|
Складные солнечные паруса могут помочь
|
|
|
|
Примеры использования интеллектуальных материалов в космических исследованиях появляются повсеместно. Они используются во всем - от установки антенн на спутниках до деформации и переоборудования марсоходов.
|
|
|
|
Одна из последних идей заключается в том, чтобы использовать их для преобразования солнечных парусов, которые в первую очередь можно было бы использовать в качестве двигательной установки для миссии, в теплозащитный экран, когда эта миссия достигнет своего конечного пункта назначения. В новой статье Джозефа Иварсона и Давиде Гуццетти, сотрудников факультета аэрокосмической инженерии Обернского университета, опубликованной в журнале Acta Astronautica, описывается, как эта идея может работать, и перечисляются некоторые потенциальные приложения для исследования различных частей Солнечной системы.
|
|
|
|
Концепция, которую они называют Shape Shifting Sailer (3S), проста — это тонкий лист материала, который действует как солнечный парус на протяжении большей части пути судна к месту назначения. Как только он достигнет пункта назначения, измените ориентацию листа таким образом, чтобы он мог выступать в качестве теплозащитного экрана и тормозного устройства для зонда, входящего в атмосферу целевой планеты или выполняющего аэробное торможение на своей орбите.
|
|
|
|
Этот переключатель может быть таким же простым, как набор шарниров из сплава с памятью формы (SMA), которые придают обычно плоскому солнечному парусу форму конуса или экрана, чтобы уменьшить сопротивление, которое замедлило бы движение зонда, а также для отвода части тепла от него самого, по сути, действуя как— по общему признанию, теплозащитный экран эффективен лишь частично.
|
|
|
|
|
|
|
Однако, прежде чем приступить к созданию такой системы, инженеры сделали то, что сделали бы все хорошие инженеры — сначала они смоделировали систему. В данном случае они разделили свою работу по моделированию на два разных этапа — исследование "пространства проектирования" и технико-экономическое обоснование.
|
|
|
|
На инженерном языке "проектное пространство" не имеет ничего общего с космосом — это термин, обозначающий попытку охватить все различные факторы, которые могут повлиять на данный показатель, такие как вес или максимальная температура, с которыми столкнется зонд, входящий в атмосферу Марса. Варьируя эти факторы в процессе моделирования, инженеры могут получить представление о наиболее важных конструктивных решениях, которые им предстоит принять, особенно в отношении таких компромиссов, как снижение веса паруса или повышение его теплозащитного эффекта.
|
|
|
|
В своей статье авторы рассмотрели конкретные примеры для пяти потенциальных планет—мишеней - Земли, Марса, Титана, Урана и Нептуна. Затем они обратились к полуавтономному алгоритму, известному как генетический алгоритм, который оптимизировал соотношение максимальной температуры паруса и его максимального давления. Они обнаружили, что эти два показателя противоречат друг другу, поскольку физические формы, которые минимизируют одну из этих двух характеристик, как правило, максимизируют другую.
|
|
|
|
Чтобы минимизировать давление, лучше всего иметь форму листа — большая площадь поверхности, но очень малый вес, тогда как для минимизации температуры лучше всего иметь форму пушечного ядра — очень маленького, толстого и плотного, что обычно подразумевает высокую тепловую инерцию, то есть общее количество тепла, выделяемое листом. материал можно взять.
|
|
|
|
На следующем этапе своего исследования они открыли потенциальные траектории полета в атмосферу и на орбиту вокруг различных изучаемых миров. Они обнаружили, что вблизи Земли этот материал может, по крайней мере, в некоторой степени снизить общую тепловую нагрузку, снизив пиковую скорость нагрева на 20-25%, но только в том случае, если парус будет сброшен во время возвращения. Марс был наилучшим вариантом для использования идеи 3S, поскольку он показал — опять же, во время сценария выброса за борт — что нагрев входящего зонда может быть уменьшен на целых 40%.
|
|
|
|
К сожалению, для Титана, Урана и Нептуна результаты были не столь впечатляющими. На газовых гигантах использование этой системы вообще оказалось неосуществимым, поскольку скорости входа в атмосферу, необходимые для аэробного торможения, были слишком высокими и привели бы к сжиганию любого материала, который потенциально можно было бы произвести в ближайшем будущем. На Титане система 3S была бы осуществима, но для ее эффективности потребовалось бы примерно столько же массы паруса, сколько полезной нагрузки. Учитывая, что доставка массы на Титан сама по себе является дорогостоящей, кажется маловероятным, что эта идея будет реализована — или осуществится на практике, если уж на то пошло.
|
|
|
|
Но даже если эта идея применима только к исследованию Марса, она будет в центре внимания многих будущих миссий, поскольку НАСА продолжит свой путь от Луны к Марсу. Учитывая многообещающие результаты моделирования, приведенные в статье, возможно, стоит потратить немного денег на разработку прототипа системы 3S, чтобы посмотреть, есть ли какие-либо недостатки в плане. Но, учитывая текущее состояние финансирования космических исследований, с этим, возможно, придется подождать еще некоторое время.
|
|
|
|
Источник
|
