пятница, 30 марта 2012 г.

Как долететь до Луны на половине стакана топлива

Как долететь до Луны на половине стакана топливаНовый малый ионный микродвигатель наконец-то может сделать реальностью пресловутые микроспутники, которые вот уже несколько лет обещают радикально снизить стоимость исследовательских полётов в космос.

Ионные двигатели — новость с огромной бородой; их применению в космосе скоро исполнится полвека. Тем не менее до недавнего времени их роль ограничивалась маневрированием на околоземной орбите. И хотя Dawn, самый быстрый из КА землян, приводится в движение именно тремя ионными двигателями, их проблемой всегда был малый удельный импульс, который они придают кораблю.

А вот с микроспутниками, масса которых исчезающе мала, всё может и должно быть много лучше. Двигатель весом в 200 г (с контролирующей электроникой), разработанный в Федеральной политехнической школе Лозанны (Швейцария), способен за шесть месяцев доставить с низкой околоземной орбиты к Луне килограммовый спутник объёмом около 1 дм³. Незначительная масса аппарата, таким образом, компенсирует низкий удельный импульс двигателя, видеоматериал о котором представлен ниже.

Ключевые узлы микродвигателя собираются при помощи фотолитографии, используемой при производстве электроники (слишком уж малы компоненты!). Понятно, что на конвейере их стоимость просто рухнет. Основное назначение разработки — разгон КА с низких околоземных орбит на геостационарную и лунную орбиты, а также отправка к более далёким объектам Солнечной системы.

Для выброса ионов двигатель использует кремниевые микросопла, сгруппированные в компактную тяговую матрицу, в которой 1 000 сопел приходится на один квадратный сантиметр площади. Сначала 1-этил-3-метилимидазолий тетрафторборат (ионная жидкость) без какого-либо топливного насоса, под действием капиллярной силы попадает из маленького топливного бака в капиллярные трубопроводы и далее к соплам, где затем ионы топлива разгоняются электродом, к которому подведено напряжение в 1 000 В. Каждую секунду полярность электрического поля на электроде меняется на противоположную, что позволяет использовать для разгона все ионы — как положительные, так и отрицательные.

В первую очередь разработка будет установлена на швейцарский CleanSpace One, о котором мы уже писали. Назначение спутника — однократная миссия по удалению с земной орбиты предыдущего космического аппарата, запущенного швейцарцами и ныне являющегося космическим мусором. По мысли Швейцарского космического агентства, этому примеру смогут последовать остальные космические державы, начав за собой орбитальную уборку. В будущем новые двигатели будут ставить на микроспутники Европейского распределённого космического радиотелескопа (программа OLFAR).

Однако потенциальное применение у двигателя гораздо шире. Он, как и всё, что делается фотолитографированием, легко может производиться массово, а модульная конструкция позволяет объединять двигатели в крупные блоки. Действующая модель даёт ускорение в 0,1 мм/с² для спутника весом в 1 кг. Поэтому, чтобы разогнаться с 24 000 км/ч (начальная скорость, придаваемая спутнику химической ракетой, которая выведет его на орбиту) до 42 000 км/ч (вторая космическая скорость), такому КА потребуется шесть месяцев непрерывной работы. При этом он потребует 4 Вт мощности (микроскопические фотоэлементы килограммового спутника как раз справятся) и всего 100 мл топлива — меньше половины стакана. А тысяча таких установок могут сделать то же самое с 1 000-килограммовым космическим кораблём, потратив всего 100 литров ионной жидкости. Чтобы долететь до Марса, Титана или любой другой точки Солнечной системы, отныне нужно меньше топлива, чем когда-либо. По сути, отправить туда автоматический КА будет стоить не сильно дороже, чем к МКС; нужно лишь масштабировать двигательную установку, объединив множество микродвигателей.

Открываются перспективы и перед орбитальными спутниками. Теоретически активное маневрирование и переход с орбит доступны спутникам любого размера и массы, в том числе в «весе мухи» (до килограмма). А значит, аппараты можно будет запускать группами даже с самой маленькой ракеты-носителя, и при этом каждый из них будет иметь собственную цель не только на любой мыслимой орбите вокруг нашей планеты, но и в любой мыслимой точке Солнечной системы.

Подготовлено по материалам Федеральной политехнической школы Лозанны.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Космос":

Авиаобсерватория SOFIA сфотографировала умирающую звезду
С помощью «Стратосферной обсерватории ИК-астрономии» (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA) исследователям удалось получить инфракрасное изображение «последнего вздоха» умирающей солнцеподобной звезды, а точнее — планетарной туманности M 2-9. «Это наиболее полная картина исходящего материала, который впоследствии превратится в новое поколение звёзд и планет», — отмечает руково...
  (читать дальше)

Сверхновая вывернула звезду наизнанку
Рентгеновское исследование остатка сверхновой Кассиопея A показало, что взрыв, возможно, вывернул массивную звезду наизнанку. С помощью чрезвычайно длительных наблюдений учёные получили картину распределения элементов в остатке сверхновой в беспрецедентных деталях. Выше вы видите упрощённое изображение внутреннего строения звезды непосредственно перед взрывом. Цвета соответствуют преобладающим...
  (читать дальше)

Сложная органика могла образоваться в протопланетном диске
Органические молекулы — потенциальные предшественники жизни на Земле — могли быть синтезированы (хотя бы отчасти) в космосе. Согласно новым данным, производство необходимых для жизни молекул — часть обыкновенного процесса формирования планет. С тех пор как сложные органические молекулы были обнаружены в метеоритах и кометах, учёные полагают, что это мог быть один из способов, которым соответст...
  (читать дальше)

Предложено более точное значение солнечного радиуса
С помощью измерителя доплеровского смещения Michelson Doppler Imager космического зонда SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) группа исследователей из Бразилии и США определила радиус Солнца с невиданной точностью. В основе новых данных — наблюдения за прохождением Меркурия перед солнечным диском 7 мая 2003 и 8 ноября 2006 года (подобное случается 12–13 раз за столетие). Этот метод используе...
  (читать дальше)

Глава Amazon намерен поднять со дна океана ракетные двигатели «Аполлона-11»
Глава Amazon утверждает, что при помощи мощного сонара удалось установить местоположение двигателей F-1 ракеты-носителя «Сатурн-5», с помощью которой корабль «Аполлон-11» доставил первых людей на Луну 20 июля 1969 года. Первая ступень «Сатурна-5» могла похвалиться пятью кислородно-керосиновыми силовыми установками F-1. За 2,5 минуты работы двигатели разгоняли последующие ступени и полезную нагру...
  (читать дальше)

Крабовидная туманность опрокидывает наши представления о пульсарах
Телескопы MAGIC из обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на Канарах показали, что излучение из района пульсара в Крабовидной туманности даёт гамма-фотоны с энергией до 400 ГэВ — в 100 раз больше, чем допускает господствующая теория. «Должно быть, стоящие за этим процессы нам пока неизвестны», — расписывается в неполном служебном соответствии Размик Мирзоян, сотрудник Института внеземной физики им. Ма...
  (читать дальше)

В нашей Галактике, похоже, миллиарды землеподобных планет
Согласно новым выводам европейских учёных, землеподобные планеты в зоне обитаемости имеет треть всех известных звёзд нашей Галактики. Из этого следует, что количество таких миров только в Млечном Пути во много раз больше, чем людей на Земле. «Наши новые наблюдения, проведённые посредством HARPS, инструмента Европейской южной обсерватории, показывают, что 40% всех красных карликов имеют «суперзем...
  (читать дальше)

Пересмотрен геохимический состав Земли
Наши представления о геохимическом прошлом собственной планеты можно забыть и начать писать заново. Свежие исследования австралийских учёных свидетельствуют: на Земле почти нет чисто хондритовых материалов, хотя до того они считались непременным компонентом любой землеподобной планеты. Похоже, что-то сорвало хондритовую оболочку с нашей планеты, причём произошло это на заре её существования. Ян ...
  (читать дальше)

В далёком квазаре обнаружено на удивление много углерода
Астрономы обнаружили большое количество газа и пыли в галактике J1120+0641, содержащей самую далёкую сверхмассивную чёрную дыру, которая известна землянам (до неё свыше 13 млрд световых лет). В то время (мы видим галактику такой, какой она существовала всего через 700 млн лет после Большого взрыва) Вселенная была наполнена в основном водородом и гелием, и специалистов интересовали в первую очере...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)