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

Бигфут выгнал охотников из леса в Южной Каролине

Вещий сон принес женщине крупный выигрыш

Газовые гиганты превращаются в сверхземли

Земля стала вращаться быстрее и никто не знает почему

Искусственное мясо ни кому не нужно

Как не убить колонизаторов Марса

Канал History. Пришельцы, монстрология и поиски золота

Кошка стала поводырем для ослепшей собаки

Легендарного идола хотят назвать 'Шигиром из Екатеринбурга'

Мужчина выбросил биткоины и решил обратиться к роботам-собакам

Невероятное о зеркалах

После смерти мы остаемся в сознании от 2 до 20 секунд

Почему люди верят предсказаниям

Призраки, демоны, зомби-свиньи и грань между живым и мертвым

Пять главных открытий марсохода Curiosity

Рыбак поймал рыбу ростом с человека

Самые опасные существа в мире паранормальных явлений

Создание боевых вирусов против наций назвали невозможным

Странный взрыв НЛО над Невадой

США причастны к заражению Уго Чавеса раком и созданию ковида

Астрономические данные и поиск обитаемых миров

Белый диск замечен над Бразилией

Во что верят Раэлиты

Геоглифы Торгая нуждаются в изучении

Десятки НЛО пролетели мимо МКС

Джек Осборн отправляется на охоту за НЛО

Дрон поймал призрачный высокоскоростной НЛО

Женщина отращивала ногти 25 лет

Интерес к чёрным вертолётам межет погубить

Искусственный интеллект позволяет создавать новые белки

Межзвездный метеорит хотят поднять со дна океана

Метеориты проливают свет на происхождение летучих элементов Земли

НАСА ввязалось в гонку за НЛО

Обнаружена точка в мире, где чаще всего регистрируют НЛО

Обнаружили считавшийся исчезнувшим цветок магнолии

Пензенец на ГПЗ увидел НЛО

Работу органов свиней восстановили через час после смерти

Сиамских близнецов разделили с помощью виртуальной реальности

Смерть Мэрилин Монро. 60 лет тайн, интриг и заговоров

Яркий НЛО замечен над Колорадо

АНБ и конференция МУФОН 1978 года

Гадание на будущего мужчину на разбросанных вещах

Гипноз помог женщине справиться с зависимостью от газировки

Жители Пскова удивлены светящимся объектом в небе

Загадка Рендлшема и эксперимент с сознанием

Золотой город Эльдорадо - где находилась мифическая страна

Как гадать на будущее по магазинным ценам

Как по дате рождения узнать всё о прошлой жизни

Мессинг предупреждал об угрозе начала третьей мировой на востоке

Много таинственного скрывает Керченский полуостров

Николай Козырев. Энергия времени и Луна

Разработка моделей ИИ на основе активности человеческого мозга

Редкий белый слон родился в Мьянме

Рептилоиды, существуют ли они на самом деле

Связь между криптозоологией тайными обществами

Сто интересных фактов обо всем на свете

Таинственный металлический шар упал на Веракрус

Три коровы на Аляске погибли загадочным образом

Чумные призраки

Шоу Битва экстрасенсов является правдивым

Цепная ручная таль. Области использования и особенности строения

Бигфут замечен на ферме в Теннесси

Британцам перестанут показывать срок годности еды

Брэд Стайгер. НЛО, паранормальные явления и многое другое

В моем доме живут призраки

Ведущий 'Необъяснимо, но факт' рассказал о своей жизни

Вой бигфута записали в Лаудонвилле

Впервые измерили состояние связи света и материи

Зафиксирован самый короткий день на Земле

Камень Чинтамани, Агарти и Шамбала

Летающий автомобиль, напоминающий Ferrari

Лунный календарь на сентябрь 2022 года

Материнский корабль инопланетян замечен около Юпитера

Монстры гор. Дикари и мохнатые существа

Найдена увеличивающая продолжительность жизни молекула

Невероятные изобретения и достижения древних Майя

Несси и плезиозавы, которые никогда не жили в Лох-Нессе

Новые доказательства возникновения жизни из простых молекул

По следу адам-киика

Почему некоторые метеоры ярко-зеленые

Предсказание индийского пророка

Прогноз по картам Таро на сентябрь 2022 года

Скоро покойник поделится секретами загробной жизни

Солнце вращается вокруг Земли, а люди жили рядом с динозаврами

Составили карту распределения темной материи

Суперземля Ross 508b находится в обитаемой зоне красного карлика

Удивительная карта плотности населения в США

Формула для идеального ночного сна

Фэн-шуй прогноз на сентябрь 2022 года

Энцелад признан пригодной для жизни

Якутское чудовище и молебский треугольник

Выдвинули новую версию о линиях на плато Наска

Когда звезды поедают свои планеты

Контакты африканского племени Догонов с пришельцами

Красные огни заметили над Калифорнией

Неисправности и неопознанные объекты

Несколько странных радиоисточников в отдаленном скоплении галактик

Охотник на Несси уже 31 год живет на берегу озера

Планете Х негде спрятаться

Правительственные проекты по исследованию сверхъестественного

Представлен первый прототип аэротакси с вертикальными взлётом

Пролеты звезд оставляют неизгладимый след во вновь формирующихся планетных системах

Создали бумажную батарейку, которая активируется каплей воды

Стоунхендж может быть древним солнечным календарем

Тайны некоторых атмосферных явлений остаются необъяснимыми

Теория заговора о том, что марсоходы ездят по острову Девон

Хозяин паба, что в его заведении обитает призрак

Церера до сих пор проявляет геологическую активность

Человечество на пороге открытия жизни на Марсе

Чупакабра атаковала деревни на Вологодчине

Чупакабру убили в Башкирии

Полное руководство по ремонту вашей квартиры

Британский доктор снял странные НЛО

Вырастили растения на астероидном грунте

Загадочное писающее дерево Тайваня

Леденящее кровь исчезновение ядерной бомбы Тайби-Айленда

Набережную Ялты оккупировали гадалки

Наблюдение НЛО детьми с учителем в Уэльсе

Нашли ранее неизвестные структуры внутри метеорита

Отыскали четыре пропущенные загадочные сигналы

Охотник за привидениями показал сахалинцам мистическое здание

Пирамида Хеопса состоит из трёх пирамид

Предвыборные теории заговора охватили сообщество Невады

Пятое доказательство тройственности пирамиды Хеопса

Секретная космическая программа США

Синий цвет от экранов телефонов и компьютеров сокращает жизнь

Странный инцидент с НЛО, который так и не был раскрыт

Таинственные летающие змеи Африки и Аравии

Тайна НЛО над Ханты-Мансийском

Число онлайн-целителей растет в Казахстане

Шигирский идол вошел в национальный рейтинг брендов

Яичница жарится сама на полу в квартире москвича

Далекие галактики обнаружили на месте загадочных сигналов

Женщина неделю не замечала застрявшей в ее голове пули

Женщина отрастила усы и отказалась сбривать их

Женщина пошла в лес за дровами и нашла алмаз

За 50 лет было зарегистрировано более 150 000 наблюдений НЛО

ИИ нарисовал кошмарное будущее планеты

ИИ раскрыл структуру 200 миллионов белков

Кровь просачивается сквозь стену в доме, как фильме ужасов

НАСА получило деньги для полетов на Луну и Марс

Призрачная активность вынудила семью бежать из дома

Рыбак выловил редчайшего синего лобстера

Рыбаки в Техасе сняли догмена

Следы бигфута нашли в Иллинойсе

Созданы синапсы для искусственного мозга

США обвинили Китай в сокрытии данных о коронавирусе

Таинственный мистик и его отряд слуг-джиннов

Таинственный феномен синдрома иностранного акцента

Уфолог Ник Поуп был похищен инопланетянами

Черные вертолеты. Их видели не только в США

Шаманы из разных регионов съедутся на молебен на Байкале

Гипотеза существования цивилизации рептилоидов на Земле

Женщину похитили пришельцы и показали ей человека-мотылька

Компьютерные игры не влияют на психику геймеров

Космический корабль готовят к полету в атмосфере Венеры

Лохнесские чудовища - паранормальные существа

Массовое наблюдение НЛО в Мексике

Мурманчане увидели НЛО

Нашли крупнейший за последние 300 лет розовый алмаз

НЛО и инопланетяне в Бразилии

Оптоволоконные кабели можно использовать для прослушки

Открыли новые химические реакции для происхождения жизни

Поймали загадочную рыбу с человеческими зубами

Пребывание на солнце вызывает ожирение

Представили новую теорию о транснептуновых объектах

Раскрыт внешний вид лежачего небоскреба в пустыне

Странное дело о крушении НЛО в Розуэлле

Существует ли реальность без наблюдателя

Таинственное исчезновение актрисы Тэмми Лепперт

Формула идеального начала дня

Экспериментально подтвердили квантовую псевдотелепатию

Как влияет фреон на организм человека

Биосигнатуры в атмосферах экзопланет - следы инопланетной жизни

Джон Кил и крушение японцев в Розуэлле

Доказано происхождение минерала тридимита на Марсе

Женщина сорвала джекпот благодаря совету матери

Загадочные монстры Северной Каролины

Загадочный горец выследил первого серийного убийцу Америки

Замечательные свидетельства очевидцев НЛО

Знаки зодиака, которые обладают сильной интуицией

Искусственный интеллект открыл альтернативные законы физики

Как НАСА собирается искать жизнь на экзопланетах

Красноглазый крылатый чудовищный мотылек

Лицо девушки раздулось после дня на солнце

Люди в черном терроризируют свидетелей НЛО

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика