Космические аппараты будущего: Космические аппараты будущего: взгляд генконструктора / Хабр

Космические аппараты будущего: взгляд генконструктора / Хабр

Краткий конспект встречи с Виктором Хартовым, генеральным конструктором Роскосмоса по автоматическим космическим комплексам и системам, в прошлом гендиректором НПО им. С.А.Лавочкина. Встреча прошла в Музее космонавтики в Москве, в рамках проекта “Космос без формул”.

Полный конспект беседы.

Моя функция проведение единой научной технической политики. Я всю жизнь отдал автоматическому космосу. У меня есть некоторые мысли, я с вами поделюсь, а потом интересно ваше мнение.

Автоматический космос многогранен, и в нем я бы выделил 3 части.

1-я – прикладной, промышленный космос. Это связь, дистанционное зондирование Земли, метеорология, навигация. ГЛОНАСС, GPS это искусственное навигационное поле планеты. Тот, кто создает его, не получает никакой выгоды, выгоду получают те, кто его использует.

Съемка Земли очень коммерческая сфера. В этой области действуют все нормальные законы рынка. Спутники надо делать быстрее, дешевле и качественнее.

2-я часть – научный космос. Самое острие познания человечеством Вселенной. Понимать, как она образовалась 14 млрд лет тому назад, законы ее развития. Как шли процессы ев соседних планетах, как сделать так, чтобы Земля не стала похожа на них?

Барионная материя, которая вокруг нас — Земля, Солнце, ближайшие звезды, галактики — все это только 4-5% от общей массы Вселенной. Есть темная энергия, темная материя. Какие мы с вами цари природы, если все известные законы физики — всё только на 4%. Сейчас к этой проблеме «копают тоннель» с двух сторон. С одной стороны: Большой адронный коллайдер, с другой – астрофизика, за счет изучения звезд и галактик.

Мое мнение, что сейчас надсажать возможности и ресурсы человечства на тот же полет на Марс, травить нашу планету тучей пусков, сжигая озоновый слой – это не самое правильное действие. Мне кажется, что мы торопимся, пытаясь своими паровозными силами решить задачу, над которой работать надо не суетясь, с полным пониманием природы Вселенной. Найти следующий слой физики, новые законы, позволяющие преодолеть все это.

Сколько это будет длиться? Неизвестно, но надо нарабатывать данные. И здесь роль космоса велика. Тот же Hubble, работающий массу лет, приносит пользу, скоро будет смена James Webb. Чем научный космос отличается кардинально — это тем, что уже умеет человек, второй раз делать не надо. Нужно делать новое и следующее. Каждый раз новая целина – новые шишки, новые проблемы. Редко научные проекты делаются в тот срок, который планировали. Мир к подобному относится достаточно спокойно, кроме нас. У нас есть закон 44-ФЗ: если не сдал вовремя проект — то сразу штрафы, разоряющие фирму.

Но у нас уже летает «Радиоастрон», которому в июле будет 6 лет. Уникальный спутник. У него 10-метровая антенна высокой точности. Главная его особенность в том, что он работает вместе с наземными радиотелескопами, причем в режиме интерферометра, и очень синхронно. Ученые просто плачут от счастья, особенно академик Николай Семенович Кардашев, который в 1965 году издал статью, где он обосновал возможность этого опыта. Над ним смеялись, а сейчас он счастливый человек, который задумал это и видит сейчас результаты.

Хотелось бы чтобы наша космонавтика почаще счастливила ученых и запускала побольше таких передовых проектов.

Следующий «Спектр-РГ» находится в цехе, работа идет. Он полетит на полтора миллионов километров от Земли в точку L2, мы там впервые будем работать, ждем с неким трепетом.

3-я часть – «новый космос». О новых задачах в космосе для автоматов на околоземной орбите.

Обслуживание на орбите. Это инспекция, модернизация, ремонты, заправка. Задача очень интересная с точки зрения инженерии, и для военных интересно, но экономически очень дорогая, пока возможность обслуживания превышает стоимость обслуживаемого аппарата, поэтому такое целесообразно для уникальных миссий.

Когда спутники летают столько, сколько хочешь, возникает две проблемы. Первая – аппараты морально стареют. Спутник живой еще, а на Земле уже сменились стандарты, протоколы новые, диаграммы и так далее. Вторая проблема – кончается топливо.

Разрабатываются полностью цифровые полезные нагрузки. Путем программирования им можно менять модуляцию, протоколы, назначение. Вместо спутника связи аппарат может стать спутником-ретранслятором. Эта тема очень интересная, я уж про военное применение не говорю. А также она снижает производственные затраты. Это первый тренд.

Второй тренд – это заправка, обслуживание. Сейчас уже ставятся опыты. Проекты предполагают обслуживание спутников, которые делались без учета этого фактора. Кроме заправки будет отрабатываться еще и доставка дополнительной полезной нагрузки, достаточно автономной.

Следующий тренд – многоспутниковость. Постоянно растут потоки. Добавляется М2М – этот интернет вещей, системы виртуального присутствия, и многое другое. Все хотят пользоваться потоками с мобильных устройств, с минимальными задержками. На низкой орбите у спутника снижаются требования по мощности, снижаются объемы аппаратуры.

SpaceX подала в федеративную комиссию по связи США заявку на создание системы на 4000 космических аппаратов для мировой высокоскоростной сети. В 2018 году OneWeb начинает развертывать систему, состоящую сначала из 648 спутников. Недавно расширили проект до 2000 спутников.

Примерная такая же картина наблюдается в области ДЗЗ – нужно в любой момент времени видеть любую точку планеты, в максимальном количестве спектров, с максимальными деталями. Нужно поместить на низкую орбиту чертову тучу мелких спутников. И создать супер-архив, куда будет сбрасываться информация. Это даже не архив, а актуализированная модель Земли. И любое количество клиентов может брать то, что им надо.

Но картинки – это первый этап. Всем нужны данные обработанные. Это та область, где есть простор для творчества — как из этих картинок, в разных спектрах, «намыть» прикладные данные.

Но что значит многоспутниковая система? Спутники должны быть дешевыми. Спутник должен быть легким. Заводу с идеальной логистикой ставят задачу производить по 3 штуки в день. Сейчас делают один спутник в год или в полтора. Нужно научиться решать целевую задачу, используя эффект многоспутниковости. Когда спутников много, они могут решать задачу как один спутник, например создать синтезированную апертуру, вот как «Радиоастрон».

Еще один тренд – перевод любой задачи в плоскость вычислительных задач. Например, радиолокация входит в острое противоречие с идеей маленького легкого спутника, там нужна мощность, чтобы сигнал послать-принять и прочее. Есть только один способ: Землю облучает масса аппаратов — ГЛОНАСС, GPS, спутники связи. Все светят на Землю и что-то от нее отражается. И тот, кто научится из этого мусора вымывать полезные данные, тот и будет царем горы в этом деле. Это очень сложная вычислительная задача. Но она того стоит.

А дальше, представьте: сейчас всеми спутниками управляют, как с японской игрушкой [Томагочи]. Все очень любят теле-командный метод управления. Но в случае с многоспутниковыми группировками требуется полная автономность, разумность сети.

Так как спутники малые, то сразу возникает вопрос: «а мусора же вокруг Земли и так много»? Сейчас есть международный мусорный комитет, где принята рекомендация, гласящая, что спутник должен за 25 лет точно сойти с орбиты. Для спутников на высоте 300-400 км это нормально, они об атмосферу тормозят. А аппараты OneWeb на высоте 1200 км будут летать, сотни лет.

Борьба с мусором – это новое применение, которое создало человечество само себе. Если мусор мелкий, то его нужно накапливать в какой-то большой сети или в пористом куске, который летает и впитывает мелкий мусор. А если крупный мусор, то его незаслуженно называют мусором. Человечество потратило деньги, кислород планеты, вывело в космос ценнейшие материалы. Половина счастья — его уже вывели, поэтому можно применить его там.

Есть такая утопия, с которой я ношусь, некая модель хищника. Аппарат, который достигает этот ценный материал, в некоем реакторе превращает его в субстанцию типа пыли, и часть этой пыли применяют в гигантском 3д-принтере, чтобы создать часть себе подобного в будущем. Это пока далекое будущее, но эта идея решает задачу, потому что любая погоня за мусором — главное проклятие – баллистика.

Мы не всегда чувствуем, что человечество очень ограничено, с точки зрения маневров возле Земли. Поменять наклон орбиты, высоту — это колоссальные затраты энергии. Нам сильно испортила жизнь яркая визуализация космоса. В фильмах, в игрушках, в «Звездных Войнах», где люди так непринужденно туда-сюда летают и все, воздух им не мешает. Медвежью услугу нашей отрасли оказала эта «правдоподобная» визуализация.

Мне очень интересно узнать мнение по поводу изложенного. Потому что сейчас в нашем институте мы проводим компанию. Я собирал молодежь и тоже самое говорил, и предложил каждому написать эссе на эту тему. Наш космос ведь обрюзг. Опыт получен, но наши законы, как вериги на ногах, иногда очень мешают. С одной стороны, они писаны кровью, всё понятно, а с другой: через 11 лет после запуска первого спутника человек ступил на Луну! С 2006 по 2017 гг. ничего не поменялось.

Сейчас есть объективные причины — все физические законы выработаны, все топливо, материалы, основные законы и все технологические заделы на базе них были применены в предыдущих веках, т.к. новой физики нет. Кроме этого, есть еще один фактор. Вот когда пускали Гагарина, риск был колоссален. Когда американцы летали к Луне, они сами оценивали, что было процентов 70%, риска, но тогда система была такая, что…

Давала право на ошибку

Да. Система признавала, что риск есть, и находились люди, которые ставили свое будущее на карту. «Я принимаю решение, что Луна твердая» и так далее. Над ними не было механизма, который мешал бы принимать такие решения. Сейчас NASA жалуется «Бюрократия все придавила». Возведено в фетиш стремление к 100% надежности, но это бесконечная апроксимация. И никто не может принять решение потому что: а) нет таких авантюристов, кроме Маска, б) созданы механизмы, которые не дают права на риск. Все скованны предыдущим опытом, который материализован в виде нормативных актов, законов. И в этой паутине космос двигается. Явный прорыв, который есть за последние годы — это тот же самый Илон Маск.

Мои домыслы на базе некоторых данных: это было решение NASA вырастить такую компанию, которая не боялась бы рисковать. Илон Маск иногда завирается, но дело делает и движется вперед.

Из того, что вы рассказали, что разрабатывается в России сейчас?

У нас есть Федеральная космическая программа и у нее две цели. Первая – удовлетворить потребности федеральных органов исполнительной власти. Вторая часть – научный космос. Это «Спектр-РГ». И мы должны через 40 лет вновь научиться возвращаться на Луну.

К Луне почему этот ренессанс? Да потому что на Луне в районе полюсов замечено какое-то количество воды. Проверка того, что там есть вода — важнейшая задача. Есть версия, что ее кометы натаскали за миллионы лет, тогда это особенно интересно, ведь кометы прилетают с других звездных систем.

Мы вместе с европейцами выполняем программу «ЭкзоМарс». Был старт первой миссии, мы уже долетели, и «Скиапарелли» благополучно вдребезги разбился. Ждем, когда туда прилетит миссия №2. 2020 год пуск. Когда две цивилизации сталкиваются в тесной «кухне» одного аппарата проблем много, но уже стало легче. Научились работать в команде.

Вообще научный космос — это то поле, где человечеству нужно работать вместе. Он очень дорогой, прибыли не дает, и поэтому крайне важно научиться складывать силы финансовые, технические и интеллектуальные.

Получается все задачи ФКП решаются в современной парадигме производства космической техники.

Да. Совершенно верно. И до 2025 года — это интервал действия этой программы. Конкретных проектов нового класса нет. Есть договоренность с руководством Роскосмоса, если будет проект доведен до правдоподобного уровня, тогда поставим вопрос включения в федеральную программу. Но в чем разница: у нас у всех желание припасть к деньгам бюджета, а в США есть люди, которые свои деньги готовы вкладывать в такое дело. Я понимаю, что это глас вопиющего в пустыне: где наши олигархи, вкладывающие в такие системы? Но не дожидаясь их мы ведем стартовые работы.

Я считаю, что здесь как раз нужно два клича кликать. Сначала искать такие прорывные проекты, команды, которые готовы их реализовывать и тех, то готов в них вкладываться.

Я знаю, что есть такие команды. Мы с ними консультируемся. Мы вместе помогаем им, чтобы они вышли на реализацию.

Планируется ли радиотелескоп на Луне? И второй вопрос по поводу космического мусора и эффекта Кеслера. Эта задача актуальна, и планируются ли приниматься какие-то меры по этому поводу?

Начну с последнего вопроса. Я же говорил, что человечество очень серьезно к этому относится, ведь оно создало мусорный комитет. Спутники нужно уметь сводить с орбиты или отводить на безопасные. А так нужно делать надежные спутники, чтобы они «не помирали». А впереди такие футуристические проекты, про которые я говорил ранее: Большая губка, «хищник», и т.п.

«Мина» может сработать в случае какого-то конфликта, если военные действия пойдут в космосе. Поэтому надо за мир в космосе бороться.

Вторая часть вопроса про Луну и радиотелескоп.

Да. Луна — с одной стороны классно. Вроде бы в вакуум, но вокруг нее существует некая пылевая экзосфера. Пыль там крайне агрессивная. Какого рода задачи можно решать с Луны — это еще надо разобраться. Не обязательно ставить большущее зеркало. Есть проект — корабль опускается и от него бегут в разные стороны «тараканы», который тащат кабели, и в результате получается большая радиоантенна. Некоторое количество таких проектов лунных радиотелескопов гуляет, но прежде всего нужно ее изучить и понять.

Пару лет назад Росатом заявил, что готовит чуть ли не эскизный проект ядерно-двигательной установки для полетов, в том числе к Марсу. Эта тема как-нибудь развивается или заморожена?

Да, она идет. Это создание транспортно-энергетического модуля, ТЭМ. Там стоит реактор и система преобразовывает его тепловую энергию в электрическую, и задействованы очень мощные ионные двигатели. Есть с десяток ключевых технологий, вот по ним идет работа. Достигнут весьма существенный прогресс. Практически полностью ясна конструкция реактора, практически созданы очень мощные ионные двигатели по 30 кВт. Недавно видел их в камере, идет отработка. Но главное проклятие — это тепло, надо сбросить 600 кВт – та еще задача! Радиаторы под 1000 кв м. Сейчас работают над поиском других подходов. Это капельные холодильники, но они еще находятся в ранней фазе.

Ориентировочно есть какие-то даты?

Демонстратор собираются где-то в пределах до 2025 года запустить. Стоит такая задача. Но это зависит от нескольких ключевых технологий, по которым идет отставание.

Вопрос возможно полушуточный, но какие ваши мысли про известно электромагнитное ведро?

Про этот двигатель знаю. Я же вам сказал, что с тех пор как я узнал, что есть темная энергия и темная материя, я перестал полностью базироваться на учебнике физики за среднюю школу. Немцы ставили опыты, они точный народ, и видели, что эффект есть. А это полностью противоречит моему высшему образованию. В России как-то делали эксперимент на спутнике «Юбилейный» с двигателем без отброса массы. Были за, были против. После испытаний обе стороны получили твердейшие подтверждение своей правоты.

Когда запускали первый «Электро-Л», в прессе были жалобы, тех же метеорологов, что спутник не удовлетворяет их нуждам, т.е. спутник ругали еще до того, как он сломался.

Он должен был работать в 10 спектрах. В части спектров, в 3-х, по-моему, качество картинки было не то, которое идет с западных спутников. Наши пользователи привыкли к полностью товарным продуктам. Если бы других картинок не было, то метеорологи были бы счастливы. Второй спутник в существенной степени доработан, улучшена математика, так что сейчас они вроде как удовлетворены.

Продолжение «Фобос-Грунта» «Бумеранг» — будет ли это новый проект или это будет повторение?

Когда делали «Фобос-Грунт» я был директором НПО им. С.А. Лавочкина. Этот тот пример, когда количество нового превышает разумный предел. К сожалению, не хватило интеллекта для того, чтобы учесть всё. Миссия должна быть повторена, в частности потому что она приближает возврат грунта с Марса. Задел будет применен, идеологический, баллистические расчеты и прочее. А так, техника должна быть другая. На базе этих заделов, которые мы получим по Луне, по еще чему-то… Где уже будут части, которые позволят снизить технические риски полного новья.

Кстати, знаете, что японцы собираются реализовать свой «Фобос-Грунт»?

Они не знают еще, что Фобос очень страшное место, там все гибнут.

У них был опыт с Марсом. И там тоже много чего погибло.

Тот же Марс. До 2002 года Штаты и Европа имели, кажется, 4 неудачных попытки добраться до Марса. Но они проявили американский характер, и каждый год пуляли и выучились. Сейчас же они делают чрезвычайно красивые вещи. Я был в Jet Propulsion Laboratory на посадке марсохода Curiosity. Мы к тому времени уже угробили «Фобос». Вот где я плакал, практически: у них спутники летают вокруг Марса давно. Они так выстроили эту миссию, что пришло фото парашюта, который открылся в процессе посадки. Т.е. они со своего спутника смогли данные получить. Но это путь не простой. У них было несколько провальных миссий. Но они продолжали и сейчас достигли определенных успехов.

Миссия, которую они разбили, Mars Polar Lander. У них причина неудачи миссии была «недофинансирование». Т.е. госслужбы посмотрели и сказали, мы вам денег не додали, мы виноваты. Мне кажется, что это практически невозможно в наших реалиях.

Не то слово. У нас надо найти конкретного виновника. На Марсе нам надо догонять. Конечно еще есть Венера, которая до сих пор числилась российской или советской планетой. Сейчас с США идут серьезные переговоры о том, чтобы вместе сделать миссию к Венере. США хотят посадочные модули с высокотемпературной электроникой, которые будут нормально работать при больших градусах, без теплозащиты. Можно аэростаты или самолетик сделать. Интересный проект.

Выражаем благодарность Московскому музею космонавтики за возможность встречи, и научно-популярному порталу Индикатор за видео и трансляцию.

Следующая встреча «Космос без формул», в четверг 25 мая будет посвящена пилотируемым космическим станциям. Эксперт — Владимир Бранец. Беседа обещает быть очень содержательной.
Место проведения: Музей космонавтики.

Время: 25 мая, четверг 18:30.

10 интересных и безумных космических технологий и идей будущего

Будущее сферы космических технологий обещает быть настолько интересным, что очень хотелось бы верить в то, что все мы сможем дожить хотя бы до начала реализации тех идей и миссий, о которых сегодня поговорим. Некоторые представленные здесь концепты выглядят как вполне логичный шаг развития в правильном направлении, другие же кажутся совершенно безумными и даже самоубийственными идеями. Однако и у первых, и у вторых есть реальный шанс.

Содержание

• 1 Магнитный космический поезд Startram
• 2 Ловец астероидов
• 3 Солнечный зонд
• 4 Марсианский форпост
• 5 Ровер NASA ATHLETE
• 6 3D-напечатанные марсианские дома
• 7 Продвинутый коронограф
• 8 Технологии Honeybee Robotics
• 9 Солнечный спутник SPS-ALPHA
• 10 Проект «Objective Europa»

Магнитный космический поезд Startram

Проект предложенной системы космических запусков Startram, для старта строительства и реализации которого потребуется, по предварительным меркам, около 20 миллиардов долларов, обещает возможность доставки на орбиту грузов весом до 300 000 тонн с очень демократичной ценой в 40 долларов за килограмм полезной нагрузки. Если учесть, что в настоящий момент стоимость доставки 1 кг полезной нагрузки в космос составляет в лучшем случае 11 000 долларов, проект выглядит весьма интересным.

Для реализации проекта Startram не потребуются ракеты, топливо или ионные двигатели. Вместо всего этого здесь будет использоваться технология магнитного отталкивания. Стоит отметить, что концепт поезда на магнитной подушке далеко не нов. На Земле уже функционируют составы, которые двигаются по магнитному полотну со скоростью около 600 километров в час. Однако на пути всех этих маглевов (использующихся преимущественно в Японии) находится одно серьезное препятствие, которое ограничивает их максимальную скорость. Для того чтобы такие поезда смогли раскрыть свой полный потенциал и достигать максимально возможной скорости, нам необходимо избавиться от атмосферного воздействия, которое замедляет их движение.

Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.

Проект Startram предлагает решение этого вопроса путем строительства длинного навесного вакуумного тоннеля на высоте около 20 километров. На такой высоте сопротивление воздуха становится менее выраженным, что позволит производить космические запуски на гораздо более высоких скоростях и с гораздо меньшим сопротивлением. Космические аппараты в буквальном смысле будут выстреливаться в космос, без необходимости в преодолении атмосферы. Строительство такой системы потребует около 20 лет работы и инвестиций на общую сумму в 60 миллиардов долларов.

Ловец астероидов

Среди любителей научной фантастики в свое время жарко горели споры об антинаучном способе и явно недооцененной сложности посадки на астероид, показанной в знаменитом американском фантастическом триллере «Армагеддон». Даже в NASA как-то отметили, что нашли бы вариант получше (и реальней), чтобы попробовать спасти Землю от неминуемой гибели. Более того, аэрокосмическое агентство недавно выделило грант на разработку и строительство «ловца комет и астероидов». Космический аппарат специальным мощным гарпуном будет цепляться к выбранному космическому объекту и за счет силы своих двигателей оттягивать эти объекты от опасной траектории сближения с Землей.

Кроме того, аппарат можно будет использовать для ловли астероидов с прицелом дальнейшей добычи полезных ископаемых на них. Космический объект будет притягиваться гарпуном и отводиться в нужное место, например, на орбиту Марса или Луны, где будут располагаться орбитальные или наземные базы. После чего к астероиду будут отправляться группы добычи.

Солнечный зонд

Как и на Земле, на Солнце тоже есть свои ветра и шторма. Однако в отличие от земных, солнечные ветра способны не просто испортить вашу прическу, они способны вас в буквальном смысле испарить. На многие вопросы о Солнце, ответов на которые нет до сих пор, по мнению аэрокосмического агентства NASA, сможет ответить «Солнечный зонд», который отправится к нашему светилу в 2018 году.

Космический аппарат должен будет приблизится к Солнцу на расстояние около 6 миллионов километров. Это приведет к тому, что зонду придется испытать на себе воздействие радиационной энергии такой мощности, какую не испытывал ни один рукотворный космический аппарат. Защититься от воздействия губительной радиации зонду, по мнению инженеров и ученых, поможет карбоно-композитный тепловой экран толщиной 12 сантиметров.

Однако NASA не может просто направить зонд сразу к Солнцу. Космическому аппарату придется сделать как минимум семь орбитальных пролетов вокруг Венеры. А на это у него уйдет около семи лет. Каждый оборот будет ускорять зонд и подстраивать траекторию для правильного курса. После последнего облета зонд направится к орбите Солнца, на расстояние 5,8 миллиона километров от его поверхности. Таким образом он станет наиболее приближенным к Солнцу рукотворным космическим объектом. Нынешний рекорд принадлежит космическому зонду «Гелиос-2», который находится на расстоянии примерно 43,5 миллиона километров от Солнца.

Марсианский форпост

Открывающиеся перспективы будущих полетов на Марс и Европу грандиозны. В NASA верят, что если им не помешают никакие мировые катаклизмы и падения убийственных астероидов, то агентство отправит человека на марсианскую поверхность в течение ближайших двух десятилетий. В NASA даже уже успели представить концепт будущего марсианского форпоста, строительство которого планируется начать где-то в конце 2030-х годов.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Радиус планируемой исследовательской области будет составлять около 100 километров. Здесь будут располагаться жилые модули, научные комплексы, стоянка марсианских роверов, а также горно-шахтное оборудование для команды из четырех человек. Энергия для комплекса частично будет добываться благодаря нескольким компактным ядерным ректорам. Кроме этого, электричество будут добывать солнечные панели, которые, конечно же, будут становиться малоэффективными на случай марсианских песчаных бурь (отсюда и необходимость в компактных реакторах).

Со временем в этой области поселится множество научных команд, которым придется самостоятельно выращивать пищу, собирать марсианскую воду и даже создавать на месте ракетное топливо для полетов обратно на Землю. К счастью, множество полезных и необходимых материалов для строительства марсианской базы содержится прямо в марсианском грунте, поэтому везти некоторые вещи для основания первой марсианской колонии не придется.

Ровер NASA ATHLETE

Ровер ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer), похожий на паука, однажды займется колонизацией Луны. Благодаря своей особой подвеске, состоящей из шести независимых ног, способных поворачиваться во все стороны, ровер может передвигаться по грунту любой сложности. При этом наличие колес позволяет ему быстрее двигаться по более ровной поверхности.

Этот гексопод может оснащаться самым разным научным и рабочим оборудованием и при необходимости легко справляется с ролью передвижного крана. На фотографии выше, например, на ATHLETE установлен жилой модуль. Другими словами, ровер можно еще и использовать в качестве передвижного дома. Высота ATHLETE составляет около 4 метров. При этом он способен поднимать и перевозить объекты весом до 400 килограммов. И это при земной гравитации!

Самое важное преимущество ATHLETE заключается в подвеске, которая наделяет его невероятной подвижностью и способностью выполнять сложную работу по доставке тяжелых объектов, в отличие от неподвижных посадочных модулей, которые использовались в прошлом и используются сейчас. Одним из вариантов использования ATHLETE является и 3D-печать. Установка на него 3D-принтера позволит использовать ровер в качестве мобильного печатного оборудования лунных жилищ.

3D-напечатанные марсианские дома

Чтобы приблизить момент начала подготовки полета человека на Марс, NASA организовало архитектурный конкурс, задачей которого является разработка и спонсирование технологий 3D-печати, которые позволят методом трехмерной печати строить марсианские дома.

Единственное условие конкурса заключалось в использовании материалов, которые широко доступны для добычи на Марсе. Победителями стали две дизайнерские компании из Нью-Йорка, Team Space Exploration Architecture и Clouds Architecture Office, предложившие свой концепт марсианского дома ICE HOUSE. В качестве основы концепт предлагает использование льда (отсюда и название). Строительство зданий будет производиться в ледяных зонах Марса, куда будут отправляться посадочные модули, загруженные множеством компактных роботов, которые будут собирать грязь и лед для возведения сооружений вокруг этих модулей.

Стенки сооружений будут выполнены из смеси воды, геля и кремнезема. Как только материал замерзнет благодаря низким температурам на поверхности Марса, получится весьма себе подходящее для жилища помещение с двойными стенками. Первая стенка будет состоять из ледяной смеси и предоставлять дополнительную защиту от радиации, роль второй стенки будет выполнять сам модуль.

Продвинутый коронограф

Глубокому изучению солнечной короны (внешний слой атмосферы звезды, состоящий из заряженных частиц) мешает одно обстоятельство. И этим обстоятельством, как бы иронично это ни звучало, является само Солнце. Решением проблемы может являться так называемый объемный солнечный затемнитель, шар размером чуть больше теннисного мяча, выполненный из сверхтемного сплава титана. Суть затемнителя заключается в следующем: он устанавливается перед спектрографом, направленным на Солнце, и создает тем самым миниатюрное солнечной затмение, оставляя только солнечную корону.

В настоящий момент аэрокосмическое агентство NASA на своих космических аппаратах SOHO и STEREO использует плоские солнечные затемнители, однако плоский дизайн таких устройств создает некоторую расплывчатость изображения и лишние искажения. Решение этой проблемы подсказал сам космос. Земля, как известно, обладает своим собственным солнечным затемнителем, находящимся примерно в 400 000 километрах от нас. Этим затемнителем, конечно же, является Луна, благодаря которой мы время от времени становимся свидетелями солнечного затмения.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Объемный затемнитель NASA должен будет воспроизводить эффект лунного затмения, конечно же, только для космического аппарата, который будет исследовать Солнце, однако находясь на расстоянии двух метров от его спектрографа, затемнитель поможет исследовать солнечную корону без каких-либо проблем, помех и искажений.

Технологии Honeybee Robotics

Небольшая западная частная компания Honeybee Robotics, занимающаяся разработкой и производством различных космических технологий, недавно получила от аэрокосмического агентства NASA заказ на проведение двух новых технологических разработок для космической программы Asteroid Redirect System. Основная цель программы заключается в изучении астероидов и поиске способов борьбы с возможными угрозами их столкновения с Землей в будущем. Помимо этого, компания занимается разработкой и других не менее интересных вещей.

Например, одной из таких разработок является космическая пушка, которая будет выпускать по астероидам специальные снаряды и отстреливать куски от космического объекта. Отстрелив таким образом кусочек астероида, специальный космический аппарат поймает его своими роботизированными клешнями и переправит на лунную орбиту, где исследованием его структуры ученые смогут заняться уже более подробно. NASA планирует испытать это устройство на одном из трех астероидов: Итокава, Бенну или 2008 EV5.

Второй разработкой является так называемый космический нанобур для сбора образцов грунта с астероидов. Вес бура составляет всего 1 килограмм, а по размерам он чуть больше среднестатистического смартфона. Бур будет использоваться либо роботами, либо астронавтами. С помощью него будет производиться забор необходимого количества грунта для его дальнейшего анализа.

Солнечный спутник SPS-ALPHA

SPS-ALPHA представляет собой орбитальный космический аппарат, работающий на солнечной энергии и состоящий из десятков тысяч тонких зеркал. Накапливаемая энергия будет конвертироваться в микроволны и отправляться обратно на специальные земные станции, где оттуда уже будет передаваться на линии электропередач для питания целых городов.

Данный проект является, пожалуй, одним из самых сложных в плане реализации среди представленных в сегодняшней подборке. Во-первых, описываемая платформа SPS-ALPHA будет по размерам гораздо больше Международной космической станции. Ее строительство потребует очень много времени, целую армию астронавтов-инженеров и вложение колоссальных средств. Ввиду гигантских размеров, платформу придется строить прямо на орбите. С другой стороны, элементы платформы будут производиться из относительно дешевых и несложных с точки зрения массового производства материалов, а значит проект автоматически переходит из «невозможного» в «очень сложный», что, в свою очередь, открывает надежду на то, что однажды его реализацией действительно займутся.

Проект «Objective Europa»

Проект «Objective Europa» является самой сумасшедшей из когда-либо предложенных идей космических исследований. Его главной целью является отправка человека на Европу, одну из лун Юпитера, на борту специальной субмарины, благодаря которой будет производиться поиск возможной жизни в подледном океане спутника.

Безумства данному проекту добавляет еще и тот факт, что эта миссия в один конец. Любому астронавту, который решит отправиться на Европу, фактически придется согласиться пожертвовать своей жизнью во благо науки, получив при этом возможность ответить на самый сокровенный вопрос современной астрономии: есть ли в космосе жизнь, помимо земной?

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Идея проекта «Objective Europa» принадлежит Кристину фон Бенгстону. В настоящий момент Бенгстон проводит краудсорсинговую компанию по привлечению средств в этот проект. Сама субмарина будет оснащена самыми современными технологиями. Здесь будет и сверхмощный бур, и многомерные тяговые двигателями, и мощнейшие прожектора, и, возможно, пара многофункциональных роботизированных рук. Подводной лодке, как и космическому аппарату, который доставит ее к Европе, потребуется мощная защита от радиации.

Выбор места посадки будет играть решающее значение. Толщина льда Европы практически по всей ее поверхности составляет несколько километров, поэтому аппарат лучше всего будет сажать рядом с разломами и трещинами, где ледяная корка не такая прочная и толстая. Проект, конечно же, вызывает очень много вопросов, в том числе морального характера.

Телескопы, зонды, космические корабли и будущее исследования космоса

Космические системы

Уровень чтения: 8

Уровень интереса: 8-12

Тип продукта: Библиотечная книга в переплете

ISBN: 978-1-5026-22222 -8

Автор: Элизабет Шмермунд

Авторские права: 2017

Язык: английский

Страницы: 112

Тримин: 6 «x 9»

Dewey: 520-DC23

Связывание: библиотека

Библиография • Биография. • Диаграммы • Полноцветные фотографии • Раздел дополнительной информации • Глоссарий • Алфавитный указатель • Боковые панели • Хронология • Веб-сайты

Библиотечная книга в переплете
—
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

электронная книга
—
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

Исследование космоса зависит от всестороннего понимания сил, действующих во Вселенной, и поэтому на протяжении веков казалось невозможным, чтобы люди могли покинуть Землю, чтобы путешествовать в космосе. Книга «Телескопы, зонды, космические корабли и будущее космических исследований» соответствует научным стандартам следующего поколения и описывает, как развивалось фундаментальное понимание астрономии и как провидцы изобретали технологию, позволяющую сделать космические путешествия реальностью. В книге также рассматриваются достижения на горизонте, которые могут изменить наше понимание астрономии и наш образ жизни.

Состав Вселенной: эволюция звезд и галактик

Space Systems

Библиотечная книга в переплете eBook

Библиотечная книга в переплете
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
30,65 $

электронная книга
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

Гравитация, орбитальные объекты и планетарное движение

Space Systems

Библиотечная книга в переплете eBook

Библиотечная книга в переплете
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
30,65 $

электронная книга
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

Вселенная в масштабе: сходства и различия объектов в нашей Солнечной системе

Космические системы

Книга в переплете для библиотекиeBook

Библиотечная книга в переплете
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
30,65 $

электронная книга
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

Земля, Солнце и Луна: циклические закономерности лунных фаз, затмений и времен года

Space Systems

Библиотечная книга в переплете eBook

Библиотечная книга в переплете
Список:
43,79 доллара США/
С&С:
30,65 $

электронная книга
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
$30,65

Теория большого взрыва и световые спектры

Space Systems

Библиотечная книга в переплете eBook

Библиотечная книга в переплете
Список:
43,79 доллара США
/
С&С:
30,65 $

электронная книга
Список:
43,79 доллара США/
С&С:
$30,65

Spaceplanes: Возвращение многоразовых космических кораблей?

Загрузка

Космическая станция | Космос

Космические самолеты: Возвращение многоразовых космических кораблей?

(Изображение предоставлено Reaction Engines)

Автор Марк Писинг, 22 января 2021 г.

Концепция многоразового космического самолета, казалось, умерла с концом космического корабля НАСА. Может ли космический самолет снова подняться в 21 веке?

T

Мечта о полете в космос началась, когда первый самолет поднялся в воздух в Китти-Хок, Северная Каролина, в 1903 году. Менее чем через 70 лет у нас появился вполне реалистичный пример того, как это могло бы выглядеть. В фильме Стэнли Кубрика «2001: Космическая одиссея» (1968) большой космический самолет легко маневрирует в такт вальсу Штрауса «Голубой Дунай», чтобы состыковаться с огромной вращающейся космической станцией.

Несмотря на множество планов, прототипов и экспериментальных полетов с тех пор, только два космических самолета когда-либо были введены в эксплуатацию: космический шаттл и сверхсекретный Боинг X-37B. В строю остается только небольшой беспилотный Боинг.

Мечта о грациозном космоплане все еще жива, даже несмотря на то, что амбиции на их настоящую роль, возможно, уменьшились. В сентябре 2020 года Китай, по-видимому, запустил свой собственный многоразовый космический самолет, похожий на Boeing, и может иметь в разработке до семи пилотируемых и непилотируемых космических самолетов . Ожидается, что аналогичная автономная летающая лаборатория Space Rider Европейского космического агентства запустится в 2023 году, а собственный мини-космоплан Индии — в конце этого десятилетия.

Но мы по-прежнему полагаемся на ракеты, которые запускают астронавтов в космос и возвращают их на Землю в капсулах, подвешенных на парашютах. Так почему же космический самолет — за исключением космического корабля НАСА, который сейчас находится на пенсии — еще не взлетел?

Один из ответов на этот вопрос можно найти на испытательном полигоне в 2900 км (1800 миль) от Китти-Хок у подножия Скалистых гор в Колорадо. Объект в воздушном и космическом порту Колорадо был специально построен Reaction Engines для проведения «горячих испытаний» технологии, от которой зависит революционный новый ракетный двигатель компании. Испытания проводились при поддержке секретного Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США (Darpa).

Reaction Engines — британская аэрокосмическая компания, основанная инженерами Аланом Бондом, Ричардом Варвиллом и Джоном Скоттом в 1989 после отмены британского проекта космического самолета Hotol. Его цель состояла в том, чтобы создать преемника Хотола, сверхтонкий одноступенчатый космический самолет Skylon, вместе с двигателем, который будет его приводить в действие. Синергетический ракетный двигатель с воздушным дыханием (Sabre) — это двигатель, работающий на водороде, который может разогнать космический самолет, подобный Skylon, с нулевой до гиперзвуковой скорости, используя кислород в атмосфере Земли, а затем, при достаточно быстром движении, запустить аппарат в космос с помощью бортовой запас кислорода как у обычной ракеты.

Вам также могут понравиться:

• Многоразовый космоплан, запущенный внутри ракеты
• Секреты военного космического самолета США
• Зачем европейские космонавты изучают китайский

Сегодня их поддерживают крупные компании отрасли, в том числе Boeing, British Aerospace и Rolls-Royce, а также космические агентства Великобритании и Европы.

За защитным ограждением модифицированный двигатель реактивного истребителя времен холодной войны используется для воспроизведения очень высокотемпературного воздушного потока, создаваемого на гиперзвуковых скоростях. Перегретый воздух продувается легким кольцеобразным устройством, состоящим из тысяч тонкостенных трубок, по которым проходит охлаждающая жидкость. Целью этого предварительного охладителя является очень быстрое удаление сильного тепла. Ожидается, что при использовании в двигателе Sabre он предотвратит плавление его внутренних компонентов при высоких температурах и обеспечит эффективную работу двигателя.

В начале 2019 года предварительный охладитель работал при температуре 420°C (788°F) в условиях, воспроизводящих скорость полета 3,3 Маха, что более чем в три раза превышает скорость звука. Но инженеры хотели достичь магического числа Маха 5. Это более 6200 км в час (3800 миль в час). Кроме того, он более чем в два раза превышает крейсерскую скорость Concorde и более чем на 50 процентов превышает скорость самолета SR-71 Blackbird — самого быстрого в мире самолета с реактивным двигателем. 5 Маха также являются пределом современных материалов, используемых в производстве самолетов.

На испытательном полигоне реактивных двигателей в Колорадо установлен двигатель от реактивного истребителя для проведения экспериментов (Фото: Reaction Engines) сжигать жидкий кислород, смешанный с водородным топливом, для достижения скорости 25 Маха, что позволяет ему выйти на околоземную орбиту.

В октябре 2019 года был побит рекорд и достигнута скорость 5 Маха. Предварительный охладитель успешно «гасил» воздух, поступающий в машину при температуре более 1000°C (1800°F) менее чем за 1/20 секунды.

Успех испытаний принес лидеру группы Хелен Уэббер престижную медаль сэра Ральфа Робинса Королевского авиационного общества за инженерное лидерство, а более широкой команде — множество наград. «Мы достигли того, чего раньше никогда не делали», — говорит Уэббер. «Это был важный момент в развитии прорывной аэрокосмической технологии. Этот успех приближает нас на один шаг к реализации Sabre и прокладывает путь к гиперзвуковым полетам».

Сейчас Уэббер работает над ядром самого движка Sabre. Хотя нам, возможно, придется ждать 10 лет, чтобы начать летные испытания двигателя, их инновационная технология управления теплом, похоже, будет применяться в других областях. Например, в электромобилях новые эффективные легкие теплообменники ускорят зарядку литиевых батарей и продлевают срок их службы.

«Компания Reaction Engines делает хорошую работу, говоря, что мы собираемся разработать сначала эту технологию, а затем эту», — говорит Кристофер Комбс, Техасский университет в Сан-Антонио. «Легче предложить инвесторам теплообменники, которые через пять лет можно будет использовать в реактивном истребителе, чем предложить Skylon и сказать, что на его создание уйдет 30 лет».

Как ни странно, трудно найти упоминание о Skylon на веб-сайте Reaction Engines. «Skylon был концептуальным транспортным средством, показывающим, как можно использовать двигатель Sabre, — говорит Оливер Нейлард, менеджер по развитию бизнеса Reaction Engines. «Мы не разрабатываем транспортное средство. В ближайшей перспективе мы сосредоточимся на двигателе, но в то же время мы должны убедиться, что технологии космических кораблей разрабатываются вместе с ним».

Skylon был одним из концептов многомахового космического самолета середины 90-х годов. (Фото: SSPL/Getty Images) В 2020 году компания работала с ЕКА над более консервативной концепцией двухступенчатой ​​ракеты, которая будет запущена из Французской Гвианы в следующем десятилетии.

Концепция космического самолета проста, хотя он и связан с запутанным набором транспортных средств. Очень расплывчатое определение может означать, что Boeing 747, запустивший LauncherOne Virgin Orbit, классифицируется как космический самолет, поскольку он эквивалентен первой ступени космического корабля.

Есть два типа «настоящих космических самолетов», говорит Жан Девиль, автор китайского аэрокосмического блога из Шэньчжэня и соведущий подкаста Donfang Hour о китайской аэрокосмической отрасли и технологиях. «Самый простой вариант — это когда космоплан выводится в космос на традиционной ракете вертикального взлета, типа «Спейс шаттл». Самый сложный — когда ракета-носитель взлетает горизонтально и выходит в космос по поступательной траектории, или когда обе ступени представляют собой космические самолеты, как китайская концепция Tengyun».

Преимущества космопланов перечислить легко. Существует убедительная идея «полетать» на космическую станцию ​​и обратно так же, как мы летим на авиалайнере из Нью-Йорка в Сан-Франциско. Космические самолеты могут использовать взлетно-посадочные полосы, а не дорогие стартовые площадки, что также означает, что их можно запускать и приземляться чаще. И если вы хотите вернуть спутник, то космический самолет, а не капсула с экипажем, возвращающаяся на Землю на парашюте, — единственное решение.

Космические самолеты также можно использовать для испытаний военной техники и даже для перехвата вражеских спутников. Технологии космопланов пересекаются с технологиями гиперзвукового оружия и самолетов. По этой причине Reaction Engines является участником исследовательской программы, финансируемой Министерством обороны Великобритании, по разработке гиперзвуковых силовых установок для самолетов.

К сожалению, космическая индустрия не развивалась так, как того хотели сторонники космонавтики. «Мы добились гораздо большего прогресса с компьютерами, чем с ракетами», — говорит Дэвид Бербах из Военно-морского колледжа США в Род-Айленде. «Автоматизация означает, что нам действительно не нужно отправлять много людей в космос. Это может показаться примитивным, может показаться недостойным, но на самом деле ракеты — это все, что нам нужно в данный момент».

Советский «Буран» был еще одним многообещающим проектом космического самолета, но он так и не выполнил пилотируемую миссию до распада СССР (Петр Ковалев/ТАСС/Getty Images)

Также, по мнению некоторых спутники обратно на Землю, потому что их стало дешевле строить, они долговечнее и, откровенно говоря, стали одноразовыми. Спутниковая группировка Space X Starlink использует тысячи небольших спутников массового производства для расширения доступа в Интернет.

И космические самолеты связаны с дорогостоящими технологическими проблемами. Необходимы материалы, достаточно прочные и легкие, чтобы выдержать частые обратные полеты в космос, и существует проблема интеграции двух или трех различных типов двигательных установок, необходимых для разных этапов полета. «На мой взгляд, это одна из главных трудностей, — говорит Девиль.

«В конечном счете, основным препятствием для проектов космических самолетов является то, что разработка требует очень глубоких карманов», — добавляет он. «Вот почему Европа, СССР и Россия ушли от этой концепции».

Тогда есть конкуренция. «У SpaceX репутация раздвигающей границы, но она убивает космический самолет», — говорит Комбс. «Они делают такую ​​хорошую работу по удешевлению доступа в космос, что это устраняет мотивацию вкладывать средства в дорогостоящие исследования космических самолетов».

Возможно, только миллиардер может выдержать цену неудачи, связанной с разработкой космического самолета.

Несмотря на недавний успех Boeing X-37B в нишевой военной роли, любители космических самолетов привыкли к разочарованию. Российско-советский пионер космонавтики Фридрих Цандер в 1911 году сконструировал межпланетный космический самолет с крыльями, которые сгорали во время подъема. В 1930-х годах австрийский инженер Ойген Зенгер выдвинул идею суборбитального бомбардировщика с ракетным двигателем для бомбардировки Нью-Йорка. К счастью, нацисты его так и не произвели.

В 1950-х годах конструктор ракет Вернер фон Браун изложил свое видение «ракеты с крыльями» в журнале Collier’s, и ВВС США развеяли идею Сенгера. Boeing X-20 Dyna-Soar (да, он так назывался) был отменен в пользу программы Gemini. Первоначальный космический корабль Gemini должен был взлететь в космос на ракете и приземлиться на взлетно-посадочную полосу, как параплан, пока это тоже не было отменено. Некогда секретные советские проекты тоже провалились. МиГ-105, например, был пилотируемой испытательной машиной, разработанной для периодического советского плана по созданию космического самолета. Первый полет он совершил в 1976, но экспериментальный пассажирский орбитальный самолет (Эпос), как назывался проект, был окончательно свернут два года спустя.

Эпоха космических самолетов НАСА закончилась с выводом из эксплуатации флота космических челноков в 2011 году. (Фото: Тед Сокуи/Corbis/Getty Images) Вдохновленный космическим кораблем НАСА, советский «Буран» совершил один беспилотный космический полет в 1988 году, прежде чем программа была отменена. Планы европейских и японских космопланов так и остались планами. Намерение Китая построить собственный космический самолет было отложено, потому что ракеты были более быстрым способом вступить в космическую гонку. «Китай запустил своих первых тайконавтов в космос в 2003 году вместо запланированного на 2020 год, — говорит Девиль.

Несмотря на плохие характеристики «Шаттла», США не переставали мечтать о многоразовом космоплане. Футуристический Lockheed Martin X-33 или Venture Star был отменен на поздней стадии из-за технических проблем. Ходили слухи, что существуют и другие сверхсекретные программы. Из этих проектов родился беспилотный Boeing X-37B. Предложение Boeing о более крупной версии с экипажем было отклонено.

«Когда я был ребенком, я наблюдал, как все эти невероятно крутые научно-фантастические транспортные средства взлетают, как самолеты, и летят в космос, — говорит Комбс. «Это та вдохновляющая технология, которая заставляет людей хотеть быть инженерами и которую инженеры хотят строить, особенно когда космические самолеты были так мучительно близки в течение такого долгого времени».

Так есть ли будущее у космоплана?

Гонка за созданием гиперзвуковых самолетов и оружия действительно может помочь решить технологические проблемы, стоящие перед проектами космических самолетов. Или нишевая роль, которую играет такой корабль, как Боинг, может быть лучшим, что он может получить. «Космическое пространство — это место разрушенных мечтаний и невыполненных обещаний», — говорит Бледдин Боуэн из Лестерского университета и автор книги «Война в космосе: стратегия, космическая мощь, геополитика». «Космические самолеты могут просто стать полезным орбитальным испытательным полигоном для новых технологий».

Однако одно можно сказать наверняка. Какое бы будущее у космического самолета ни было, оно будет связано с Китаем. «Мы очень мало знаем о запуске [китайского экспериментального космического самолета]», — говорит Девиль. «Но это показывает, что Китай серьезно относится к разработке своих концепций космических самолетов».

«В конце концов, люди ищут доступ в космос, чтобы выйти за рамки того, что они могут делать сегодня», — говорит Найлард из Reaction Engines. «Они ищут возможность запуска по запросу. И нам нужно двигаться к этой модели самолета, если мы хотим, наконец, раскрыть потенциал космоса».

—

Join one million Future fans by liking us on  Facebook , or follow us on  Twitter  or   Instagram .