|
Доставка полезных грузов на Марс
|
|
|
|
В рамках своей программы "С Луны на Марс" НАСА планирует отправить первые миссии с экипажами на Марс к концу следующего десятилетия. Для реализации этого смелого замысла агентство изучает передовые технологии в рамках многочисленных программ. Это включает в себя передовые двигательные технологии, которые сократят время полета на Марс, тем самым ограничивая воздействие на астронавтов условий микрогравитации и космической радиации. Другие рассматриваемые технологии включают методы удаления отходов, рекультивации воды, обеспечения здоровья и безопасности экипажа и самообеспечения ресурсами.
|
|
|
|
НАСА также работает над разработкой ключевых технологий, которые позволят осуществлять недорогостоящие исследовательские миссии на Марс и по всей Солнечной системе. Это включает в себя то, что считается наиболее важной технологией: субкваттные электрические двигательные установки для небольших космических аппаратов весом 500 кг (1100 фунтов) или менее. В документе, представленном на 56-ю конференцию по лунным и планетарным наукам (2025 LPSC), команда исследователей НАСА предлагает новую инициативу: коммерческий двигатель Hall Propulsion for Mars Payload Services (CHAMPS).
|
|
|
|
Исследование было проведено исследователями НАСА Габриэлем Ф. Бенавидесом, Стивеном Р. Олесоном и Аленом С. Дж. Хайатом. Бенавидес - инженер по космическим электрическим двигателям в Исследовательском центре НАСА имени Гленна (GRC), а Ален С. Дж. Хайат - научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Стивен Р. Олесон (Steven R. Oleson) - руководитель группы разработчиков компактных реакторов деления в Лос-Аламосской национальной лаборатории и руководитель группы Compass в NASA GRC. Эта совместная инженерная группа занимается анализом интегрированных систем транспортных средств.
|
|
|
|
|
|
|
Технологический пробел
|
|
|
|
Как они указывают, их работа основана на предыдущих работах, таких как Планетарные научные исследования в глубоком космосе с помощью малых спутников (PSDS3) и программа малых инновационных миссий по исследованию планет (SIMPLEx). Эти исследования показали важность маломощных, высокопроизводительных электростатических двигателей на эффекте Холла (HET) с оптимизированным магнитным экранированием. Эти двигательные установки используют солнечную энергию (или другой источник энергии) для ионизации инертного газа-топлива (например, ксенона), который направляется магнитными полями для создания тяги.
|
|
|
|
Согласно программе Artemis, эти системы выведут первые два элемента Lunar Gateway — энергетический и двигательный элемент (PPE) и аванпост для жилья и материально—технического обеспечения (HALO) - на предполагаемую орбиту вокруг Луны. В ходе этой миссии, которая в настоящее время запланирована на 2027 год, оба элемента будут запущены ракетой Falcon Heavy с Земли на лунную орбиту. Оказавшись там, модули PPE и HALO будут использовать свои мощные солнечно-электрические двигательные установки (SEP) для выхода на околопрямолинейную орбиту halo (NRHO).
|
|
|
|
К сожалению, в этой области существует технологический пробел, поэтому в 2017 году НАСА запустило проект по созданию электрической тяги для малых космических аппаратов (SSEP). Эта программа направлена на разработку миниатюрных версий самых передовых солнечных электрических силовых установок НАСА (SEP) большой мощности. Аппарат NASA H71M является современным примером миниатюрного высокопроизводительного SEP. При прогнозируемом расходе топлива более 140 кг (310 фунтов) эта система генерирует мощность, достаточную для приведения в движение космического аппарата весом 450 кг (990 фунтов).
|
|
|
|
НАСА начало сотрудничать и лицензировать H71M с коммерческими партнерами, чтобы обеспечить доступность системы для будущих полетов малых космических аппаратов. Это побудило Олесона и команду Compass разработать концепцию CHAMPS для потенциальных миссий на Марс. В этом исследовании предполагается, что космический аппарат будет использовать коммерческую версию системы H71M—NGHT-1X, разработанную компанией Northrop Grumman. Эти миссии будут основываться на более частых и недорогостоящих запусках, а не на прямой доставке на орбиту Марса.
|
|
|
|
Концепция миссии
|
|
|
|
Одной из самых больших проблем при организации недорогостоящих научных миссий с использованием небольших космических аппаратов является определение и удержание конкретной возможности запуска на Марс. Запуск в качестве основной полезной нагрузки является потенциально дорогостоящим, в то время как запуск в качестве дополнительной полезной нагрузки может вызвать осложнения, поскольку потребности в основной полезной нагрузке определяют дату запуска и траекторию. Более того, перенос на альтернативную дату запуска не всегда возможен. Архитектура CHAMPS решает эту проблему, выбирая дополнительный запуск полезной нагрузки в рамках миссии CLPS.
|
|
|
|
Ожидается, что в ближайшие годы эти миссии будут регулярно доставлять полезные грузы на Луну. Траектория запуска хорошо изучена, и, вероятно, будет много альтернативных возможностей для запуска. Миссия выполнит проверку приборов, наблюдая за Луной и выполняя гравитационный маневр для увеличения скорости. Этот маневр позволит миссии временно войти в состав NHRO вокруг Луны до тех пор, пока не произойдет благоприятное выравнивание между Землей и Марсом.
|
|
|
|
Первый маневр с малой тягой продлится около трех месяцев, за ним последует четырехмесячный маршевый этап и еще один семимесячный маневр с малой тягой. Как только космический аппарат достигнет Марса, он выйдет на орбиту в 15 км (9,32 мили) над поверхностью, где каждые пять солнц (5,137 земных суток) он будет полностью охватывать экватор. Тем временем он будет выполнять второстепенные научные задачи, изучая Деймос, меньший из двух спутников Марса. Через два года космический аппарат поднимется на аэросинхронную орбиту — на высоту 17 км (10,5 миль) над поверхностью.
|
|
|
|
Это позволит осуществлять непрерывный мониторинг атмосферы над важнейшими объектами на поверхности, одновременно выполняя функцию ретранслятора данных для наземных миссий.
|
|
Приборы и цели
|
|
|
|
Миссия CHAMPS проведет множество научных исследований с использованием различных приборов. Согласно их статье, это будет включать в себя визуализатор в видимом/ультрафиолетовом диапазоне, такой как Mars Color Imager (MARCI), используемый Mars Climate Orbiter (MCO) и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Он также будет оснащен тепловым инфракрасным (TIR) радиометром, сравнимым с климатическим зондом mini-Mars Climate Sounder (MCS), используемым орбитальным аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), и спектрометром ближнего инфракрасного диапазона (NIR), подобным прибору Argus, используемому для проведения атмосферных исследований здесь, на Земле.
|
|
|
|
Используя эти приборы, миссия CHAMPS измерит трехмерную структуру атмосферы, чтобы определить ее давление, температуру, распределение аэрозоля, водяного пара и содержание озона. Он также будет отслеживать поведение и эволюцию марсианской пыли и облаков водяного льда, чтобы узнать больше о погодных условиях на планете и сезонных пылевых бурях. В-третьих, он будет измерять состояние плазмы и структуру магнитного поля вокруг Марса, а также то, как оно взаимодействует с экстремальным ультрафиолетовым излучением Солнца.
|
|
|
|
Эти исследования позволят ученым изучить ключевые научные вопросы о марсианском климате, включая взаимодействие и перенос летучих веществ между поверхностью и атмосферой, то, как нижние и средние слои атмосферы реагируют на солнечное нагревание в региональном и глобальном масштабе, а также на ежедневной и сезонной основе, как происходит взаимодействие между различными уровнями атмосферы и т.д. как космическая погода влияет на атмосферу.
|
|
|
|
Команда также отмечает, что их предложение согласуется с инициативой 1 плана Программы исследования Марса НАСА (MEP), который гласит:
|
|
|
|
"Создайте регулярный набор научно обоснованных и недорогостоящих миссий в качестве нового элемента портфолио MEP, чтобы обеспечить быстрое и гибкое реагирование на открытия, решить множество нерешенных вопросов о Марсе и обеспечить более активное участие разнообразного научного сообщества Марса".
|
|
|
|
Источник
|
