Чи може космічний корабель на паровій тязі стати ключем до дослідження Сонячної системи?

Понад 19 000 відомих астероїдів, що містять майже немислиме багатство ресурсів, знаходяться в межах нашої досяжності, оскільки вони обертаються навколо Сонця. Вони наповнені такими елементами, як платина, золото, паладій і срібло – недоторканими багатствами, надійно замкненими в небесних скринях зі скарбами.

• Чому саме вода?
• Безмасова розвідка

Рюгу, астероїд шириною півмилі, який становить потенційну небезпеку для Землі через близькість своєї орбіти, за оцінками, містить нікелю, заліза, кобальту та азоту на суму 83 мільярди доларів. Вважається, що більший, але менш загрозливий Антерос має під своєю поверхнею силікату магнію, алюмінію і заліза на суму близько 5570 мільярдів доларів.

Дозаправляючи свої запаси парових двигунів на ходу, WINE призначений для майже нескінченної розвідки.

Зростаюча індустрія ветеранів і новачків аерокосмічної галузі прагне видобувати ці астероїди, як космічні старателі. Дехто хоче видобути елементи, які мають цінність на Землі, перед тим, як транспортувати їх назад на планету. Інші націлені на ресурси, які будуть життєво важливими для позаземних колоній. Можливо, найцінніший ресурс у космосі? Вода.

• NASA хоче виробляти деталі космічних кораблів на низькій навколоземній орбіті
• Космічний апарат NASA Lucy може розгадати таємницю того, як утворилася Сонячна система
• Знайомтеся: роботи-першопрохідці, які допоможуть людству колонізувати Марс

“Якщо ви знаходитесь посеред пустелі і у вас закінчується вода, що цінніше – фунт золота чи фунт води?” Кріс Закні, директор групи дослідницьких технологій приватної космічної компанії Honeybee Robotics, розповідає Digital Trends. І це справедливо і для інших екстремальних умов. “Ви повинні думати про космос по-іншому”.

Прототип космічного корабля розміром з мікрохвильову піч, здатний використовувати пару в якості палива, може допомогти першим шахтарям досліджувати потенційні місця розкопок і визначати космічні породи, які найкраще підходять для гірничодобувних місій.

Розроблений в рамках партнерства між Групою планетарних наук Університету Центральної Флориди і компанією Honeybee Robotics, космічний апарат WINE (World Is Not Enough) оснащений розгорнутими сонячними панелями для збору енергії, а також долотами для буріння крижаного реголіту (поверхневого шару, що зустрічається на багатьох позаземних тілах) і вилучення водяної пари. Після заморожування та зберігання пари, WINE може знову нагріти її для створення пари високого тиску, яка, будучи випущеною через сопло, може привести космічний апарат до нових об’єктів або навіть нових астероїдів.

Ми продемонстрували прототип космічного апарату WINE (the World Is Not Enough) у вакуумі. WINE видобуває воду з астероїдів і використовує її для парової тяги. Дякуємо @DrPhiltill за симулятор астероїда, за всі симуляції та за те, що він був чудовим дослідником, і дякуємо @NASA SBIR за фінансування! pic.twitter.com/vrFB8WhEGt

Kris Zacny (@kriszacny) 31 грудня 2018 р.

Майбутні версії космічного апарату можуть бути оснащені датчиками, що дозволить йому виконувати картографічні та геодезичні місії по всій Сонячній системі в пошуках важливих ресурсів. Дозаправляючись на ходу, WINE розрахований на майже необмежену тривалість досліджень. Проект підтримується програмою NASA Small Business Innovation Research.

Чому вода?

Те, що є цінним на Землі, не обов’язково буде цінним у космосі. Вода, звичайно, цінна на нашій планеті, але вона також недорога і широко доступна. Просто відкрийте кран.

Вода буде ключем до майбутніх космічних колоній. Але запуск ракет коштує дорого, тому доставка корисного вантажу з питною водою з Землі в космос становить значний виклик. (Ось чому багато астронавтів на борту Міжнародної космічної станції п’ють перероблену сечу). Задля економії коштів і самодостатності майбутні космічні колонії, ймовірно, будуть створюватися поблизу джерел води на планетарних тілах.

Хоча золото і платина можуть принести більше грошей на Землі, вода – це найлегший плід, коли справа доходить до видобутку на астероїдах.

“Вода – це товар, який найбільше варто шукати на астероїдах та інших планетарних тілах, тому що вона дає вам паливо і щось для підтримки людської присутності в космосі”, – говорить Закні.

Протягом останніх трьох років науковець з планетарних досліджень УКФ Філ Метцгер та його студенти розробили та вдосконалили технології та розрахунки, які забезпечують роботу WINE. Завдяки зниженню ціни на малі супутники і праці студентів, які добровільно працювали на волонтерських засадах, космічний апарат був створений дешево.

Якщо не брати до уваги етику студентської праці, Закні каже, що поєднання дешевих деталей і праці зробило можливим значний прогрес в аерокосмічній галузі.

“Ціна будівництва малих супутників стає все меншою і меншою, тому все більше університетів можуть дозволити собі купувати ці матеріали”, – каже він. “І оскільки університети використовують студентську працю для їх створення, вони, по суті, вільні у своєму розвитку. Це, по суті, безпрограшна ситуація. Студенти університетів отримують практику і досвід в розробці космічних апаратів, а WINE будується дешево”.

Безмасові дослідження

WINE – не єдиний космічний апарат, який використовує воду для пересування. Дослідники з Корнельського університету, Університету штату Арізона та інших розробляють подібні космічні апарати для недорогого і ефективного дослідження нашої Сонячної системи.

“…Переваги використання палива, зібраного з навколишнього середовища, очевидні – миттєве приведення в рух за допомогою простої води і сонячної енергії”.

“Якщо ми хочемо стати космічним видом, людство повинно навчитися жити за межами землі”, – говорить Мейсон Пек, аерокосмічний інженер з Корнелла і колишній головний технолог НАСА. “Зокрема, [це означає] використовувати ресурси з космосу, а не надсилати все з Землі”.

Усунення нашої залежності від ресурсів з Землі було пріоритетом НАСА протягом більшої частини минулого десятиліття, і використання води для досягнення цієї мети було багатообіцяючим. “Це відносно невелика молекула, і її використання в якості палива не вимагає складних кріогенних двигунів, таких як “Спейс Шаттл”, або важких енергетичних систем, таких як космічні кораблі, що використовують іонну тягу”.

W.I.N.E. Світ не є достатнім

Хоча створення пари має ту перевагу, що вона є низькотехнологічною, її необхідно зберігати при високій температурі або під високим тиском, щоб вона була легкодоступною. Обидва ці варіанти вимагають від космічного корабля більшої маси.

Замість цього Пек звернувся до електролізу, який розщеплює воду на кисень і водень, і використовує ці компоненти незалежно один від одного. Мета тут – майже безмасова розвідка – нести якомога менше і збирати необхідні ресурси по дорозі.

“Результатом є вища ефективність, ймовірно, менша вага, а також можливість роботи на вимогу”, – каже він. “Але, можливо, ця відмінність є прискіпливою. У будь-якому випадку, пара або електроліз, переваги використання палива, зібраного з навколишнього середовища, очевидні – миттєва тяга від простої води і сонячної енергії”. Пек і його команда планують запустити технологічну демонстраційну місію на ракеті SLS НАСА в 2020 році.

WINE може вкластися в такий же короткий термін. За словами Закні, космічний апарат може бути зібраний і запущений протягом двох років, а його вартість може становити лише кілька сотень тисяч доларів – невелика сума в аерокосмічному масштабі. Закні бачить майбутнє, в якому сотні космічних апаратів WINE запускатимуться одночасно як вторинне корисне навантаження, а потім самостійно подорожуватимуть до різних астероїдів і планетних тіл, складаючи карту Сонячної системи по ходу їхнього руху.

“З часом ми можемо розробити атлас Сонячної системи”, – каже він. “Ми знатимемо не лише назву астероїда, але й його мінералогічні дані, концентрацію води, його особливості та розмір. Це буде схоже на те, як на Землі користуються street view. Не обов’язково їхати до міст, можна зайти у стріт-віжн і подивитися, як виглядає те чи інше місто. Таким же чином ми намагаємося розширити знання про Сонячну систему за допомогою цих невеликих космічних апаратів, що самозаправляються”.

Рекомендації редакції

• Навіщо Місяцю система управління космічним рухом
• Чи зможе “Вояджер-2”, що досліджує простір за межами Сонячної системи, пережити збій в електропостачанні?
• Європейське космічне агентство запустить чотирирукий космічний апарат для захоплення космічного сміття
• Дивіться, як історична індійська місія “Чандраян-2” висадить космічний корабель на Місяць
• NASA об’єднується з європейськими колегами, щоб зупинити падіння астероїдів на Землю

• Особливості
• HBO Max
• Спеціальні функції
• Що буде далі: Як технології допомагають суспільству відкритися після коронавірусу

Source: digitaltrends.com