Паровой космический корабль, который может прыгать между астероидами!

Дата: 2021-12-20

«World Is Not Enough» (WINE) — космический аппарат. (Victor Tangermann/University of Central Florida)

Космический корабль «World Is Not Enough» (WINE) теоретически может вечно исследовать нашу солнечную систему.

Благодаря совместной работе в науке и промышленности, исследователи разработали прототип космического корабля, который способен извлекать воду из астероидов и других планетных тел для генерирования из этой воды пара, а затем использовать этот пар в качестве топлива, чтобы перепрыгивать препятствия и таких образом передвигаться по поверхности астероида, или даже прыгать на другие объекты солнечной системы.

Прототип космического корабля под названием «World Is Not Enough» (WINE) был разработан компанией Honeybee Robotics в Пасадене, штат Калифорния, при содействии ученого — планетолога Филиппа Метцгера из Университета Центральной Флориды.

UCF предоставил имитированный астероидный материал, а Мецгер построил компьютерную модель и провел расчеты, необходимые для создания прототипа аппарата компанией Honeybee. Компания также объединилась с Университетом аэронавтики Эмбри Риддл, штат Флорида, США, для разработки первичных образцов ракетных двигателей, работающих на водяном пару.

«Благодаря совместным усилиям НАСА, научных кругов и промышленности, этот проект удалось воплотить в жизнь и это огромный успех! Космические корабли, похожие на WINE, могут изменить способ исследования Вселенной», — сказал Крис Закни, вице-президент и директор в Honeybee Robotics.

«Это просто невероятно! WINE успешно пробурил лед в вакууме (аналоге вещества астероидов), превратил его в ракетное топливо и взлетел на струе пара. Теперь мы можем использовать эту технологию для совершения прыжков по поверхности Луны, Цереры, Европы, Титана, Плутона и в окрестностях полюсов Меркурия, а также с одного астероида на другой – то есть, везде, где есть вода и обеспечивается относительно невысокий уровень гравитации» — рассказал Мецгер.

Ранее другие команды тестировали конкретные подсистемы, необходимые для космического корабля, работающего на паре, для использование найденных или произведённых на месте ресурсов (ISRU). ISRU подразумевает производство необходимых ресурсов только из местных материалов.

Однако, по словам Закни, WINE является первым прототипом, который может успешно продемонстрировать, что он может объединить все технологии, необходимые для ISRU и парового двигателя: он нагревал аналоговый реголит астероида, извлекал воду, а затем использовал эту воду для создания достаточного количества пара для отрыва от земли.

Прыгающий по астероидам

Космический корабль WINE может быть настроен различными способами для достижения разных целей. Базовая версия, по словам Метцгера, будет иметь скорость примерно 75 метров в секунду (максимальная скорость при отрыве от поверхности и движения от объекта).

Такого толчка достаточно, чтобы прыгнуть на расстояние в несколько километров на таком большом спутнике, как Европа», — сказал Метцгер – а вот с луны Урана «Пака», толчка хватит, чтобы покинуть спутник (его диаметр составляет 160 км, а вторая космическая скорость — около 69 м / с.).

А поскольку у подавляющего большинства астероидов это значение еще меньше, аппарат W.I.N.E мог бы бесконечно перемещаться между бесчисленными астероидами в нашей солнечной системе, то есть до тех пор, пока цели имеют воду и относительно низкую гравитацию.

Маленькая или большая планета, есть ли разница для аппарата?

Заголовки о космическом корабле с безграничным количеством топлива заставляют нас размышлять о легкости миссии, но для такого корабля существуют некоторые ограничения.

«Что касается астероидов, W.I.N.E мог бы исследовать один, а после окончания изучения оставить его и отправиться исследовать другой , — сказал Метцгер, — «Но для более крупных тел, таких как Церера или Европа, в двигательной системе недостаточно характеристической скорости, чтобы можно было преодолеть гравитацию и улететь. »

К счастью, преимуществом WINE является то, что даже если корабль не может покинуть некоторые из более массивных объектов Солнечной системы, он может невероятно эффективно исследовать их, быстро перепрыгивая участки поверхности (в отличие от ровера, который медленно движется вперед по поверхности).

«Например, на спутниках, таких как Церера или Европа, аппарат WINE может совершить посадку с помощью посадочной платформы (у которой хватит мощности преодолеть гравитацию для мягкой посадки)». После приземления на поверхность WINE переработает воду в пар и начнет исследовать новый мир. Так же он может собирать образцы и возвращать их на посадочный модуль для детального анализа с помощью более сложных приборов.

В качестве альтернативы WINE может нести свои собственные инструменты для оперативного анализа. Основная полезная нагрузка, вероятно, будет использоваться для анализа содержания льда на объекте возможного исследования, определения количества воды и содержания металла и органических веществ в этой воде. Другие инструменты, по словам команды, могут изучать «комковатость» гравитационного поля у спутников и даже искать признаки жизни в добываемом материале.

В зависимости от цели аппарат может быть снабжен различными инструментами

Чтобы генерировать достаточно энергии для начальных задач добычи и производства пара на близких миссиях, космический корабль WINE будет использовать развертываемые солнечные батареи. Но для перемещения к отдаленным телам Солнечной системы (например, к Плутону), логичнее устанавливать радиоизотопные нагреватели (RHU), чтобы начать свою добычу полезных ископаемых.

«Причина использования RHU на этом расстоянии заключается в том, что солнечные батареи должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить необходимое тепло для переработки воды в пар (а так же для поддержания тепла на космическом корабле)»

«Все операции на космическом корабле должны быть определены заранее, и просчитана соответствующая масса воды».

Хотя космическому кораблю WINE, скорее всего, потребуются дополнительные источники энергии для проведения горных работ в отдаленном мире, преимущества полупостоянного космического корабля намного перевесят дополнительные инженерные задачи, которые ему требуются. Например, не нужно нести с собой топливо на всю миссию на всем пути от Земли, WINE или подобный космический корабль может помочь снизить стоимость удаленного исследования планеты.

«Каждый раз мы теряем огромные деньги и время при строительстве и отправке космического корабля к различным объектам. WINE был спроектирован таким образом, чтобы у него никогда не заканчивалось ракетное топливо, поэтому его полеты будут обходиться в разы дешевле. Он также позволит сократить сроки изучения космоса, так как нам не нужно будет ждать постройки нового аппарата для исследования другого тела», – заявил Метцгер.

Однако, по его словам, «WINE был разработан с целью никогда не сталкиваться с нехваткой рабочего тела реактивного двигателя, что делает исследования менее дорогими. Также это позволяет нам проводить работы быстрее, так как не придется каждый раз ждать несколько лет, пока аппарат будет лететь с Земли до заданной точки».

Метцгер потратил три года на разработку технологий, необходимых для воплощения этой идеи в жизнь. Он разработал новые уравнения и дополнительный метод для компьютерного моделирования паровой тяги, чтобы создать новейший подход и убедиться, что он действительно работает за пределами экрана компьютера.

Будущее WINE кажется ярким, но пока что исследователи ищут партнеров, которые будут продолжать помогать и финансировать их дальнейшую разработку прототипа, чтобы они могли однажды послать космический корабль (или их флот), прыгающий по всей нашей солнечной системе!

И когда это станет реальностью, просто представьте, как далеко мы сможем зайти…

Новости астрономии
Все про космос inspaceblog.net