|
Небольшие недорогие аппараты для исследований Марса
|
|
|
|
Представьте себе время, когда сотни космических аппаратов будут исследовать Солнечную систему и за ее пределами. Это будущее, которое поможет раскрыть миссия НАСА ESCAPADE, или escape and plasma acceleration and dynamics explorers, - будущее, в котором небольшие недорогие космические аппараты позволят исследователям быстро обучаться, выполнять итерации и продвигать технологии и науку.
|
|
|
|
Миссия ESCAPADE стартует в середине ноября 2025 года на ракете Blue Origin New Glenn, которая отправит два небольших орбитальных аппарата к Марсу для изучения его атмосферы. Как аэрокосмические инженеры, мы в восторге от этой миссии, потому что она не только принесет большую научную пользу, расширяя возможности малых космических аппаратов в дальнем космосе, но и отправит их к Красной планете по новой инновационной траектории.
|
|
|
|
Миссия ESCAPADE на самом деле состоит из двух космических аппаратов вместо одного. Два идентичных космических аппарата будут выполнять одновременные измерения, что позволит улучшить научные результаты. Эти космические аппараты меньше, чем те, что использовались в прошлом, каждый размером с копировальный аппарат, что отчасти обусловлено продолжающейся тенденцией к миниатюризации в космической отрасли. Достижение большего с меньшими затратами очень важно для освоения космоса, потому что обычно большая часть массы космического аппарата уходит просто на то, чтобы доставить его туда, куда вы хотите.
|
|
|
|
|
|
|
Наличие двух космических аппаратов также служит страховкой на случай, если один из них будет работать не так, как планировалось. Даже если один из них полностью выйдет из строя, исследователи все равно смогут заниматься наукой с помощью одного работающего космического аппарата. Такая избыточность позволяет создавать космические аппараты дешевле, чем в прошлом, поскольку копии позволяют в большей степени принимать риски.
|
|
|
|
Изучение истории Марса
|
|
|
|
Задолго до того, как космический корабль—близнец ESCAPADE Blue и Gold были готовы отправиться в космос — миллиарды лет назад, если быть более точным, - атмосфера Марса была гораздо плотнее, чем сейчас. Эта атмосфера позволяла жидкостям течь по ее поверхности, создавая каналы и овраги, которые ученые все еще могут наблюдать сегодня.
|
|
|
|
Но куда делась основная часть этой атмосферы? Его потеря превратила Марс в холодный и сухой мир, каким он является сегодня, с приземным давлением воздуха менее 1% от земного.
|
|
|
|
Марс также когда-то обладал магнитным полем, подобным земному, которое помогало защищать его атмосферу. Эта атмосфера и магнитное поле имели решающее значение для любой жизни, которая могла существовать на раннем Марсе.
|
|
|
|
ESCAPADE измерит остатки этого магнитного поля, сохранившиеся в древних горных породах, и изучит потоки и энергию атмосферы Марса, а также то, как она взаимодействует с солнечным ветром - потоком частиц, которые солнце испускает вместе со светом. Эти измерения помогут выяснить, куда делась атмосфера и как быстро Марс продолжает терять ее сегодня.
|
|
|
|
Исследование космического пространства с ограниченным бюджетом
|
|
|
|
Космос - не самое дружелюбное место. По большей части он представляет собой вакуум, то есть в основном пуст, без молекул газа, которые создают давление и позволяют вам дышать или передавать тепло. Эти молекулы предохраняют предметы от перегрева или похолодания. В космосе, где нет давления, космическому аппарату может легко стать слишком жарко или слишком холодно, в зависимости от того, находится ли он на солнечном свету или в тени.
|
|
|
|
Кроме того, солнце и другие, более удаленные астрономические объекты излучают излучение, которого живые существа не ощущают на Земле. Магнитное поле Земли защищает вас от самого сильного из этих излучений. Поэтому, когда люди или наши роботы-представители покидают Землю, нашим космическим аппаратам приходится выживать в экстремальных условиях, которых нет на Земле.
|
|
|
|
ESCAPADE преодолеет эти трудности с ограниченным бюджетом в размере 80 миллионов долларов США. Это большие деньги, но для миссии на другую планету это недорого. Это позволило снизить затраты за счет использования коммерческих технологий для исследования дальнего космоса, что стало возможным благодаря предварительным инвестициям в фундаментальные исследования.
|
|
|
|
Например, миссия GRAIL, запущенная в 2011 году, ранее использовала два космических аппарата, Ebb и Flow, для составления карты гравитационных полей Луны. ESCAPADE переносит эту концепцию в другой мир, на Марс, и стоит немногим дороже GRAIL.
|
|
|
|
Это сотрудничество между разработчиками космических аппаратов Rocket Lab, специалистами по траекториям Advanced Space LLC и поставщиком запусков Blue Origin, возглавляемое Робом Лиллисом из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли, призвано показать, что исследование дальнего космоса теперь стало более быстрым, гибким и доступным, чем когда-либо прежде.
|
|
Как ESCAPADE доберется до Марса?
|
|
|
|
ESCAPADE также будет использовать новую траекторию, чтобы добраться до Марса. Представьте себя лучником на Олимпийских играх. Чтобы попасть в яблочко, вам нужно пустить стрелу через круг диаметром 15 дюймов (40 сантиметров) с расстояния 300 футов, или 90 метров. Теперь представьте, что яблочко символизирует Марс. Чтобы поразить его с Земли, вам пришлось бы пустить стрелу в то же самое 15-дюймовое яблочко на расстоянии более 13 миль, или 22 километров. Вам также пришлось бы пустить стрелу по изогнутой траектории, чтобы она облетела вокруг Солнца.
|
|
|
|
И не только это, но и то, что Марс не будет попадать в цель в тот момент, когда вы будете стрелять из лука. Вы должны попасть в то место, где Марс будет находиться через 10 месяцев. С этой проблемой столкнулись разработчики миссии ESCAPADE. Что удивительно, так это то, что физические законы и силы природы настолько предсказуемы, что это была даже не самая сложная проблема для решения в миссии ESCAPADE.
|
|
|
|
Чтобы добраться из одного места в другое, требуется энергия. Чтобы долететь с Земли на Марс, космический корабль должен перевозить необходимую энергию в виде ракетного топлива, во многом похожего на бензин в автомобиле. В результате значительная часть общей стартовой массы приходится на топливо для полета.
|
|
|
|
При выходе на орбиту Марса с орбиты Земли от 80% до 85% массы космического аппарата должно приходиться на топливо, что означает, что на ту часть космического аппарата, которая выполняет все эксперименты, выделяется небольшая масса. Из-за этой проблемы важно обеспечить как можно больше возможностей для остальной части космического аппарата. В случае ESCAPADE топливо составляет всего около 65% от массы космического аппарата.
|
|
|
|
Маршрут ESCAPADE отличается особой экономичностью. Сначала Blue и Gold отправятся в точку Лагранжа L2, одно из пяти мест, где гравитационные силы Солнца и Земли уравновешиваются. Затем, примерно через год, в течение которого они будут собирать данные, наблюдая за Солнцем, они пролетят мимо Земли, используя ее гравитационное поле для ускорения. Таким образом, они прибудут на Марс еще примерно через 10 месяцев.
|
|
|
|
Этот новый подход имеет еще одно преимущество, помимо необходимости перевозить меньше топлива: рейсы с Земли на Марс, как правило, экономят топливо примерно каждые 26 месяцев из-за взаимного расположения двух планет. Однако эта новая траектория делает время отправления более гибким. Будущие грузовые и пилотируемые миссии могли бы использовать аналогичную траекторию для более частых и менее ограниченных по времени полетов на Марс.
|
|
|
|
ESCAPADE станет свидетельством новой эры в космических полетах. Для нового поколения ученых и инженеров ESCAPADE — это не просто миссия, это план новой совместной эры исследований и открытий.
|
|
|
|
Источник
|
