Как сделать космический зонд
Парень запустил в космос самодельный летательный аппарат, которому удалось достичь озонового слоя (фото)
Колумбийский видеоблогер Фабер Бургос Сармьенто своими руками сделал летательный аппарат, который достиг стратосферы и сделал оттуда потрясающие снимки Земли. Устройство было сконструировано из полистирола, метеозонда и камеры GoPro, а также других материалов. Максимальная высота, на которую поднялся аппарат, составляет около 30 км.
Огромная популярность
Сармьенто имеет популярность в социальных сетях, но запуск собственного летательного аппарата поднял ее на новый уровень. Парень опубликовал видео с запуском в Facebook, в результате чего пост набрал 2 млн откликов.
Зонд Сармьенто получил название Primavera I. Для его запуска нужно было получить специальное разрешение. Запуск был произведен в районе колумбийского города Бояка.
Эффектный полет
Зонд поднялся вверх до озонового слоя благодаря воздушному шару. В процессе набора высоты устройство покинуло слои тропосферы и атмосферы, где происходят основные климатические изменения, влияющие на погоду. На этом же уровне летают коммерческие самолеты.
В какой-то момент шары достигли уровня, откуда можно было фиксировать характерную кривизну Земли. Также виднелись Солнце и Луна. В итоге были отсняты фантастически красивые кадры, которые крайне редко фиксируются из стратосферы.
Примечательно, что шар с зондом вернулся обратно. Сармьенто даже смог его найти благодаря отслеживанию координат.
Этот парень не просто так реализовал данный проект. Он увлекается космосом и наукой в целом. Желая показать красоту мира в его не самых популярных местах, Сармьенто сделал собственными руками устройство, которое позволило продемонстрировать эти пейзажи пользователям Сети.
Не исключено, что представленные публике фото станут вдохновляющим источником для других молодых людей, которые также заинтересуются астрономией, космонавтикой, астрофизикой и другими науками.
Только что был испытан прототип будущего межзвёздного зонда
В Калифорнийском университете в Санта-Барбаре исследователи из UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) в настоящее время работают над межзвёздным зондом. Под руководством профессора Филиппа Любина (Philip Lubin) группа разрабатывает будущую межзвёздную миссию.
Если всё пойдёт хорошо, то космический корабль сможет достичь релятивистских скоростей и добраться до ближайшей звёздной системы (Проксима Центавра) всего за несколько десятилетий.
Недавно ECG протестировала прототип зонда StarChip. Запуск был осуществлён в сотрудничестве с военно-морской академией США в Аннаполисе 12 апреля 2019 года. Эта дата была выбрана в связи с 58-й годовщиной орбитального полёта космонавта Юрия Гагарина, что сделало его первым человеком, побывавшим в космосе.
Идея StarChip проста. Используя преимущества миниатюризации, все необходимые компоненты исследовательской миссии могут быть установлены на космическом корабле размером с человеческую руку. Солнечный парус сделан из лёгких материалов, благодаря чему космический зонд может ускоряться до 20% от скорости света.
“Зонд был спроектирован так, чтобы выполнять многие функции гораздо более крупных космических аппаратов, такие как получение изображений, передача данных, включая лазерную связь, определение местоположения и изучение магнитных полей. Благодаря быстрому прогрессу в микроэлектронике мы можем сжать космический корабль до гораздо меньшего размера, чем это было возможно ранее”, – сказал Ник Руперт (Nic Rupert), инженер-разработчик из лаборатории Любина.
В то время как StarChip продемонстрировал безупречные результаты в недавнем тесте, впереди учёных ждут серьёзные технические препятствия. Принимая во внимание расстояние – 4,24 световых года (40 трлн. км.) – и тот факт, что космическому кораблю потребуется достичь умопомрачительной скорости, технологические требования пугают.
Обычным химическим двигателям, таким как те, которые доставили людей на Луну почти 50 лет назад, потребовалось бы около ста тысяч лет, чтобы добраться до ближайшей звёздной системы, Альфа Центавра. И даже самые продвинутые двигатели, такие как ионные двигатели, потратили бы на это путешествие много тысяч лет. Существует только одна известная технология, с которой зонды смогли бы достичь близлежащих звёзд в течение жизни человека, и она использует сам свет в качестве движущей системы.
Одной из самых больших проблем в этой технологии является создание наземной лазерной матрицы, способной ускорить парус. Однако при наличии такого лазерного массива, вы сможете достичь цели в 20 процентов от скорости света и прибыть в систему Альфа Центавра всего через 20 лет.
Рой космических зондов покидает Солнечную систему. Авторы и права: Adrian Mann.
Такого рода космические зонды смогут показать, существует ли жизнь за пределами Земли. Ещё один интересный аспект проекта UCSB заключается в отправке жизни с Земли на другие экзопланеты.
В будущем году группа UCSB планирует первый суборбитальный полёт. Между тем, достижения в области кремниевой оптики и интегрированной фотоники снижают стоимость массового производства этих крошечных космических аппаратов.
В дополнение к межзвёздному путешествию эта технология будет способствовать появлению быстрых и недорогих полётов на Марс и к другим объектам в Солнечной системе.
Космические зонды
Так называют космические аппараты, которые управляются автоматически, без помощи человека. Космические зонды отправляются в полет без экипажа. Главная их цель — проведение научных исследований различных небесных тел и космических пространств. Первые автоматические космические аппараты были запущены в СССР в 1959 году. Тогда поверхности Луны достигли 3 космических зонда, которым удалось изучить и заснять поверхность спутника нашей планеты. Благодаря работе аппарата «Луна-3» земляне впервые смогли увидеть фотографии обратной стороны Луны, которую невозможно рассмотреть с Земли.
Близнецы-путешественники
В 1977 году с американского космодрома на мысе Канаверал стартовали уникальные 723-килограммовые космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти два аппарата, название которых переводится как «путешественник», по своей конструкции абсолютно идентичны, как братья-близнецы. Однако маршруты у них разные. Если «Вояджер-1» исследовал только Юпитер и Сатурн, то «Вояджер-2» кроме вышеперечисленных планет успел изучить еще Уран и Нептун.
Современная миссия космических кораблей «Вояджер-1» и «Вояджер-2» состоит в выходе за пределы Солнечной системы, исследовании неведомых космических пространств и возможном контакте с инопланетными цивилизациями (если таковые встретятся на пути). Планируется, что в 2020-х годах они покинут Солнечную систему и окажутся в межзвездном пространстве. На данный момент «Вояджер-2» находится в 17 с половиной миллиардах километров от Земли. А «Вояджер-1» является и вовсе самым дальним космическим объектом, созданным человеком. Он отдалился от нашей планеты более чем на 21 миллиард километров.
Викинг-первопроходец
20 августа 1975 года на Марс отправился автоматический космический зонд «Викинг-1», который состоял из двух основных частей: орбитальной станции и спускаемого на поверхность планеты аппарата. Спустя 10 месяцев «Викинг-1» добрался до Марса, и 19 июня 1976 года марсианская станция достигла поверхности планеты. Это был первый в истории космический аппарат, который смог передать на Землю фото- и видеоизображения с поверхности Марса. Трансляции с красной планеты велись с помощью орбитальной станции «Викинг-1». Марсианская станция работала до ноября 1982 года.
Современные марсоходы
В наше время поверхность Марса тщательно изучают марсоходы. Так называют аппараты, передвигающиеся по Марсу на шести колесах. Они добирались до планеты на автоматической космической станции и совершали посадку в составе спускаемого аппарата. Управляют марсоходами в американском космическом центре, туда же аппараты посылают всю информацию о Марсе.
Первым успешно работавшим марсоходом был «Сорджонер» (4 июля — 27 сентября 1997 года). Затем в январе 2004 года на Марс спустились «Спирит» и «Оппортьюнити». «Спирир вышел из строя в 2010 году, а его «напарник» трудится до сих пор. Вторым действующим марсоходом с июля 2012 года является «Кьюриосити».
Путешествие на Титан
В 1997 году к планете Сатурн и его спутникам был отправлен космический аппарат «Кассини», в составе которого находился спускаемый зонд «Гюйгенс». В 2005 году «Кассини» подлетел к самому крупному спутнику Сатурна — Титану. От него отделился зонд «Гюйгенс» и при помощи парашюта спустился на твердую поверхность небесного тела. Это была первая мягкая посадка космического аппарата в зоне внешних планет Солнечной системы. Благодаря работе «Гюйгенса» жители Земли узнали, что на Титане есть жидкая вода и что его ландшафт очень похож на земной.
Как построить автоматический космический зонд.
Полезным грузом зондов, запускаемых к другим звездным системам, должен быть универсальный конструктор с человеческим уровнем интеллекта, обозначаемый далее термином «зонд фон Неймана», оснащенный тормозным устройством и двигателем для перемещения в пространстве, последним может служить электрический реактивный двигатель или солнечный парус. Зонду фон Неймана будет дана задача поиска конструкционных материалов и создания из них собственных копий вместе с двигательными установками. Исходя из наблюдений в нашей солнечной системе, других звездных системах и сущствующих теорий их формирования, такие материалы должны быть доступны практически везде в форме астероидов, метеоритов, комет, и другого мусора, оставшегося после образования звездной системы. Последние наблюдения огромных количеств пыли вокруг Веги и других звезд показывают, что такие материалы имеются в любой звездной системе. Например, состав астероидов очень различен; многие из них являются огромными кусками никель-железных сплавов, в то время как другие состоят из углеводородов.
Те копии зонда фон Неймана, которые будут им созданы, должны быть запущены в направлении ближайших звезд. Например, мы скорее всего пошлем сначала зонд к Проксиме Центавра. Тогда его копии могут быть запущены к Альфа Центавра (звезда, ближайшая к Проксиме, иногда последнюю рассматривают как внешнего члена системы Альфа Центавра), а также к Сириусу, Эпсилон Эридана, Тау Кита и Проциону. Когда новые зонды достигнут этих звезд, процесс будет повторен снова и снова, пока зонды не достигнут всех звезд в Галактике. Экспоненциальный рост экспансии зондов фон Неймана показан на рис. II.2.
Когда достаточное число копий будет построено, можно будет запрограммировать зонд фон Неймана для исследования звездной системы, в которой он находится, и отправки полученной информации обратно на Землю. Его также можно запрограммировать для проведения научных исследований, которые слишком дороги или опасны для проведения их в нашей солнечной системе.
Поскольку сам зонд будет по видимому изготовлен в космосе, на своего рода космическом заводе, трудно точно оценить его стоимость. Однако, обычно стоимость зондов примерно равна стоимости конструкционных материалов, поскольку зонд фон Неймана могут изготавливать сами себя (они ведь самовоспроизводящиеся машины), а исходные затраты на исследования и разработки будут невелики, поскольку разумные самовоспроизводящиеся машины изнчально будут изготовлены для других целей. Мы знаем, что стоимость ядерной электростанции мощностью в 1 гигаватт составляет (в ценах 1993 года) около 1 миллиарда долларов. Линзы нужно будет изготавливать из металлов, но большие железно-гикелевые астероиды необходимых размеров существуют.
Давайте предположим, что такой астероид стоит 10 миллиардов долларов. Если стоимость зонда примерно равна стоимости такого астероида, а лазер будет получать энергию от атомных электростанций, о которых говорилось, то стоимость межзвездного зонда будет составлять 260 миллиардов долларов, примерно в пять раз больше, чем стоимость программы Аполлон, и примерно половину той суммы, в которую оценивается пилотируемая экспедиция на Марс. Таким образом стоимость космического зонда с беспрцендентной миссией сравнима со стандартными сегодняшними межпланетными программами.
В ранних дискуссиях по поводу межзвездных путешествий одной из первых причин для разгона до скорости близкой к скорости света была необходимость использовать эффект релятивистского замедления времени. Для космического корабля, движущегося со скоростью 0,9с время идет примерно в половину медленнее чем для тех, кто остался на Земле. Если корабль отправится к Проксиме Центавра и вернется обратно на такой скорости, на Земле пройдет 9,6 лет, и только 4,2 года для тех, кто будет на корабле. Эта необходимость в высокой скорости отпадает, если люди будут путешествовать как эмуляции: течение времени для них может быть симулировано с каким угодно замедлением по отношению ко времени вселенной. Такая симуляция может исполняться гораздо медленнее, чем та скорость, с которой существует жизнь на Земле, так что для тех людей, которые будут симулированы в космическом корабле путешествие займет несколько часов или дней.
В наши дни, когда существует огромный дефицит бюджета сумма в 250 миллиардов долларов кажется невозможной. Однако, стоимость материалов относительно доходов падает экспоненциально с порядком в 50 лет за последние 150 лет. Это означает, что средний человек сегодня в 20 раз богаче, чем средний человек 150 лет назад. Если такая тенденция сохранится в течение следующих 400 лет, зонд стоимостью в 250 миллиардов долларов будет стоить людям того времени примерно как 80 миллионов долларов для нас теперешних. Сейчас в мире есть несколько сотен людей, чей доход больше, чем 80 миллионов долларов, так что я полагаю, что межзвездный зонд будет обязательно запущен в ближайшие несколько веков.
Также очень вероятно, что предполагаемые затраты снизятся. Когда я впервые начал заниматься исследованиями межзвездных путешествий, в начале 70-х годов, наиболее детально разработанным проектом межзвездного путешествия являлся проект Daedalus, выдвинутый британским межпланетным обществом в 1978 году. Зонд фон Неймана, используя предлагаемый в проекте носитель (ядерная реактивная ракета, которая ускорялась за счет взрывов сбрасываемых ею ядерных бомб) мог бы двигаться между звездами со скоростью в 0,16с и стоил бы 200 триллионов долларов, если исходит только из стоимости топлива. Зонд фон Неймана, использующий лазер Форварда и нанотехнологию может двигаться в шесть раз быстрее и стоит в тысячу раз меньше. Нанотехнология и лазерный парус были новыми идеями в 80-е. В 90-е может появиться еще больше идей, применение которых способно снизить стоимость.
Новая реактивная технология в комбинации с нанотехнологией может быть существенно дешевле. Ключевым в реактивном движении ракеты является получение энергии для выброса газа. Самым большим источником энергии является масса, как все знают из уравнения Эйнштейна E=mc^2. Химические реакции очень неэффективны: энергия при взрыве одной мегатонны ТНТ соответствует примерно 50 граммам массы. Даже ядерные реакции преобразуют меньше 1% массы в энергию. Однако, при аннигиляции материи и антиматерии вся масса переходит в энергию. Таким образом, ракета должна использовать аннигиляцию в качестве источника энергии.
Антиматерию трудно хранить, поскольку если частица приходит в контакт с античастицей они неедленно аннигилируют, превращаясь во вспышку радиации. Если смешать антиводород с воздухом, позитроны будут притягиваться к электронам атомов воздуха за счет разности в зарядах и аннигилировать. То же самое произойдет и с антипротонами. Тем не менее, существуют способы производства и хранения больших количеств антиматерии. Многие миллиарды антипротонов созданы и хранятся в ионных ловушках в лаборатории CERN в Женеве. Антипротоны сейчас можно продавать, стоимость их примерно 1 доллар за миллиард. Разработан детальный план для заводов, которые смогут производить миллиграммы антиводорода в год при стоимости в 1 миллион долларов за миллиграмм при широкомасштабном производстве.
Форвард предложил использовать обычный водород в качестве газа, выбрасываемого ракетой, разогревая его путем добавления малых количеств антиводорода. Такой ракете с полезной нагрузкой в 100 грамм потребуется всего лишь 1,6 кг жидкого водорода и 3,6 миллиграмма антиводорода в качестве источника энергии, если исходить из того, что такая ракета разгонится до скорости 0,1с, проделает путь к звезде назначения и там затормозится. Предполагая, как и выше, что стоимость зонда складывается в основном из стоимости конструкционных материалов, такой зонд обойдется всего в 4 миллиона долларов, почти вся сумма будет затрачена на антиводород. В настоящее время существует по крайней мере миллион человек, которым по силам такие затраты. И покупатель сможет держать свой межзвездный зонд фон Неймана на собственной ладони! Сейчас существуют очень детальные разработки ракеты Форварда на антиматерии, и некоторые лаборатории объявили, что они начали эксперименты по изготовлению такого аппарата. Мы сможем запустить межзвездный зонд со скоростью 0,1с уже к концу этого десятилетия, если у нас будут необходимые компьютерные технологии, универсальные конструкторы молекулярных размеров и компьютеры атомных размеров. Исходя из темпов развития нанотехнологии, я полагаю, что необходимые компьютерные технологии будут существовать к тому времени, когда мы получим компьютер, способный пройти тест Тьюринга. Как показано в предыдущей части, это должно произойти к 2030 году. Зонд фон Неймана может быть запущен в середине следующего века.
Такому зонду потребуется всего пять или десять лет после запуска, чтобы достичь звезд. Вопрос в том, сколько времени ему понадобится, чтобы изготовить копию самого себя? Если мы сравним зонд фон Неймана с единственной известной нам самовоспроизводящейся машиной, человеком, последнему требуется около двадцати или тридцати лет, чтобы воспроизвести себя. Если мы сравним зонд фон Неймана с целой технической цивилизацией, то ей понадобилось около трехсот лет, чтобы превратить Соединенные Штаты в индустриальную державу. Большая часть этого времени была потрачена на разработку технологических решений, а не самих машин. Владея необходимыми технологиями, Германия и Япония воссоздали свою промышленность всего за 10 лет после второй мировой войны, пользуясь при этом минимальными инвестициями извне. Уже упомянутый физик Джерард О’Нейл вычислил, что космические колонии могут быть самодостаточными и воспроизводить себя менее чем за сто лет. Я считаю, что таким образом есть все основания полагать, что зонд фон Неймана может начать изготовлять копии самого себя в течение пятидесяти лет после достижения звезды-цели. Если он разошлет эти копии к звездам в радиусе 10 световых лет вокруг себя, колонизация галактики может происходить со скоростью в 10 световых лет в 60 лет, или 1/6 светового года в год. Поскольку наша галактика имеет диаметр около 100000 световых лет, потребуется около 600000 лет, чтобы колонизовать ее. Эта колонизация может начаться уже в середине следующего столетия.
Как сделать космический зонд
Рассылка Пикабу: отправляем лучшие посты за неделю 🔥
Комментарий дня
Я все прочитал, но плюс поставить не могу потому что вам был выдан промокод
Вакансии Пикабу
Рекомендуемое сообщество
Пикабу в мессенджерах
Активные сообщества
Тенденции
На фото (белая точка) китайский посадочный аппарат Chang’e 5. 1 декабря он произвел посадку на Луну. Фото предоставлено НАСА / GSFC / Университет штата Аризона.
Посадочный модуль находится в массивной лавовой равнине – «Океане бурь», на видимой стороне Луны.
16 декабря Chang’e 5 должен вернуться на Землю с 2 кг грунта. (В последний раз образцы грунта были доставлены на Землю 44 года назад)
Зонд «Паркер» поставил новый рекорд близости к Солнцу
Зонд «Паркер» совершил шестой по счету близкий пролет мимо Солнца, поставив новые рекорды близости к звезде и скорости движения рукотворного космического аппарата. Он оказался всего в 13,5 миллионах километров от фотосферы светила, что эквивалентно 35 расстояниям от Земли до Луны, и вновь успешно собрал научные данные, которые вскоре передаст на Землю, сообщается на сайте миссии.
Солнечный зонд «Паркер» был запущен в космос в августе 2018 года. Он предназначен для изучения и определения параметров солнечного ветра вдоль своей траектории, а также исследования внешних слоев звезды, и за семь лет работы должен совершить 24 оборота вокруг Солнца, все больше сближаясь с ним. Для того, чтобы аппарат сохранял работоспособность в условиях высоких температур и мощных потоков заряженных частиц, он оснащен многослойным теплозащитным щитом, за которым укрыты научные приборы, и системой охлаждения.
За два года работы «Паркер» совершил пять сближений с Солнцем и получил немало интересных данных, в частности показал движение солнечного ветра, увидел пылевой след астероида Фаэтон и комету NEOWISE, помог понять механизмы ускорения частиц около Солнца и впервые обнаружить заряженные частицы, рождающиеся на границе между быстрым и медленным солнечным ветром.
11 июля 2020 года зонд совершил третий пролет вблизи Венеры, 25 сентября начал шестое тесное сближение с Солнцем, а 27 сентября пролетел на минимальном расстоянии около 13,5 миллионов километров от фотосферы звезды, двигаясь со скоростью 466592 километров в час, установив новые рекорды по близости к Солнцу и скорости движения рукотворного космического аппарата. Ожидается, что в середине декабря 2024 года зонд практически войдет в атмосферу Солнца, оказавшись на расстоянии около шести миллионов километров от условной поверхности звезды, что в семь раз ближе, чем перигелий орбиты Меркурия, это позволит получить уникальные научные данные.
Венера лишь немногим уступает Земле размерами, и иногда эту планету называют двойником Земли. Но при всей схожести, в отличии от райского (в определенном смысле) климата нашей планеты на Венере просто адские условия.
Атмосфера почти целиком состоит из углекислого газа, давление на поверхности примерно в 92 раза превышает земное, а температура составляет более 460°C. Даже ближе расположенный к Солнцу Меркурий холоднее.
Из всех миссий, когда-либо отправленных к Венере, только Советским аппаратам удалось совершить посадку на поверхность планеты. Да и то не всем. Тем не менее, нескольким аппаратам удалось проработать там некоторые время, выполнив исследовательские задачи и передав изображения.
После «Венеры-14», достигшей поверхности планету в 1982 году, больше ни один аппарат не спускался туда, и все данные о Венере, которые имеются на данный момент, получены советскими аппаратами, орбитальными кораблями и пролетавшими мимо автоматическими межпланетными станциями.
Даже сейчас, спустя почти 40 лет после последней удачной посадки на Венере, нет технологии, которая позволит создать аппарат, способный успешно проработать в этих условиях длительное время, как это удается сделать при изучении Марса. Учитывая большой интерес именно к Красной планете, интерес (в первую очередь финансовый) к исследованию «двойника» Земли весьма небольшой.
Возможно, изменить такое положение вещей сможет аппарат Calypso Venus Scout, разновидность аэростатного зонда, о котором появилась информация на сайте arXiv.org. Это пока что проект миссии, и в планах NASA она не значится.
Поверхность планеты слишком горяча для исследовательских аппаратов. Изучение с орбиты так же ограничено, т. к. плотная облачность многокилометровой толщины не позволяет выполнять точные измерения и делать снимки поверхности. Calypso предполагается разместить где-то между этими двумя точками.
На высоте порядка 30 км плотность облаков существенно снижается, и если разместить зонд ниже этой отметки, то можно будет получить высококачественные снимки поверхности. К тому же тут уже вполне комфортная (по венерианским меркам) температура – «всего» лишь около 130°C.
Предполагается, что аппарат Calypso разместится примерно на высоте 50 км от поверхности, на верхней границе облачного слоя. На этой высоте давление и температура находятся на приемлемых значениях и не требуют каких-либо сверхпродвинутых технологий. К тому же солнечные батареи вполне способны обеспечить аппарат энергией.
Спускаемый модуль планируется соединить с зондом с помощью троса длиной 15-30 км. Он будет опускаться ниже границы облаков, выполнять съемку, делать замеры, и по мере нагрева подниматься обратно, чтобы передать данные на Землю и охладиться. Затем процесс повторяется.
При подъеме и опускании спускаемый модуль будет делать снимки в видимом и инфракрасном диапазоне с разрешением в несколько сантиметров. Преимуществом данного проекта является то, что сам зонд не будет находиться над одной точкой планеты, а позволит изучать разные области, перемещаясь в атмосфере Венеры.
Неопределенность с ракетой-носителем осложняет проект Europa Clipper
Долгожданная миссия НАСА к спутнику Юпитера Европе остро нуждается в ракете, как утверждают разработчики проекта. Зонд Europa Clipper планируется запустить в 2024 году для изучения спутника Юпитера, на котором ледяная оболочка скрывает огромный океан жидкой воды
Clipper попытается оценить потенциальную обитаемость этого погребенного под толстым льдом океана и выполнит ряд других задач, в том числе разведку потенциальны участков для посадки будущего аппарата по поиску жизни. Конгресс уже давно постановил, что «Клипер» будет использовать SLS, гигантскую ракету, которую НАСА разрабатывает для отправки астронавтов на Луну и в дальний космос. Но SLS страдает от задержек и перерасхода средств, а запуск этой мегарокеты не планируется раньше конца 2021 года.
Сначала будет запущена капсула Orion в беспилотный полет вокруг Луны в рамках программы космического агентства Artemis по исследованию Луны. SLS и Orion являются ключевыми элементами Artemis, цель которой – высадка двух астронавтов возле южного полюса Луны в 2024 году и обеспечение устойчивого присутствия человека на ближайшей соседке Земли и вокруг нее к концу десятилетия.
Учитывая, что основная цель SLS – это программа Artemis, то в сочетании с относительно медленными темпами разработки ракеты, ее готовность к своевременному запуску Europa Clipper находится под большим сомнением, заключило в прошлом году Управление генерального инспектора НАСА.
Эта последняя формулировка оставляет поле для маневра и поиска альтернатив, в том числе среди коммерческих компаний, например, Falcon Heavy от SpaceX, действующей ракеты, которая наиболее близка по возможностям к SLS (хотя мощность SLS пока остается чисто гипотетической, пока она не начнет летать). Команда Europa Clipper рассматривает оба варианта, но, по словам членов команды, миссия не может оставаться в этом подвешенном состоянии надолго.
Команда миссии выполняет критический обзор проектных решений (CDR) Clipper, последний важный этап перед началом полномасштабного производства, которое начнется в декабре.
У миссии Europa Clipper стоимостью около 3 миллиардов долларов были и другие слоэности. Например, резко выросли расходы на некоторые научные приборы. По словам Чодаса, пандемия коронавируса оказала значительное влияние, масштабы которого все еще оцениваются.
Пригодны ли зонды из аэрографита для межзвездных полетов?
Согласно новым исследованиям, космические аппараты, изготовленные из аэрографита (углеродной пены), использующие энергию Солнца, смогут достичь Альфу Центавра за 185 лет. Большое количество таких аппаратов помогут в изучении Солнечной системы и, в частности, в поиске загадочной девятой планеты, если она существует.
Современная космическая техника использует двигательные установки на химическом топливе. К сожалению, они не столь эффективны, чтобы дать возможность добраться до других звезд за период, сопоставимый с жизнью человека.
К примеру, ближайшая к Земле звездная система, Альфа Центавра, находится на расстоянии в 4.37 световых года, или более 41.2 трлн. километров, что равняется 276 000 расстояниям от Земли до Солнца. Так, запущенному в 1977 году Вояджер-1, который в 2012 году вышел в межзвездное пространство, потребовалось бы примерно 75 000 лет, чтобы добраться до соседней звездной системы.
Одна из основных проблем применяемых ныне ракетных двигателей – топливо, и как следствие, его масса. Для долгого путешествия требуется много топлива, что увеличивает общую массу корабля, для которого требуется еще больше топлива. Проблема растет экспоненциально с ростом размеров космического аппарата.
Одним из вариантов решения может быть солнечный парус. Хотя давление солнечного света мало, все же его возможно использовать эффективно при большой площади паруса/зеркала и малом весе космического корабля.
В 2016 году была анонсирована программа Breakthrough Starshot стоимостью 100 миллионов долларов, направленная на запуск к Альфе Центавра множества космических кораблей размером с микрочип, каждый из которых обладает необычайно тонкими парусами с высокой отражающей способностью. Согласно планам, эти микрокорабли смогут достичь скорости в 20% от скорости света, что позволит долететь до системы Альфа Центавра за 20 лет.
Основной недостаток этого проекта состоит в необходимости постройки необычайно мощной лазерной установки, представляющей собой массив лазеров, использующихся для ускорения этих космических аппаратов. На данный момент нет технологии для постройки такой установки, а проект по созданию массива лазеров оценивается в 5-10 млрд. долларов.
Для разработки способа, позволяющего использовать солнечный свет для ускорения аппарата с солнечным парусом до необходимых в межзвездных перелетах скоростей, исследователи проанализировали предыдущие научные исследования в поисках прочных и легких материалов. Выбор пал на аэрографит, пену на углеродной основе, которая в 15 000 раз легче алюминия.
По расчетам, полая сфера из аэрографита диаметром около 3,3 фута (1 метр) с оболочкой толщиной в 1 микрон (около 1% от диаметра человеческого волоса) будет весить всего пять миллионных долей фунта (2,3 миллиграмма).
Если осуществить запуск зонда с расстояния около 0,04 а.е. от Солнца (это минимальное расстояние от нашего зонда Паркер), более интенсивный солнечный свет разогнал бы космический корабль почти до 15,4 миллиона миль в час (24,8 миллиона км/ч). Это позволит пройти расстояние в 4.2 световых года до Проксима Центавра за 185 лет. Чем больше размер сферы, тем большую скорость возможно достичь. Или увеличить полезную нагрузку. (Проксима Центавра – одна из звезд в тройной звездной системе созвездия Центавра).
«Что меня больше всего поражает в наших результатах, так это тот факт, что выходная мощность звезды, в нашем случае Солнца, может быть использована для перемещения межзвездного зонда к ближайшим звездам без необходимости использования дополнительного бортового источника питания.»
— в интервью ресурсу Space.com сообщил ведущий автор исследования Рене Хеллер (René Heller), астрофизик из Института исследований солнечной системы им. Макса Планка в Геттингене, Германия.
«Нам не нужна наземная лазерная установка стоимостью в миллиард долларов, чтобы разгонять парус в космосе. Вместо этого мы можем использовать, так сказать, зеленую энергию»,
Исследователи признают, что несколько граммов электроники или другой полезной нагрузки маловато, чтобы говорить о полноценной миссии. Хотя и отмечают, что полезная нагрузка этих кораблей будет в 10 раз больше массы самого космического корабля, в то время как полезная нагрузка на межзвездных ракетах с традиционными двигательными установками обычно составляет одну тысячную от веса ракеты.
Одним из вариантов нагрузки может стать 32-ваттный лазер весом 1 грамм. Анализ любых помех от этого лазерного луча может помочь в исследованиях гравитационных эффектов, которые, в свою очередь, могут помочь выявить присутствие миров, слишком темных и и холодных, чтобы их можно было обнаружить иным способом. Например, гипотетическую Девятую Планету.
По предварительным расчетам, разработка прототипа корабля из аэрографита может стоить 1 миллион долларов. Каждый корабль может быть построен примерно за 1 000 долларов или меньше, а запуск ракеты для развертывания и тестирования этого корабля может стоить 10 миллионов долларов.
Однако существует одна серьезная проблема – пока что никто не создал какой-либо объект из этого материала размером больше нескольких сантиметров, а требуется создать аппарат размером в несколько метров. Исследователи считают, что создать структуру такого размера возможно.
Еще одна сложность, которая есть в данной концепции, это тот факт, что в настоящее время нет возможности контролировать траекторию сфер после их развертывания. Ее также придется решать.
Предполагается, что в космос аппараты из аэрографита будут доставлять обычные ракеты, где они будут развернуты в нужную сторону для использования солнечного света для дальнейшего движения. Остается неясным, насколько хорошо эти сферы переживут транспортировку.
«Аэрографит хорошо сжимается. Даже после экстремального сжатия образец аэрографита может снова быть надут до исходного состояния. Так что, если мы сожмем аэрографитовый парус метрового размера в лаборатории, возможно, мы сможем отправить его в космос и снова надуть там перед запуском. Вопрос в том, как быть с его бортовой электроникой?»
В настоящее время ученые занимаются изучением, насколько хорошо аэрографит поглощает и отражает свет. Они подробно рассказали о своих открытиях онлайн 7 июля в журнале Astronomy & Astrophysics.