На чем будут летать космические аппараты будущего
Системы энергообеспечения (питания, если проще, ведь даже машинам нужно что-то кушать) — важная часть космического аппарата. Они должны работать в экстремальных условиях и быть крайне надежными. Однако с постоянно растущими энергетическими запросами сложных космических аппаратов, в будущем нам потребуются новые технологии. Миссии, которые продлятся десятилетия, будут нуждаться в новом поколении источников питания. Какие варианты?
Новейшие мобильные телефоны могут прожить едва ли сутки без необходимости быть подключенными в розетку. Но зонд «Вояджер», запущенный 38 лет назад, до сих пор отправляет нам информацию из запределья Солнечной системы. Зонды «Вояджер» способны эффективно обрабатывать 81 000 инструкций ежесекундно, но в среднем смартфоны работают в 7000 раз быстрее.
Ваши мобильные телефоны, конечно, рождены для регулярной подзарядки и вряд ли отойдут на несколько миллионов километров от ближайшей розетки. Перезаряжать космический аппарат, который находится в 100 миллионах километрах от ближайшей станции, непрактично. Вместо этого космический аппарат должен быть способен хранить или вырабатывать достаточно энергии, чтобы десятилетиями бороздить космическое пространство. А это, как оказалось, сложно устроить.
В то время как некоторые бортовые системы лишь изредка требуют энергии, другие должны постоянно работать. Транспондеры и приемники должны быть активны все время, а в случае пилотируемого полета или космической станции так же должны работать системы жизнеобеспечения и освещения.
Доктор Рао Сурампуди — программный менеджер по технологиям питания в Лаборатории реактивного движения при Калифорнийском технологическом институте. Больше 30 лет он разрабатывает системы энергообеспечения для различных космических аппаратов NASA.
По словам Сурампуди, системы питания для космических аппаратов занимают приблизительно 30% от массы транспорта и могут быть разбиты на три важных подгруппы:
выработка энергии;
хранение энергии;
управление питанием и распределение
Эти системы имеют решающее значение для функционирования космического аппарата. Они должны обладать малой массой, долго жить и быть «энергетически плотными», то есть производить много энергии из сравнительно небольших объемов. Они также должны быть весьма надежны, потому что некоторые вещи починить в космосе будет практически нереально или непрактично.
Эти системы должны не только быть способны обеспечить энергией все бортовые нужды, но и делать это на протяжении всей миссии — некоторые из которых могут продлиться десятки или сотни лет.
«Ожидаемый срок жизни должен быть длинным, потому что если что пойдет не так, вы не сможете починить, — говорит Сурампуди. — Чтобы добраться до Юпитера, потребуется от пяти до семи лет, до Плутона — больше десяти лет, но покинуть Солнечную систему — это 20-30 лет».
Благодаря уникальной среде, в которой они работают, системы энергообеспечения космического аппарата должны быть способны работать в условиях нулевой гравитации и в вакууме, а также выдерживать колоссальную радиацию (обычно в таких условиях электроника не работает). «Если вы высадитесь на Венере, температуры могут достигать 460 градусов по Цельсию, но на Юпитере они могут падать до -150 градусов».
Космический аппарат, который направляется к центру нашей Солнечной системы, будет получать много солнечной энергии для своих фотоэлектрических панелей. Солнечные панели космического аппарата могут быть похожи на обычные солнечные панели для наших домов, но предназначены для более эффективной работы, чем дома.
Резкое повышение температуры от непосредственной близости к Солнцу может также вызывать перегрев солнечных панелей. Это смягчается поворотом солнечных панелей от Солнца, который ограничивает воздействие интенсивных лучей.
Когда космический аппарат выходит на орбиту планеты, солнечные батареи становятся менее эффективны; они не могут вырабатывать много энергии из-за затмений и прохождения через тень планеты. Необходима надежная система хранения энергии.
Атомы отвечают
Одним из таких видов системы хранения энергии являются никель-водородные аккумуляторы, которые можно перезаряжать более 50 000 раз и которые живут больше 15 лет. В отличие от коммерческих батарей, которые не работают в космосе, эти батареи представлены герметичными системами, которые могут работать в вакууме.
Когда вы летите от Солнца, солнечная радиация постепенно уменьшается от 1,374 Вт/м2 вокруг Земли до 50 Вт/м2 возле Юпитера, а у Плутона уже составляет какие-то 1 Вт/м2. Поэтому, когда космический аппарат летит за орбиту Юпитера, ученые обращаются к атомным системам для обеспечения аппарата энергией.
Самым распространенным типом являются радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ, если коротко), которые использовались на «Вояджере», «Кассини» и марсоходе «Кьюриосити». Это твердотельные устройства, у которых нет движущихся частей. Они вырабатывают тепло в процессе радиоактивного распада элементов, например плутония, и имеют срок жизни свыше 30 лет.
Когда использование РИТЭГ невозможно — к примеру, если вес экранирования, необходимого для защиты экипажа, делает аппарат непрактичным, — а расстояние от Солнца исключает возможность использования солнечных батарей, тогда обращаются к топливным элементам.
Водород-кислородные топливные элементы использовались в ходе космических миссий «Аполлон» и «Джемини». Хотя водород-кислородные топливные элементы нельзя перезарядить, они имеют высокую удельную энергию и не оставляют ничего, кроме воды, которую могут пить космонавты.
Текущие исследования NASA и JPL позволят будущим система энергообеспечения генерировать и хранить больше энергии, используя меньше пространства, и в течение длительного времени. Тем не менее новые космические аппараты требуют все больших резервов, поскольку их бортовые системы становятся все сложнее и голоднее до энергии.
Высокие энергетические требования особенно имеют место, когда космический аппарат использует электрическую двигательную систему, как ионный двигатель, впервые поставленный на Deep Space 1 в 1998 году и поныне успешно используемый на космических аппаратах. Электрические двигательные системы обычно выбрасывают топливо с помощью электричества на высокой скорости, но другие используют электродинамические тросы, которые взаимодействуют с магнитными полями планеты для перемещения космического аппарата.
Большинство энергетических систем на Земле не будут работать в космосе. Таким образом, любая новая система энергообеспечения должна быть тщательно протестирована, прежде чем устанавливаться на космическом корабле. NASA и JPL используют свои лаборатории для имитации суровых условий, в которых эта новая технология будет работать, бомбардируя новые компоненты и системы радиацией и подвергая их воздействию экстремальных температур.
Лишняя жизнь
В настоящее время для будущих миссий готовят радиоизотопные генераторы Стирлинга. Основываясь на существующих РИТЭГ, эти генераторы гораздо более эффективны, чем их термоэлектрические братья, и могут быть гораздо меньше, хотя и с более сложным устройством.
Разрабатываются также новые типы батарей для запланированной миссии NASA на Европу (одну из лун Юпитера). Они должны работать в диапазоне температур от -80 до -100 градусов по Цельсию. Изучается возможность создания продвинутых литий-ионных батарей с удвоенным объемом хранимой энергии. Они могли бы позволить астронавтам провести в два раза больше времени на Луне, прежде чем иссякнут батареи.
Разрабатываются новые солнечные батареи, которые смогут работать в условиях пониженной интенсивности света и температур, то есть космический аппарат сможет работать на солнечной энергии дальше от Солнца.
Однажды NASA окончательно решит построить постоянную базу на Марсе с людьми, а может быть, и на другой планете. Агентству потребуются системы генерации энергии, которые будут намного мощнее существующих.
Луна богата гелием-3, редким для Земли элементом, который может быть идеальным топливом для ядерного синтеза. Правда, пока такой синтез не считается стабильным или достаточно надежным, чтобы лечь в основу энергообеспечения космического аппарата. Кроме того, типичный реактор синтеза, вроде токамака, размером с дом и не поместится в космический аппарат.
Что насчет ядерных реакторов, которые прекрасно подошли бы для работающих на электричестве космических аппаратов и запланированных миссий по высадке на Луну и Марс? Вместо того чтобы везти в колонию отдельную систему энергообеспечения, можно было бы использовать ядерный генератор космического корабля.
Космические аппараты с ядерно-электрическим типом двигателя рассматриваются для долгосрочных миссий в будущем. «Миссия по перенаправлению астероида потребует мощных солнечных батарей, которые обеспечат достаточно электрического движения, чтобы космический аппарат мог совершать маневры вокруг астероида, — говорит Сурампуди. — В какой-то момент мы собирались запустить ее на солнечной энергии, но с ядерной все будет намного дешевле».
Тем не менее мы не увидим космических аппаратов на ядерной энергии еще много лет. «Технологии еще не доросли, — говорит Сурампуди. — Мы должны убедиться, что они будут безопасными после запуска». Им предстоит строгое тестирование, которое покажет, безопасно ли подвергать такие ядерные установки суровым испытаниям космоса».
Новые системы энергообеспечения позволят космическому аппарату работать дольше и путешествовать дальше, но находятся пока только в начале своего развития. Когда их испытают, они станут важнейшими компонентами для пилотируемых миссий на Марс и за его пределы.
http://hi-news.ru/technology/na-chem-budut-letat-kosmicheskie-apparaty-budushhego.html
Последние аномальные новости

Билл Гейтс предупредил о потенциальных пандемиях

Был ли великан Гильгамеш нефилимом

Видео, которое обрадует каждого антиваксера

Встречи с потомком древних инопланетян

Дополнительная планета появилась в небе

Илон Маск на пороге испытаний мозговых имплантатов на людях

Как встретить год Тигра по китайскому календарю

Как правильно встретить именины Домового 10 февраля

Китай представил четвероногого военного робота

Китай приступил к созданию спутниковой 5G-сети

Колдун и ведьма дали страшное предсказание

Миллиардер нанял ведущего ученого для разработки технологии бессмертия

НЛО заметили в поселке Бельбулак

Оператор справился с роем из более ста роботов

Пандемия на время закончилась. Время Второго всадника Апокалипсиса

Первая космическая киностудия появится на орбите Земли

Почему необходимо срочно лететь к Нептуну

Предлагают догнать и изучить загадочный межзвездный объект

Признаки начала глобального продовольственного дефицита

Прогноз по картам Таро на февраль 2022 года

Россиян защитят от дискриминации искусственным интеллектом

Сеанс прямого видения на ближайшие перспективы

Сноуден резко осудил исследования о гаванском синдроме

Таинственное фиолетовое покрытие на камнях Марса

Финансовый календарь денежных дел на февраль 2022 года

Фэн-шуй прогноз на февраль 2022 года

Цвет как благоприятный магический символ в 2022 году

ЦРУ нашло объяснения возникновения гаванского синдрома

Человеку впервые пересадили две свиные почки

Ядерные силы США выдвигаются на позиции для атаки

Фильм Невероятный Халк 2008 года, в чем его суть

Школьники Островецкого района получают награды

Актриса общается с умершим отцом через фото

Билл Гейтс предрек миру пандемии страшнее коронавируса

Вещи защищающие дом от Зла

Власти распорядились убить 2000 домашних хомячков в Гонконге

Дом с привидениями позволяет получить интересные сведения

Женщина родила пять пар близнецов

Илон Маск пообещал не допустить восстания машин

Корова родила теленка с двумя головами и четырьмя глазами

Круги в небе заметили на границе Курской области

Легенда о склепе русской баронессы-вампирши

Магазин одежды Amazon будет обслуживать ИИ

Мир находится на пороге эпидемии близорукости

Моменты из Американской истории ужасов, основанные на реальных событиях

Новые данные о появлении жизни на Земле

Обнаружена черная дыра, создающая звезды

Описаны преимущества 6G

Передовые ИИ демонстрируют депрессию и психические расстройства

Планета монстров. На Земле рождаются мутанты

Проезд в метро можно будет оплатить жезлом Сейлор Мун

Проклятый колодец в Англии превращает всё в камень

Ребенок с четырьмя руками и ногами родился в Индии

Рептилоидная раса из астрала

Самые странные традиции казахов

Снежного человека увидели в Кабардино-Балкарии

Таинственное Беловодье в новом фильме

Три теории параллельных Вселенных

Химтрейлы. Теория заговора оказалась правдой

Человеческие волосы вырастили на мышах

Что известно о секретном проекте США Лунная пыль

Шокирующие предсказания Нострадамуса

Базу инопланетян нашли на Марсе

Водителя автобуса отстранили от работы из-за роста

Волна странных отключений электроэнергии

Воронеж мистический попал в Очевидное – невероятное

Диетолог посоветовала перестать худеть

Долгожительница раскрыла три секрета долголетия

Злоумышленники украли дорогу в Германии

Извержение вулкана Тонга создало загадочные пульсации

Ковры улучшают качество воздуха

Красные НЛО как-то зачастили

Кувейт становится непригодным для жизни

Люди – это еда для монстра-телепата с Нептуна

Марсоход обнаружил необычную смесь химических элементов

Московские камеры видеонаблюдения будет контролировать ИИ

Мужчина обнаружил светящиеся камни привлекающие НЛО

Мужчина попытался вылечить импотенцию монтажной пеной

Настоящие астероиды падают Вдруг

Операторы связи организуют свободные от 5G буферные зоны

Освященная вода не отличается от обычной

Открыт астероид, который может столкнуться с Землей

Пилот узрел трансформацию НЛО над Техасом

Плохое мистическое событие в Киеве

Роботы отберут у европейцев около 12 млн рабочих мест

Скупив всю еду Китай создает кошмарные запасы угля

Спутник НАСА увидел возле Солнца НЛО

У НАСА кончаются астронавты

Умер самый старый мужчина

Холодный незамерзающий океан был на Марсе

Шведское агентство безопасности объявило о росте числа НЛО

Ясновидящие волхвы обещают какие-то страшные глубокие рвы

Предложения компании «Арт Строй Дизайн». Строительство современных гаражей в сжатые сроки

Видеоигры оказались вдруг полезными

Где в Йошкар-Оле живут привидения

Долгое пребывание в космосе разрушает клетки крови

Древние космические боги и рождение человека

Загадка инопланетянина по имени Вриллон

Заключенные обвинили руководство в медицинских экспериментах

Инопланетяне могут уничтожить человечество с помощью кода

Клык чупакабры продают в Воронеже

Легенда о томском Граале

Модель Playboy сделала 53 пластические операции

Может ли путешествие во времени быть природным феноменом

Мужчина угадал все числа в лотерее, но не получил выигрыш

Наша Вселенная родилась в лаборатории

Парень годами страдал от кашля из-за постельного белья

Погодные аномалии становятся нормой

Посланник богов в легендах хопи

Почему нельзя засыпать под телевизор

Развертывание 5G вызвало проблемы с авиалайнерами в США

Романы с призраками и пришельцами

Рыбак побил державшийся 45 лет рекорд

Сайт госуслуг интегрируют с государственной биометрической системой

Связь устройства Осириса и корабля Гора

Сова провела мужчину через метель

Таинственные золотые шары под мексиканской пирамидой

Теория Тунисской Атлантиды

Уральские ученые отредактировали гены коровы

Черепа Паракаса принадлежат неизвестной расе

Черный НЛО пролетел около самолета

Что погубило группу Дятлова

Шаровая молния - настолько странное явление

Американская летающая тарелка поднялась в небо

Гигантский ледяной диск появился в реке Мэн

Доказательство сбывающемуся пророчеству Нострадамуса

Жители деревни Фак захотели переименовать ее

Загадочные убийства крупного рогатого скота в Аргентине

Загадочный лабиринт обнаружен на Титане

Зеркальные даты исполнения желаний в феврале

Как гадать на Сретение на суженного

Лунный календарь на февраль 2022 года

Маленький город в Японии стал мировым центром НЛО

Необъяснимый радиосигнал из центра Млечного Пути

Певица заметила зеленый НЛО в ночном небе Британии

Прожившие вместе 81 год муж и жена поделились секретом

Пронаблюдали смену сезонов на экзопланете

Сретение - приметы, обряды и заговоры на Громницу

Сторонники QAnon посчитали, что вместо Трампа на митинге выступил Кеннеди

Талисманы февраля из колоды карт Таро

Таролог Виктория Райдос пообещала поделиться секретами

Торчащую из песка голову юного Ильича нашли на Марсе

Хогвартс-Экспресс отправился в первый рейс до Бердска

Армия США вскоре получит мобильную установку с лазером

Женщина рассказала о жизни с волосами до колен

Инопланетную базу обнаружили на снимках Антарктики

Климатолог предсказал глобальную катастрофу

Кот два месяца не уходил с могилы хозяина

Мистические истории произошедшие ночью

Началось шестое массовое вымирание

Небоскребы превратят в солнечные фермы

Невакцинированные являются плацдармом эволюции ковида

НЛО заметили над Сантьяго

НЛО собрались в стаю во время запуска телескопа Джеймс Уэбб

Объяснена магнитная загадка Луны

Околосмертный опыт. Женщина увидела толпу на огромном стадионе

Очевидец заснял над США целый флот НЛО

Пара колоссальных сфинксов обнаружена в Египте

Странное явление в небе Новокузнецка

Странный обьект пролетел вблизи молодой двойной системы

США предупредили о риске развала страны

Удлиненный череп с имплантированным куском металла

Экстрасенс предупредил обладателей пяти мужских имен

Микрокредиты онлайн в Казахстане

В атмосфере экзопланеты обнаружили водяной пар

Ванга предрекла великое объединение двух стран

Внеземная цивилизация ответственна за возникновение жизни на Земле

Вожди инопланетян прибыли на Землю

Группы антиваксеров превращаются в отряды ополчения

Загадочная болезнь собак вызывает тревогу в Великобритании

Катящиеся по склону валуны обнаружили на Марсе

Китайцам 70 дней крутил новости ИИ, но никто этого не заметил

Наблюдения НЛО в штате Юта

Нострадамус предрек жуткий хаос и Третью мировую войну

Обнаружена гигантская экзопланета, спрятанная у всех на виду

Послание греческого старца Геокена

Почему никто не смог покорить вершину горы Канкар-Пунсум

Пророк Вильегас предрек миру ядерную войну

Сложности поисков Планеты X

Сотни мертвых птиц устилают дороги Кентукки

Странные металлы прольют свет на то, как устроен мир

Телеканал History анонсировал январские премьеры

Человечеству предрекли скорую смерть от голода

Экзопланеты, лучше всего защищающие жизнь

Власти Квебека введут налог на антиваксеров

Власти получили иск за воображаемый план по спасению планеты

Подписка на новости
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика