Предыдущая публикация
Европейский посадочный модуль может доставить ледяной керн за малую часть стоимости Europa Clipper
Стоимость является основным движущим фактором в разработке миссий по исследованию космоса. Любая новая технология или трюк, которые могут снизить стоимость миссии, делают ее гораздо более привлекательной для планировщиков миссий. Поэтому большая часть исследований NASA направлена на те технологии, которые позволяют проводить более дешевые миссии.Изображение архитектуры миссии NIMPH. Автор: Майкл ВанВорком
---------------
Например, несколько лет назад Институт перспективных концепций (NIAC) NASA поддержал проект Майкла ВанВоркома из ExoTerra Resource по разработке миссии спускаемого аппарата, которая могла бы обеспечить возврат образца с Европы. Давайте рассмотрим, что отличало эту миссию от других архитектур миссий Европы.
Миссия Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) опирается на три основных достижения для одного существенного результата: 10-кратное снижение общей стоимости миссии. Это снижение стоимости в основном обусловлено одним фактом — вес миссии упал ниже порогового значения, при котором ее можно запустить с помощью Atlas V, а не SLS, как это потребовалось бы для аналогичных миссий.
Стоимость миссии для запускаемого SLS посадочного модуля Europa оценивалась примерно в 5 миллиардов долларов, что делает ее непозволительно дорогой для NASA или любого другого агентства без существенных жертв для других миссий. ExoTerra оценивает, что, используя несколько технологий снижения веса, они могли бы снизить цену миссии до 500 миллионов долларов — гораздо более разумная сумма, чтобы получить поддержку от одной из правительственных космических программ.
https://youtu.be/C1OpfuE6brk
---------------
Например, несколько лет назад Институт перспективных концепций (NIAC) NASA поддержал проект Майкла ВанВоркома из ExoTerra Resource по разработке миссии спускаемого аппарата, которая могла бы обеспечить возврат образца с Европы. Давайте рассмотрим, что отличало эту миссию от других архитектур миссий Европы.
Миссия Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) опирается на три основных достижения для одного существенного результата: 10-кратное снижение общей стоимости миссии. Это снижение стоимости в основном обусловлено одним фактом — вес миссии упал ниже порогового значения, при котором ее можно запустить с помощью Atlas V, а не SLS, как это потребовалось бы для аналогичных миссий.
Стоимость миссии для запускаемого SLS посадочного модуля Europa оценивалась примерно в 5 миллиардов долларов, что делает ее непозволительно дорогой для NASA или любого другого агентства без существенных жертв для других миссий. ExoTerra оценивает, что, используя несколько технологий снижения веса, они могли бы снизить цену миссии до 500 миллионов долларов — гораздо более разумная сумма, чтобы получить поддержку от одной из правительственных космических программ.
https://youtu.be/C1OpfuE6brk
01:29
Видео с описанием концепции миссии. Кредит: NASA 360 YouTube Channel
--------------
Три различные технологии позволят снизить этот вес и стоимость. Первой будет система солнечной электрической тяги (SEP), изначально разработанная для использования на DART. Второй будет система микроресурсного использования на месте (µISRU), а третьей будет система передачи энергии между посадочным модулем и орбитальным аппаратом.
Давайте сначала рассмотрим общую архитектуру миссии, чтобы понять, какой вклад вносит каждая. В NIMPH комбинированный орбитальный посадочный модуль будет использовать ракету Atlas V для выхода на околоземную орбиту. Затем, солнечная электрическая двигательная установка (SEP) была изначально разработана для использования в тесте перенаправления астероида DART.
Хотя он не использовался во время миссии DART, ионный двигатель NEXT был частью запущенного космического корабля, и, несмотря на некоторые технические проблемы, он мог бы позволить космическому кораблю достичь пункта назначения. Похожая, легкая система SEP могла бы доставить NIMPH в систему Юпитера, но она также могла бы доставить образец обратно на Землю после того, как его заберет посадочный модуль.
То, как посадочный модуль может вернуть этот образец с ледяной луны, является фокусом следующего крупного технологического шага — системы µISRU. Архитектура NIMPH потребует использования местного льда в качестве топлива. Посадочный модуль будет буквально сублимировать лед под ногами, всасывать образующийся водяной пар, электролизовать его, чтобы разделить на кислород и водород, а затем сжижать его, чтобы сохранить для использования при доставке образца ледяного керна весом 1 кг обратно на орбиту.
Однако для всего этого требуется энергия, а посадочный модуль с радиоизотопным термальным генератором или аналогичной широко используемой системой генерации энергии будет непомерно тяжелым. Так почему бы не использовать массивную солнечную батарею, необходимую для системы SEP, и не направить часть этой энергии на посадочный модуль? Это концепция, лежащая в основе системы передачи энергии, которая, по оценкам, будет производить около 2 кВт энергии в системе Юпитера, около 1,8 кВт из которых можно было бы направить непосредственно на посадочный модуль.
После того, как ядро было собрано и безопасно запущено обратно в космос с помощью специально разработанного двигателя LOx-LH2, который использует воду, собранную системой µISRU, посадочный модуль встречается с орбитальным аппаратом. Система SEP включается снова и возвращает посадочный модуль на околоземную орбиту, где он снова отделяется и возвращается на поверхность Земли внутри стандартного возвращаемого модуля.
Во всей архитектуре миссии есть некоторые нюансы. Например, система SEP не будет работать на полную мощность в системе Юпитера, поэтому для маневрирования орбитального аппарата в нужном положении требуется гораздо меньшая двигательная установка LOx/метана. Кроме того, посадочному модулю, скорее всего, придется оставить свои опоры в европейском льду, поскольку процесс сублимации, который он использует для сбора топлива, скорее всего, закрепит их на месте.
Множество разработок по всем этим системам должны быть завершены, прежде чем любая такая миссия будет готова к запуску. И, скорее всего, часть потребности в научном понимании будет удовлетворена миссией Europa Clipper, запуск которой запланирован на конец этого года за 4,25 млрд долларов — не так уж и далеко от 10-кратных расходов, которые были первоначальным стимулом для более эффективной конструкции миссии NIMPH.
И хотя NIMPH получил грант NIAC II фазы, насколько нам известно, он не был выбран для дальнейшей разработки. Так что на данный момент эта новая комбинация технологий экономии массы не доставит ледяной образец Европы в ближайшее время, но, возможно, когда-нибудь это произойдет.
--------------
Три различные технологии позволят снизить этот вес и стоимость. Первой будет система солнечной электрической тяги (SEP), изначально разработанная для использования на DART. Второй будет система микроресурсного использования на месте (µISRU), а третьей будет система передачи энергии между посадочным модулем и орбитальным аппаратом.
Давайте сначала рассмотрим общую архитектуру миссии, чтобы понять, какой вклад вносит каждая. В NIMPH комбинированный орбитальный посадочный модуль будет использовать ракету Atlas V для выхода на околоземную орбиту. Затем, солнечная электрическая двигательная установка (SEP) была изначально разработана для использования в тесте перенаправления астероида DART.
Хотя он не использовался во время миссии DART, ионный двигатель NEXT был частью запущенного космического корабля, и, несмотря на некоторые технические проблемы, он мог бы позволить космическому кораблю достичь пункта назначения. Похожая, легкая система SEP могла бы доставить NIMPH в систему Юпитера, но она также могла бы доставить образец обратно на Землю после того, как его заберет посадочный модуль.
То, как посадочный модуль может вернуть этот образец с ледяной луны, является фокусом следующего крупного технологического шага — системы µISRU. Архитектура NIMPH потребует использования местного льда в качестве топлива. Посадочный модуль будет буквально сублимировать лед под ногами, всасывать образующийся водяной пар, электролизовать его, чтобы разделить на кислород и водород, а затем сжижать его, чтобы сохранить для использования при доставке образца ледяного керна весом 1 кг обратно на орбиту.
Однако для всего этого требуется энергия, а посадочный модуль с радиоизотопным термальным генератором или аналогичной широко используемой системой генерации энергии будет непомерно тяжелым. Так почему бы не использовать массивную солнечную батарею, необходимую для системы SEP, и не направить часть этой энергии на посадочный модуль? Это концепция, лежащая в основе системы передачи энергии, которая, по оценкам, будет производить около 2 кВт энергии в системе Юпитера, около 1,8 кВт из которых можно было бы направить непосредственно на посадочный модуль.
После того, как ядро было собрано и безопасно запущено обратно в космос с помощью специально разработанного двигателя LOx-LH2, который использует воду, собранную системой µISRU, посадочный модуль встречается с орбитальным аппаратом. Система SEP включается снова и возвращает посадочный модуль на околоземную орбиту, где он снова отделяется и возвращается на поверхность Земли внутри стандартного возвращаемого модуля.
Во всей архитектуре миссии есть некоторые нюансы. Например, система SEP не будет работать на полную мощность в системе Юпитера, поэтому для маневрирования орбитального аппарата в нужном положении требуется гораздо меньшая двигательная установка LOx/метана. Кроме того, посадочному модулю, скорее всего, придется оставить свои опоры в европейском льду, поскольку процесс сублимации, который он использует для сбора топлива, скорее всего, закрепит их на месте.
Множество разработок по всем этим системам должны быть завершены, прежде чем любая такая миссия будет готова к запуску. И, скорее всего, часть потребности в научном понимании будет удовлетворена миссией Europa Clipper, запуск которой запланирован на конец этого года за 4,25 млрд долларов — не так уж и далеко от 10-кратных расходов, которые были первоначальным стимулом для более эффективной конструкции миссии NIMPH.
И хотя NIMPH получил грант NIAC II фазы, насколько нам известно, он не был выбран для дальнейшей разработки. Так что на данный момент эта новая комбинация технологий экономии массы не доставит ледяной образец Европы в ближайшее время, но, возможно, когда-нибудь это произойдет.
Следующая публикация
Нет комментариев