Добываем на Луне ракетное топливо, чтобы доставить нас на Марс

  • 29-12-2020
  • комментариев

Между Землей и Луной: Художник изображает заправочную станцию ​​для исследования дальнего космоса. Сунг Ва Канг (RISD)

Сорок пять лет прошло с тех пор, как люди в последний раз ступали на внеземное тело. Теперь Луна снова находится в центре усилий не только по исследованию космоса, но и по созданию постоянного, независимого космического общества.

Планирование экспедиций к ближайшему небесному соседу Земли больше не является задачей НАСА. , хотя у космического агентства США есть планы по созданию орбитальной космической станции, которая будет служить плацдармом для полетов на Марс в начале 2030-х годов. United Launch Alliance, совместное предприятие Lockheed Martin и Boeing, планирует создать лунную заправочную станцию ​​для космических кораблей, способную поддерживать 1000 человек, живущих в космосе, в течение 30 лет.

Миллиардеры Илон Маск, Джефф Безос и Роберт У всех Бигелоу есть компании, стремящиеся доставлять людей или товары на Луну. Несколько команд, соревнующихся за долю денежного приза Google в размере 30 миллионов долларов США, планируют запустить марсоходы на Луну.

Мы и 27 других студентов со всего мира недавно приняли участие в Caltech Space Challenge 2017 года, предложив дизайн как могла бы выглядеть лунная станция запуска и снабжения для миссий в дальний космос и как она будет работать.

Сейчас все космические миссии базируются на Земле и запускаются с нее. Но гравитационное притяжение Земли велико. Чтобы выйти на орбиту, ракета должна лететь со скоростью 11 километров в секунду - 25 000 миль в час!

Любая ракета, покидающая Землю, должна нести все топливо, которое она когда-либо использует, чтобы добраться до места назначения, и, если нужно, еще раз. Это топливо тяжелое, и для его движения с такой высокой скоростью требуется много энергии. Если бы мы могли дозаправиться на орбите, эта энергия запуска могла бы вывести на орбиту больше людей, грузов или научного оборудования. Тогда космический корабль сможет дозаправляться в космосе, где земная гравитация менее сильна.

У Луны есть одна шестая гравитации Земли, что делает ее привлекательной альтернативной базой. На Луне также есть лед, который мы уже знаем, как превратить в водородно-кислородное топливо, которое мы используем во многих современных ракетах.

Миссии НАСА по лунному разведывательному орбитальному аппарату и спутникам наблюдения и зондирования лунного кратера уже обнаружили существенные количество льда в постоянно затененных кратерах на Луне.

Эти места было бы сложно добыть, потому что они более холодные и не пропускают солнечный свет для движущихся транспортных средств. Однако мы могли бы установить большие зеркала на краях кратеров, чтобы осветить солнечные батареи в постоянно затененных регионах.

Добыча полезных ископаемых на Луне, визуализация художника. Сунг Ва Кан (RISD)

Роверы из конкурса Google Lunar X Prize и NASA Lunar Resource Prospector, запуск которого запланирован на 2020 год, также будут способствовать поиску хороших мест для добычи льда.

В зависимости от того, где находятся лучшие запасы льда, нам может потребоваться построить несколько небольших роботизированных лунных баз. Каждый будет добывать лед, производить жидкое топливо и передавать его проходящим космическим кораблям. Наша команда разработала планы выполнения этих задач с помощью трех разных типов вездеходов. В наших планах также требуется несколько небольших роботизированных шаттлов для встречи с находящимися поблизости аппаратами дальнего космоса на лунной орбите.

Художник представляет концепции лунохода. Сунг Вха Канг (RISD)

Один марсоход, который мы называем "Геолог", должен исследовать Луну и находить места, где есть лед. Второй марсоход, Конструктор, последует за ним, построит стартовую площадку и укладывает дороги, чтобы облегчить передвижение третьего типа марсоходов, Шахтеров, которые фактически собирают лед и доставляют его в близлежащие резервуары для хранения и завод по переработке электролиза, который расщепляет воду на водород и кислород.

Конструктор также построит посадочную площадку, куда прибудет небольшой окололунный транспортный космический корабль, который мы называем Lunar Resupply Shuttles, чтобы забрать топливо для доставки, когда только что запущенный космический корабль пройдет мимо Луны . Шаттлы будут сжигать лунное топливо и будут иметь передовые системы наведения и навигации для перемещения между лунными базами и их целевым космическим кораблем.

Когда производится достаточно топлива, а система доставки шаттла проверена и надежна, наш план предусматривает строительство заправочной станции в космосе. Шаттлы доставляли лед прямо на орбитальный склад топлива, где он перерабатывался в топливо и где ракеты, направляющиеся на Марс или в другое место, могли стыковаться для дозаправки.

Художественный рендеринг топливного склада для глубокой дозаправки -космические миссии. Сунг Вха Канг (RISD)

На складе будут большие солнечные батареи, питающие электролизный модуль для плавления льда и последующего превращения воды в топливо, а также большие топливные баки для хранения того, что сделано. НАСА уже работает над большей частью необходимых технологий.или подобное депо, включая стыковку и перевалку топлива. Мы ожидаем, что рабочее депо может быть готово в начале 2030-х годов, как раз ко времени первых полетов людей на Марс.

Чтобы быть наиболее полезным и эффективным, депо должно располагаться на стабильной орбите относительно близко к обоим. Земля и Луна. Точка 1 лагранжиана Земля-Луна (L1) - это точка в космосе на расстоянии примерно 85 процентов пути от Земли до Луны, где сила земного притяжения в точности равна силе притяжения Луны, тянущейся в другом направлении. Это идеальный пит-стоп для космического корабля на пути к Марсу или другим планетам.

Наша команда также нашла экономичный способ доставить космический корабль с околоземной орбиты на станцию ​​L1, требуя еще меньше запусков топлива и высвобождая больше энергии подъема для грузовых мест. Во-первых, космический корабль должен был вылететь с Земли на низкую околоземную орбиту с пустым топливным баком.

Художник изображает буксир на солнечной электрической тяге над астероидом. НАСА

Затем космический корабль и его груз можно будет отбуксировать с низкой околоземной орбиты на станцию ​​L1 с помощью буксира с солнечной электрической силовой установкой - космического корабля, который в основном приводится в движение электрическими двигателями, работающими на солнечной энергии.

< p> Это позволило бы нам утроить доставку полезной нагрузки на Марс. В настоящее время полет человека на Марс оценивается в 100 миллиардов долларов и потребует сотни тонн груза. Доставка большего количества грузов с Земли на Марс с меньшим количеством запусков ракет позволит сэкономить миллиарды долларов и годы времени.

Строительство заправочной станции между Землей и Луной также снизит затраты на миссии за пределами Марса. НАСА ищет внеземную жизнь на спутниках Сатурна и Юпитера. Космические корабли будущего могли бы нести гораздо больше грузов, если бы они могли дозаправляться в космосе - кто знает, какие научные открытия могут позволить отправить большие исследовательские аппараты к этим спутникам?

Помогая нам избежать гравитации Земли и зависимости от ее ресурсов, Лунная заправочная станция может стать первым маленьким шагом к гигантскому скачку в превращении человечества в межпланетную цивилизацию.

Гэри Ли, доктор философии. Кандидат механических и аэрокосмических технологий, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе; Даниэль ДеЛатт, доктор философии Студент факультета аэронавтики и астронавтики, Токийский университет; Джером Гиллерон, доктор философии. Кандидат аэрокосмической техники, Технологический институт Джорджии; Сэмюэл Вальд, доктор философии Студент факультета воздухоплавания и астронавтики Массачусетского технологического института и Тереза ​​Джонс, доктор философии. Кандидат в области государственной политики, аспирантура Pardee RAND. Эта статья изначально была опубликована в The Conversation. Прочтите оригинальную статью.

комментариев

Добавить комментарий