|
Устройство, которое поможет кораблям безопасно приземляться на планеты
|
|
|
|
Команда, финансируемая НАСА, возглавляемая исследователями SMU, считает, что их небольшое и легкое устройство, разработанное для измерения скорости космического корабля, улучшит шансы на успешную посадку на Марс и другие планеты. Говорят, чем меньше, тем лучше в космосе. Оптический микрорезонатор, созданный командой, имеет длину всего 2 миллиметра по сравнению с инструментом контроля скорости, наиболее часто используемым на космических кораблях — интерферометром Фабри-Перо, длина которого может достигать 500 миллиметров. НАСА и другие космические агентства могут использовать микрорезонатор для точного и быстрого измерения скорости движения космического корабля в определенном направлении. Первые результаты проверки концепции были опубликованы в журнале AAIA.
|
|
|
«Каждый грамм устройства имеет огромное значение в том, сколько топлива мне придется иметь на космическом корабле и сколько других элементов я могу включить в качестве полезной нагрузки на этот космический корабль», — сказал Волкан Отюген из SMU, один из создателей оптического микрорезонатора. . Отюген является старшим заместителем декана факультета машиностроения Лайлской школы СМУ и директором лаборатории микросенсоров СМУ. Устройство, созданное им и другими исследователями, использует явление, известное как «режим шепчущей галереи». Скорость космического корабля является ключевым измерением во время его спуска, потому что время между тем, когда космический корабль входит в атмосферу планеты, и временем, когда он приземляется, обычно составляет всего несколько минут. А дорогостоящие аварии, такие как разбившийся европейский космический корабль «Скиапарелли» на Марсе, показывают, как быстро миссия может пойти не так, когда космический корабль получает неверную информацию. Только 40 процентов марсианских миссий, запущенных любым космическим агентством, успешно приземляются.
|
|
|
|
Как работает микрорезонатор
|
|
|
|
Шепчущая галерея — это закрытое круглое или эллиптическое пространство, подобное тому, что находится под архитектурным куполом, в котором шепот, сделанный на одном конце купола, может быть отчетливо слышен на другой стороне. Это связано с тем, что звуковые волны распространяются по кругу или куполу с очень небольшой потерей громкости. Световые волны могут сделать то же самое. В микрорезонаторе с помощью оптического волокна была создана шепчущая галерея, по которой может проходить свет. «Внутренняя поверхность этой небольшой круглой полости действует как зеркало, и свет, излучаемый оптическим волокном, проходит по кругу внутри полости миллионы раз», — сказал Отюген. Он объяснил, что «резонанс» возникает, когда длина волны света в точности кратна расстоянию, необходимому для однократного прохождения полости.
|
|
|
|
При резонансе часть света либо поглощается, либо уходит через поверхность. Так что свет, исходящий из шепчущей галереи, тусклее того, что вошел. «Когда я вижу падение света, я знаю, что на этой длине волны произошел резонанс», — сказал Отюген. Запись этого сдвига длины волны может быть использована для измерения различных показателей, включая ускорение космического корабля. Устройства, использующие режимы шепчущей галереи, несмотря на свой небольшой размер, дают очень точные результаты. Отюген работал с тремя научными сотрудниками SMU — Александрой Вайс, Эли Р. Саламе и Хайме да Силва — и исследователями из Мичиганской аэрокосмической корпорации над созданием микродатчика в своей лаборатории. Команда SMU ранее продемонстрировала использование резонаторов в режиме шепчущей галереи для других приложений, включая определение силы, температуры и электрических полей.
|
|
|
|
Что использует микрорезонатор для получения данных
|
|
|
|
Когда космический корабль направляется на посадку на Марс или любую другую планету в нашей Солнечной системе, он должен сначала пройти через слои газа, известные как атмосфера, которые окружают планету. На Марсе эта тонкая атмосфера может привести к замедлению космического корабля со скорости почти 12 500 миль в час. Карманы газа разной плотности также могут сбить космический корабль с курса при его снижении, и космический корабль должен безопасно снизить свою скорость до нуля за короткий промежуток времени. Все это может сделать планетарный спуск чрезвычайно трудным. Он принимает точные измерения направления и скорости, чтобы безопасно приземлиться.
|
|
|
|
Микрорезонатор может собирать информацию, необходимую компьютеру космического корабля для определения скорости, используя обратно рассеянный свет из атмосферы. Все планеты Солнечной системы имеют атмосферу, поэтому теоретически это устройство можно использовать на любой из них. Световые лучи в космосе отклоняются от своего прямого пути, когда сталкиваются с молекулами газа, из которых состоит атмосфера. Поэтому, когда космический корабль посылает импульсы лазерного света в атмосферу на своем пути, этот свет отражается обратно в космический корабль. Крошечные количества этого обратно рассеянного света передаются в микрорезонатор и анализируются.
|
|
|
|
Относительная скорость между атмосферой и космическим кораблем создает так называемый эффект Доплера — изменение длины волны относительно наблюдателя, в данном случае космического корабля, который движется через атмосферу. Вы видите эффект Доплера, работающий со звуковыми волнами в сирене скорой помощи, которая становится выше по мере приближения к вам и затем понижается по мере удаления. Световые волны работают так же, за исключением того, что они приобретают разные оттенки цвета в зависимости от того, насколько быстро они движутся. По изменению длины волны можно определить скорость космического корабля.
|
|
|
|
Источник
|
