Isso significa que uma espaçonave como a PHLOTE poderia descer com uma coleira na atmosfera rarefeita de Plutão, estudando sua composição química em todas as altitudes (ao contrário de uma sonda tradicional).
Macieiras em Marte
Adam Erkin, da Universidade da Califórnia em Berkeley, inspirado pelos episódios marcantes (mas cientificamente duvidosos) de cultivo de batatas marcianas pelo herói de Matt Damon no filme "The Martian" (2015), pensou na possibilidade de converter o solo marciano em um meio nutriente usando a bioengenharia. É proposto remover bactérias que podem desintoxicar percloratos (sais de ácido perclórico) no solo marciano, bem como enriquecê-lo com amônia.
Obviamente, tais desenvolvimentos dificilmente podem ser superestimados em termos de suporte a futuras missões tripuladas a Marte, bem como à nova terraformação deste planeta. Separadamente, os processos de eliminação do perclorato e fixação do nitrogênio já são conhecidos dos biólogos, mas é necessário para criar cepas de microrganismos de uma espécie, capazes de ambos ao mesmo tempo.
Para tanto, pretende-se estudar bactérias extremófilas do gênero Pseudomonas e, em primeiro lugar, Pseudomonas stutzeri, cujas diferentes cepas podem tanto combater o perclorato quanto fixar nitrogênio (por exemplo, cepa A1501). As pseudomonas têm duas vantagens importantes que tornam os experimentos com elas mais convenientes do que, por exemplo, com extremófilos fotossintéticos - cianobactérias: você pode usar métodos já trabalhados em E. coli e, além disso, dobrar a "colheita" é possível em apenas uma hora (não sete horas ou mesmo quatro dias, como é o caso das cianobactérias).
Uma câmera já foi desenvolvida para simular as condições em Marte: pressão inferior a 10 kPa, temperatura de -60 a +40 ° C, baixa intensidade de luz, radiação ultravioleta, atmosfera consistindo de 95% de dióxido de carbono e 3% de nitrogênio. É necessário esclarecer a gama de condições mais extremas em que as cepas estudadas serão capazes de sobreviver, reproduzir e cumprir seu propósito.
Esses desenvolvimentos, no entanto, não se limitarão a Marte - no futuro, está previsto estudar a possibilidade de biorremediação do solo terrestre com bactérias removidas: por exemplo, limpar terrenos próximos a poços de petróleo, em caso de derramamentos tóxicos, enriquecer o solo para aumentar a produção de vegetais, combater a fome em regiões áridas, atender às necessidades de grandes grupos população, etc.
Dirigível a vácuo para Marte
Este conceito, proposto por John Paul Clarke, da Georgia Tech, é semelhante a um dirigível convencional, com a única diferença de que a sustentação não é gerada por ar aquecido, hélio ou hidrogênio, mas por uma estrutura rígida que mantém o vácuo interno, deslocando o ar e proporcionando sustentação.
Os materiais existentes ainda não suportam a pressão atmosférica na Terra, mas em Marte a pressão atmosférica é duas ordens de magnitude menor, em que a operação de um dirigível a vácuo não só é possível, mas também traz alguns benefícios em comparação com os dirigíveis tradicionais. A casca deve ser multicamada e reticular. A grade é usada para apoiar duas camadas da camisa de vácuo. A atmosfera marciana tem peso molecular médio e temperatura mais altos do que outros planetas do sistema solar.
Como resultado, um dirigível marciano a vácuo pode teoricamente transportar duas vezes mais carga útil do que um dirigível de hélio ou hidrogênio de tamanho semelhante, mas se compara favoravelmente com o rover no sentido de que não ficará preso na areia.
Se um dirigível a vácuo for despressurizado, ele pode ser consertado e o ar bombeado para fora novamente, enquanto um dirigível convencional não é capaz de retornar o suprimento de hélio ou hidrogênio. Como o dirigível a vácuo não usa gás para a ascensão, ele pode realizar um número quase infinito de manobras compensatórias para ajustar ou estabilizar a altitude em resposta às mudanças na temperatura ambiente.
O dirigível a vácuo também pode usar seu invólucro rígido para proteger instrumentos da radiação solar e partículas de alta energia e pode acomodar painéis solares. Resta apenas encontrar materiais e estruturas que sejam leves e fortes o suficiente para suportar a pressão externa …
Navio mais rápido
John Brophy, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, propôs uma nova maneira de voar para os arredores do sistema solar. Plutão em seu navio pode ser alcançado em 3,6 anos, e uma distância de 500 unidades astronômicas é percorrida em 12 anos.
Em um ano, também será possível entregar uma carga útil de 80 toneladas na órbita de Júpiter, o que abre a possibilidade de missões tripuladas a planetas gigantes.
A nova arquitetura envolve a criação de uma matriz de emissores de laser com diâmetro de 10 km e potência de 100 MW, que aceleram o aparelho; a presença de uma matriz de fotocélulas na própria espaçonave, efetivamente capturando a energia transmitida por meio do ajuste fino das frequências do laser e gerando uma voltagem de 12 kV; finalmente, um motor iônico com impulso específico de 58 mil com potência de 70 MW (verifica-se que a eficiência de conversão de luz é de 70%), onde o lítio é usado como meio de trabalho, e não o xenônio mais conhecido.
O lítio é armazenado como um sólido, é facilmente ionizado, elimina o vazamento de gás inerte do propulsor e a erosão, o que garante uma vida útil do motor de foguete muito longa.
Para uma nave espacial rápida, é importante ter uma massa baixa com um empuxo específico do motor alto. Ao remover a fonte de energia e a maior parte do hardware de conversão de energia do navio, substituindo tudo por um conjunto de células solares leves, uma proporção de 0,25 kg / kW pode ser alcançada. Para efeito de comparação: a moderna estação automática Dawn, empenhada em pesquisar o asteróide West e o planeta anão Ceres, tem 300 kg / kW e um impulso específico de 3000 s, respectivamente.
No futuro, tudo isso possibilita pensar em viagens interestelares.
Visita ao inferno
Robert Youngquist, do Kennedy Space Center da NASA, propôs o desenvolvimento de um novo revestimento de alta temperatura que refletirá até 99,9% dos raios solares, 80 vezes melhor do que os atuais. Isso será alcançado por meio do uso de um revestimento de baixa temperatura que está sendo desenvolvido com o apoio financeiro do NIAC.
Por meio de simulação computacional, espera-se aumentar a eficiência do refletor, calcular seu desempenho e obter um protótipo funcional, que será enviado para testes a parceiros do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. Os resultados da modelagem e dos testes serão usados para desenvolver uma missão ao Sol, durante a qual o dispositivo terá que se aproximar da superfície da estrela a uma distância de um raio solar.
- uma ordem de magnitude mais próxima do Solar Probe Plus, que está programado para ser lançado em agosto de 2018. Além de quebrar outro recorde, este projeto fará um progresso significativo na resolução de problemas de proteção térmica e melhorará o controle térmico durante futuras missões a Mercúrio.
Maxim Borisov
