NASA реинкарнирует институт технологий будущего

whirlwind писал(а):http://www.membrana.ru/lenta/?9531

Американский Национальный исследовательский совет (National Research Council) призвал аэрокосмическое ведомство возродить Институт перспективных концепций (NASA Institute for Advanced Concepts — NIAC). Эта организация проработала с 1998 по 2007 годы, после чего была закрыта из-за сокращения бюджета агентства и политики сосредоточения средств на относительно близких проектах.


Возможно, космическое агентство США — самое богатое в мире, но в последние годы здесь всё чаще говорят о нехватке средств и необходимости экономии. Неудивительно, что в вопросе распределения денег агентство пришло к идее "Если проект не понадобится завтра, он не нужен". А поскольку приоритеты были обозначены чётко: исследование внешних планет и высадка человека на Луне, едва ли не всё, что выходило за эти рамки, начало испытывать финансовый голод.


Что уж говорить об институте NIAC, который занимался проектами на очень далёкую перспективу. Проектами, к которым учёные только-только начинали подбирать ключи. NIAC просто закрыли.


Между тем, деятельность NIAC была успешной. Он задействовал потенциал институтов и университетов вне "созвездия" подразделений и организаций NASA, концентрируя и финансируя работы подрядчиков по более чем 100 экзотическим проектам, связанным с космической отраслью и аэронавтикой.


Среди них были: межпланетный корабль размером с копейку, облегающий биоскафандр, терраформирование кусочка Марса, астероид-транспорт, прыгающие марсоходы-мячики, двигатель на антиматерии и космический парус опять-таки на антивеществе.

Шаркан писал(а):Придуман автономный межпланетный корабль размером с копейку [SPOILER]
10 августа 2007
Каждый квадратный корабль-чип будет не толще картонки, а сторона этого квадрата должна насчитывать примерно 6 миллиметров, так что 25 крошечных межпланетных аппаратов поместятся на поверхности марки.

Инженер Мейсон Пек (Mason Peck) из университета Корнелла (Cornell University) получил грант от Института перспективных концепций NASA (NIAC) на развитие проекта гигантского роя межпланетных кораблей, каждый их которых по толщине и поперечнику будет не больше самой мелкой монетки, а питаться будет солнечным светом и планетарным магнитным полем. Рой должен выпасть дождём на поверхности удалённой планеты.
По общему замыслу проект Пека схож с новой парадигмой исследования планет Вольфганга Финка (Wolfgang Fink) и давешним проектом планетарных роботов-мячиков с шарик для настольного тенниса, но идея Мейсона идёт гораздо дальше планов предшественников.
Американский инженер придумал корабли-чипы, размером с монетку, тысячи которых можно вывести на околоземную орбиту в одном запуске ракеты-носителя.
Дальше — самое интересное и оригинальное. Питание такие чипы будут получать от крошечных солнечных батарей на своей поверхности. Чипы должны выпустить длинные проволочки, связанные с конденсатором, питаемым от солнечной батарейки. Результат работы этой системы — чип электрически заряжается, так что на него начинает действовать сила Лоренца со стороны магнитного поля Земли.
Через год вращения вокруг нашей планеты чипы приобретут скорость, достаточную, чтобы перейти на траекторию полёта к другой планете, например — к Юпитеру. По идее, можно рассчитать полёт чипов таким образом, что тысячи их смогут достичь луны Юпитера — Европы. Причём простые микроскопические ракетные движки будут корректировать полёт этих межпланетных аппаратов.
Полёт от Земли к Юпитеру займёт 2-4 года, после этого чипы окажутся на Европе. При этом, отмечает автор концепции, данные чипы слишком легки и малы, чтобы сгореть в атмосфере или разрушиться при ударе, когда весь рой выпадет на поверхность луны в виде "дождика" (к слову, у Европы атмосфера крайне слабая, но есть).
К тому же при одновременном старте в систему Юпитера нескольких тысяч микрочипов потеря одной-двух сотен таких аппаратиков останется незамеченной.
На поверхности спутника чипы займутся анализом атмосферы и грунта. Простейшие датчики могут забирать пробы за счёт капиллярных сил. Если чип обнаружит признаки жизни (чип можно настроить на обнаружение аминокислот), он подаст простой, однобитный, радиосигнал.
Объединение большого числа слабых сигналов от гигантского роя даст сигнал, способный сказать учёным, что к Европе явно следует направить значительно более крупный и сложный посадочный аппарат.
Рой чипов может быть послан на Европу примерно к 2030 году, считает разработчик этих необычных микрокораблей.
[/SPOILER]

Биоскафандры [SPOILER]Чем сильнее мы желаем защитить астронавта от открытого космоса, тем тяжелее становится его костюм. Ворочаться в таком крайне неудобно. Не пора ли двинуться в противоположную сторону и создать тонкий скафандр, ощущаемый как невесомое продолжение тела? Оказывается, экспериментальные прототипы таких скафандров уже сшиты.
Эволюция скафандров привела к появлению совершенных моделей, которые космонавты и астронавты с успехом применяют на околоземной орбите. Однако работа в этих костюмах — дело нелёгкое. Из-за внутреннего давления большие усилия приходится прикладывать для того, чтобы согнуть руку или ногу. А ведь на других планетах — Луне или Марсе, к примеру, наличие пусть и слабой, но гравитации — ещё больше усугубит эту проблему.
"Традиционные громоздкие костюмы не обеспечивают мобильность астронавтов, необходимую в миссиях с частичной гравитацией. Нам действительно необходимо разработать скафандры для куда большей мобильности", — утверждает профессор Дава Ньюман (Dava Newman) из Массачусетского технологического института (MIT). И она знает, о чём говорит. Над скафандрами будущего вместе с коллегами по институту она работает не один год.
О её проекте биоскафандра (Bio-Suit), мы уже рассказывали. Однако тогда речь шла о совсем уж фантастической идее — напылении на кожу человека тонкой, но прочной и воздухонепроницаемой затвердевающей плёнки, способной заменить обычный надуваемый воздухом скафандр.
далее[/SPOILER]

Предложено терраформировать квадратный километр Марса[SPOILER]
15 ноября 2006
Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (NIAC) выдал грант на разработку технологии локального изменения среды Марса — вокруг обитаемой базы.

Эту концепцию предложил Риджел Войда (Rigel Woida), студент университета Аризоны (University of Arizona, Tucson), задумавшись о том, что полное терраформирование Марса может занять столетия, а вот преобразить его небольшой кусочек можно очень быстро.

Разумеется, без гигантского купола создать на поверхности Марса в точности земные условия не получится. Но даже и без купола частичное терраформирование, придуманное Риджелом, значительно облегчит работу исследователей Красной планеты на её открытой поверхности.

Войда предлагает вывести на орбиту вокруг Марса 300 надутых шаров диаметром 150 метров. Установленные бок о бок, они образовали бы вогнутое зеркало с поперечником 1,5 километра.

Это зеркало сфокусировало бы солнечный зайчик на участке поверхности шириной примерно в один километр. Температура на нём поднялась бы до 20 градусов Цельсия, в противовес типичным для Марса минус 140 — минус 60 (только в полдень на экваторе температуры там поднимаются заметно выше этих значений).

Тёплый локальный климат позволил бы астронавтам носить более лёгкие скафандры, меньше стесняющие в движениях, и строить здания базы с меньшим слоем теплоизоляции. Кроме того, дополнительный свет увеличил бы мощность солнечных батарей базы.

И главное — 20-градусная "погода" привела бы к таянию поверхностных водяных льдов (которые на Марсе нередки: вот красивое ледяное озеро, а вот — целое море), поставляя бесплатную воду для обитателей базы. А вода, разложенная электричеством, — это и кислород для дыхания, и топливо для ракет.

Шары должны отражать только видимое и инфракрасное излучение, так как концентрация высокочастотной радиации, не задерживаемой тонкой атмосферой, губительно сказалась бы на поселенцах. Поэтому одной из задач является подбор материала для зеркала.

Но и развёртывание такого огромного сооружения на орбите — проблема нетривиальная. Практические достижения человечества в этой сфере незначительны. Можно вспомнить запуск японцами в космос первого в мире солнечного паруса (фактически, солнечный парус и космическое зеркало — одно и то же) в 2004 году, а ещё российское "Знамя" — экспериментальное орбитальное зеркало, развёрнутое на станции "Мир" в феврале 1993 года. Оба имели поперечник в считанные метры.

А пока Войда получил от NIAC $9 тысяч на более детальное исследование придуманной им схемы.
[/SPOILER]

Антиматерия домчит обитаемый корабль к Марсу за полтора месяца
[SPOILER] http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/04/17/160200.html
Космические двигатели на антивеществе куда ближе, чем принято думать. Они могут быть сравнительно недорогими и безопасными. Главное – выбрать оптимальный вариант конструкции. Ведь тут исследованы далеко не все возможные схемы. Так считает маленькая компания из Санта-Фе.

Используя двигатель на антиматерии, лёгкий пилотируемый корабль мог бы достичь Марса за 45-90 дней, вместо примерно полугода с химическими двигателями и сотнями тонн топлива или ионными двигателями, питаемыми солнечными батареями, величиной с пару футбольных полей. Это впечатляет, но насколько двигатели на антивеществе могут быть реальны, с точки зрения техники сегодняшнего дня?

Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (NIAC) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, которая уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией, всевозможных магнитных ловушек, в частности.

Недавно компания представила две новые концепции космических двигателей на антиматерии, отличающиеся от ранее известных схем.

Напомним, античастицы похожи на своих обычных "родственников", но несут противоположный заряд. "антиблизнец" электрона – позитрон, заряжен положительно, а "антивариант" протона — антипротон – отрицательно.

При столкновении материи и антиматерии высвобождается огромное количество энергии в виде излучения, в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (E = mc2). И это значит, что долей грамма антивещества по заложенной в нём энергетике хватило бы для путешествия корабля к Марсу.

Проблем, если упрощать, всего две: хранение антиматерии на борту и рациональный способ использования её огромной энергии. Новый взгляд на эти задачи и предлагает Positronics Research.

Главная идея: эта компания считает, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны или какие-нибудь ядра антигелия, как предлагалось ранее.

Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата влечёт за собой включение в конструкцию тяжелейшей защиты.

От таких лучей не только сложно защищаться, их и использовать-то для привода корабля – затруднительно. То есть, значительная часть энергии будет улетать прочь.

Аннигиляция позитронов рождает гамма излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей. И это хорошо с самых разных точек зрения.

Схема ракетного двигателя типа "Позитронный реактор" (иллюстрация Positronics Research).

Первый вариант своего двигателя авторы назвали "Позитронный реактор" (Positron reactor).

Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) было бы наработано на земных установках и помещено в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, но с большой частотой, направляют в центр реактора, наполненного специальным теплообменником – матрицей.

В центре реактора ловушку выключают, позитроны взаимодействуют с её веществом и дают вспышку излучения, нагревающего матрицу. Через матрицу пропускают водород, который разогревается и с большой скоростью истекает из сопла двигателя.

Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла – для его охлаждения.

Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть, на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги.

Это примерно в 2-3 раза выше, чем у химических двигателей. Что означает аналогичное уменьшение необходимого для полёта, например, к Марсу топлива, снижение общего веса корабля, а значит – снижение необходимой для его разгона силы тяги.

Заметим, ионные двигатели дают намного больший удельный импульс, но требуют мощного источника электрической энергии извне: или от чудовищно-гигантских солнечных панелей, или – от небольшой атомной электростанции на борту.

Позитронный же реактор энергетически вполне самодостаточен и технически сравнительно прост. И в этом его колоссальное преимущество перед ионниками.

К тому же, на данном принципе ничто не мешает создать мощный позитронный привод, способный вывести корабль на околоземную орбиту. А ионники на это неспособны, они хороши лишь для межпланетных перелётов.

Что до гипотетических маленьких капсул с ловушками для позитронов – такими вещами как раз и занимается сейчас компания из города Санта-Фе в штате Нью-Мексико.[/SPOILER]