Six projets spatiaux incroyables dans lesquels la NASA a investi
Sauter sur Pluton, une corde au satellite Mars Phobos et le moteur spatial le plus rapide - Gazeta. Ru parle de projets incroyables dans lesquels la NASA a décidé d'investir.
Sous les auspices de l'American National Space Agency NASA, un concours de projets semi-fantastiques franchement insensés est organisé chaque année, dont le but est de choisir ceux qui, s'ils étaient mis en œuvre, pourraient devenir des missions spatiales révolutionnaires. Dans le cadre du programme de concepts avancés innovants (NASA Innovative Advanced Concepts - NIAC), des projets pleinement réalisables et quelque chose d'un futur très lointain sont proposés.
Ainsi, par exemple, en 2011, le buzz a été provoqué par l'allocation de fonds pour étudier la possibilité de créer un «rayon tracteur» - comme celui qui transportait des objets à distance dans la série Star Trek. Parfois, même des concepts franchement pseudoscientifiques sont proposés et subventionnés, mais heureusement ils sont peu nombreux.
Cette année, l'agence spatiale a décidé d'investir dans 15 technologies proposées à un stade précoce (dans la phase dite I - la première étape). Selon les règles, les gagnants se voient offrir 125000 $ chacun pour mener une étude de faisabilité initiale dans les neuf mois, montrer la faisabilité du concept et, en cas de succès, demander des investissements supplémentaires (jusqu'à 500000 $) dans les deux ans au cours de la deuxième étape. étudier un développement prometteur.
Presque tout le monde peut participer au concours (il est seulement important que le groupe comprenne au moins un citoyen américain).
«Le programme NIAC attire des chercheurs et des innovateurs des communautés scientifiques et d'ingénierie, y compris des représentants d'organisations budgétaires», explique Steven Yurchik, chef de cabinet adjoint de l'administration des technologies spatiales de la NASA. «Le programme offre aux jeunes la possibilité et les moyens d'explorer des concepts aérospatiaux spéculatifs que nous évaluons et que nous mettons de côté dans notre futur portefeuille technologique.
L'un des gagnants cette fois-ci était le projet d'un natif de Russie, un employé de la NASA Vyacheslav Turyshev - un télescope spatial qui utilise le Soleil comme objectif pour étudier les exoplanètes, ce que Gazeta. Ru a précédemment rapporté.
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Une liste complète de 2017 pour les première et deuxième étapes peut être trouvée ici, et nous énumérons ci-dessous les concepts les plus intéressants, à notre avis, de la phase I.
Sauter sur Pluton
Benjamin Goldman de la Global Aerospace Corporation a présenté le concept d'une station interplanétaire automatique (voir illustration ci-dessus), qui entrera dans l'atmosphère de Pluton à une vitesse de 14 km / s et livrera un atterrisseur de 200 kg à la surface d'une planète naine, réduisant la vitesse due au freinage aérodynamique et aux dépenses. ce ne sont que quelques kilogrammes de carburant.
La pression à la surface de Pluton est 10 millions de fois inférieure à celle de la Terre, mais son atmosphère est environ sept fois plus étendue que celle de la Terre et son volume est 350 fois celui de Pluton lui-même. En passant une centaine de kilomètres d'une telle atmosphère super-raréfiée (plus précisément, l'exosphère), le navire peut perdre 99,999% de son énergie cinétique initiale, ce qui conduira à une vitesse finale comparable voire inférieure à celle de l'atterrissage des rovers sur Mars. Avec cette astuce, le besoin total de carburant de fusée pour atterrir sur Pluton peut être réduit à 3,5 kg.
Après avoir effectué des recherches scientifiques sur le site d'atterrissage initial, le véhicule de descente passera en mode «rebondissant» - en raison de la faible gravité (0,063 «identique»), il sera capable de sauter d'un endroit à l'autre, en examinant des zones particulièrement intéressantes du paysage. Le concept proposé permettra une étude détaillée de la surface de Pluton à l'aide d'un appareil de masse relativement faible avec un coût raisonnable en 10 à 15 ans.
Ascenseur spatial sur Phobos
Kevin Kempton du Langley Research Center de la NASA a proposé de suspendre une sonde remplie de capteurs à la surface de Phobos, l'une des deux lunes de Mars. Contrairement au deuxième satellite, Deimos, Phobos est plus massif et situé plus près de la planète. Il est proposé de fixer la sonde, nommée PHLOTE, à l'aide d'un câble tendu à partir du point de Lagrange L1 (c'est la région de stabilité gravitationnelle sur la droite reliant la planète et son satellite).
Le point L1 étant situé à seulement 3,1 km de la surface de Phobos, aucune exigence n'est imposée sur la longueur du câble qui dépasse les capacités des technologies modernes (il est prévu de le fabriquer à base de nanotubes de carbone).
La sonde avec capteurs peut soit survoler la surface du satellite (toujours tournée vers Mars d'un côté), soit descendre au sol.
En raison de la très faible gravité sur Phobos, la sonde subira des charges d'éclatement relativement faibles.
Phobos lui-même est un objet très intéressant; des scientifiques de l'URSS, et plus tard de la Russie, ont consacré beaucoup d'efforts à son étude, mais toutes les expéditions ont échoué. Le prochain "Phobos-Grunt" est prévu avec nous dans le futur. Les Américains vont étudier le satellite par étapes, après avoir précédemment accroché un géoradar sur une sonde pour mesurer la composition souterraine de l'objet afin de déterminer l'épaisseur de la couche de régolithe à grains fins et les problèmes qu'elle créera pour les futurs atterrissages. D'autres outils importants peuvent être des dosimètres pour étudier l'environnement de rayonnement, des caméras et un spectromètre pour analyser la composition minérale de la surface. PHLOTE assurera une présence permanente «œil dans le ciel» pour les missions d'atterrissage et le suivi opérationnel.
Le lidar Doppler ultra-précis de navigation, les panneaux solaires ultralégers et les systèmes de propulsion électrique hautement efficaces devraient maintenir la station en «stationnaire» pendant longtemps.
Cette conception peut également être utile lors de l'atterrissage d'une personne à la surface de Mars. Étant donné que Phobos a une composition similaire à celle des météorites - des chondrites carbonées, on pense qu'il contient des minéraux qui peuvent être utilisés pour reconstituer les réserves d'oxygène et de carburant sur le chemin du retour sur Terre.
Cependant, une telle "laisse" peut être utilisée non seulement sur Phobos, mais aussi sur Deimos, ainsi qu'au point L1 du système Pluton-Charon, où les deux corps sont "verrouillés" de manière tidale (toujours tournés l'un vers l'autre par les mêmes côtés). Cela signifie qu'un vaisseau spatial comme PHLOTE pourrait descendre en laisse dans l'atmosphère raréfiée de Pluton, en étudiant sa composition chimique à toutes les altitudes (contrairement à une sonde traditionnelle).
Pommiers sur Mars
Adam Erkin de l'Université de Californie à Berkeley, inspiré par les épisodes vifs (mais scientifiquement douteux) de la culture de pommes de terre martiennes du héros de Matt Damon dans le film "The Martian" (2015), a réfléchi à la possibilité de transformer le sol martien en un milieu nutritif en utilisant la bio-ingénierie. Il est proposé d'éliminer les bactéries capables de détoxifier les perchlorates (sels d'acide perchlorique) dans le sol martien, ainsi que de l'enrichir en ammoniac.
Bien sûr, de tels développements peuvent difficilement être surestimés en termes de soutien aux futures missions habitées sur Mars, ainsi que de terraformation supplémentaire de cette planète. Séparément, les processus d'élimination du perchlorate et de fixation de l'azote sont déjà connus des biologistes, mais il est nécessaire de créer des souches de micro-organismes d'une même espèce, capables des deux à la fois.
A cet effet, il est prévu d'étudier les bactéries extrémophiles du genre Pseudomonas et, tout d'abord, Pseudomonas stutzeri, dont différentes souches peuvent à la fois combattre le perchlorate et avoir la capacité de fixer l'azote (par exemple, la souche A1501). Les pseudomonades présentent deux avantages importants qui rendent les expériences avec elles plus pratiques que, par exemple, avec les extrémophiles photosynthétiques - les cyanobactéries: vous pouvez utiliser des méthodes déjà élaborées sur E. coli, et en plus, doubler la «récolte» est possible en une heure seulement (pas sept heures voire quatre jours, comme c'est le cas pour les cyanobactéries).
Une caméra a déjà été développée pour simuler les conditions sur Mars: pression inférieure à 10 kPa, température de –60 à +40 ° С, faible intensité lumineuse, rayonnement ultraviolet, atmosphère composée de 95% de dioxyde de carbone et de 3% d'azote. Il est nécessaire de clarifier l'éventail des conditions les plus extrêmes dans lesquelles les souches étudiées pourront survivre, se multiplier et remplir leur fonction.
Ces développements ne se limiteront cependant pas à Mars - à l'avenir, il est prévu d'étudier la possibilité d'une biorestauration du sol terrestre avec des bactéries éliminées: par exemple, nettoyer les terres à proximité des puits de pétrole, en cas de déversements toxiques, enrichir le sol pour augmenter la production végétale, lutter contre la faim dans les régions arides, répondre aux besoins de grands groupes population, etc.
Dirigeable sous vide pour Mars
Ce concept, proposé par John Paul Clarke de Georgia Tech, est similaire à un dirigeable conventionnel à la seule différence que la portance est générée non pas par de l'air chauffé, de l'hélium ou de l'hydrogène, mais par une structure rigide qui maintient un vide à l'intérieur, déplaçant l'air et fournissant ainsi une portance.
Les matériaux existants ne peuvent pas encore résister à la pression atmosphérique sur Terre, mais sur Mars, la pression atmosphérique est de deux ordres de grandeur inférieure, dans laquelle le fonctionnement d'un dirigeable à vide est non seulement possible, mais apporte également certains avantages par rapport aux dirigeables traditionnels. La coque est censée être multicouche et treillis. La grille est utilisée pour supporter deux couches de la chemise à vide. L'atmosphère martienne a un poids moléculaire moyen et une température plus élevés que les autres planètes du système solaire.
En conséquence, un dirigeable martien sous vide peut théoriquement transporter deux fois plus de charge utile qu'un hélium ou un hydrogène de la même taille, mais il se compare favorablement à un rover en ce sens qu'il ne restera pas coincé dans le sable.
Si un dirigeable sous vide est dépressurisé, il peut être réparé et l'air pompé à nouveau, tandis qu'un dirigeable conventionnel n'est pas en mesure de renvoyer l'alimentation en hélium ou en hydrogène. Puisque le dirigeable à vide n'utilise pas de gaz pour l'ascension, il peut effectuer un nombre presque infini de manœuvres de compensation pour ajuster ou stabiliser l'altitude en réponse aux changements de température ambiante.
Le dirigeable sous vide peut également utiliser sa coque rigide pour protéger les instruments du rayonnement solaire et des particules à haute énergie, et peut accueillir des panneaux solaires. Il ne reste plus qu'à trouver de tels matériaux et structures qui seront suffisamment légers et solides pour résister aux pressions extérieures …
Navire le plus rapide
John Brophy du Jet Propulsion Laboratory de la NASA a proposé une nouvelle façon de voler vers la périphérie du système solaire. Pluton sur son navire peut être atteint en 3,6 ans, et une distance de 500 unités astronomiques est parcourue en 12 ans.
Dans un an, il sera également possible de livrer une charge utile de 80 tonnes sur l'orbite de Jupiter, ce qui ouvre la possibilité de missions habitées vers les planètes géantes.
La nouvelle architecture implique la création d'un réseau d'émetteurs laser d'un diamètre de 10 km et d'une puissance de 100 MW, qui accélèrent l'appareil; la présence d'un réseau de cellules photoélectriques sur l'engin spatial lui-même, capturant efficacement l'énergie transmise en accordant avec précision les fréquences laser et en générant une tension de 12 kV; enfin, un moteur ionique avec une impulsion spécifique de 58 mille avec une puissance de 70 MW (il s'avère que l'efficacité de conversion de la lumière est de 70%), où le lithium est utilisé comme milieu de travail, et non le xénon plus familier.
Le lithium est stocké sous forme solide, il est facilement ionisé, élimine les fuites de gaz inerte du propulseur et l'érosion, ce qui assure une très longue durée de vie du moteur-fusée.
Pour un vaisseau spatial rapide, il est important d'avoir une masse faible avec une poussée moteur spécifique élevée. En supprimant l'alimentation électrique et la plupart du matériel de conversion d'énergie du navire, en remplaçant le tout par un réseau lumineux de cellules solaires, un rapport de 0,25 kg / kW peut être atteint. A titre de comparaison: la station automatique moderne Dawn, qui est engagée dans la recherche de l'astéroïde West et de la planète naine Ceres, a respectivement 300 kg / kW et une impulsion spécifique de 3000 s.
Dans le futur, tout cela permet de penser au voyage interstellaire.
Visite en enfer
Robert Youngquist du Kennedy Space Center de la NASA a proposé un nouveau revêtement haute température qui réfléchira jusqu'à 99,9% des rayons du soleil, 80 fois mieux que ses homologues actuels. Cet objectif sera atteint grâce à l'utilisation d'un revêtement à basse température en cours de développement avec le soutien financier du CANI.
Grâce à la simulation informatique, il est prévu d'augmenter l'efficacité du réflecteur, de calculer ses performances et d'obtenir un prototype fonctionnel, qui sera envoyé pour test aux partenaires du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins. Les résultats de la modélisation et des tests seront utilisés pour développer une mission vers le Soleil, au cours de laquelle l'appareil devra s'approcher de la surface de l'étoile à une distance d'un rayon solaire.
- un ordre de grandeur plus proche que Solar Probe Plus, dont le lancement est prévu en août 2018. En plus de battre un autre record, ce projet fera des progrès significatifs dans la résolution des problèmes de protection thermique et améliorera le contrôle thermique lors de futures missions à Mercury.
Maxim Borisov
