Kā Marsa paraugu atgriešanas misija var kļūt elektriska

Marsa parauga atgriešanās kāpums

Mākslinieka skatījums uz Marsa paraugu atgriešanās (MSR) pacelšanās moduli, kas paceļas no Marsa virsmas ar Marsa augsnes paraugiem. (Attēla kredīts: ESA)





Lai atrisinātu dzīves noslēpumu uz Marsa, robotiem ir jāsavāc Marsa paraugi, lai atgrieztos uz Zemes - šī misija var nākt ar astronomisko cenu zīmi no 5 līdz 10 miljardiem ASV dolāru. Šis turp un atpakaļ ceļojums uz Sarkano planētu varētu kļūt lētāks, izmantojot elektrisko dzinēju.

Marsa paraugu atgriešanas (MSR) misijai būtu nepieciešami jaudīgi elektriskie dzinēji un efektīvi saules paneļi, kas pašlaik tiek izstrādāti visā pasaulē vai pat jau pastāv. Šāda tehnoloģija ļautu Marsa misijai atvieglot tradicionālo raķešu un kosmosa kuģu pārvadātā ķīmiskā propelenta slodzi - un tas ir sasniedzams misijai, lai nākamajā desmitgadē vai divās mēģinātu atgūt Marsa iežus un augsni.

'Izredzes iegūt uzticamu tehnoloģiju MSR laikā pēc 2020. gada šķiet labas,' sacīja Vācijas Aviācijas un kosmosa centra (DLR) fiziķis Volfgangs Seboldts.



Elektriskā piedziņa varētu arī paātrināt turp un atpakaļ uz Marsu. Kopējais misijas laiks varētu izrādīties īpaši noderīgs jebkādām iespējamām cilvēku misijām uz Marsu, jo pastāv risks, ka, piemēram, augstas enerģijas kosmiskie stari ceļojuma laikā rada astronautus. [Visu laiku drosmīgākās Marsa misijas]

Saules gaismas spēka izmantošana

Lielākā daļa kosmosa misiju sadedzina ķīmiskos propelentus, lai iegūtu lielu stimulu priekšā, kas ilgst tik ilgi, kamēr tiek piegādāts propelents. Šāda ķīmiska piedziņa ir ļāvusi milzīgajām Apollo raķetēm un kosmosa kuģu flotei izbēgt no Zemes gravitācijas un nokļūt orbītā, un tas kalpotu līdzīgam mērķim jebkuru misija uz Marsu .



Marsa misija varētu pāriet uz elektriskās piedziņas izmantošanu, tiklīdz tā sasniegs Zemes orbītu un sāks ceļu uz Marsu, sacīja Seboldts. Tas sāktos lēnām, pārvēršot ksenona gāzes propelentu plūsmā elektriski uzlādētas jonu daļiņas , bet laika gaitā palieliniet ātrumu līdz ar praktiski neierobežotu elektroenerģijas piegādi no saules paneļiem.

Marsa orbītas kosmosa kuģis varētu lidot ar Marsa turp un atpakaļ lētāk un vismaz tikpat ātri kā tradicionālās ķīmiskās piedziņas misijas (ja ne ātrāk), pat ja tam ir jānes lielo saules paneļu pievienotā masa. 'Propelenta masas ietaupījums pārmērīgi kompensē masas pieaugumu no lielajiem saules blokiem,' paskaidroja Seboldts. [ Nosēšanās uz Marsa: cik mēs esam labāki? (Video) ]

ŠIS



EKA Aurora programmas mērķis ir sagatavot Eiropu uzņemties galveno lomu turpmākajā Marsa izpētē ar cilvēkiem un Saules sistēmas izpētē.(Attēla kredīts: ESA / P. Carril)

Ceļojuma uz Marsu plānošana

Parastais misijas scenārijs ietver divus kosmosa kuģus, kas palaisti atsevišķi no Zemes - orbītas un nosēšanās. Lidmašīna nolaižas uz Sarkanās planētas, lai savākt paraugus . Pēc tam pacelšanās transportlīdzeklis ar paraugiem paceltos no Marsa virsmas, izmantojot tradicionālos ķīmiskos propelenti, lai tas varētu atgriezties orbītā atpakaļceļam uz Zemi.

Parastā misijas scenārija hibrīda versija ietver orbītu, izmantojot elektrisko dzinēju. Izvērstā scenārijā nolaišanās lidmašīna pat varētu braukt ar elektrisko orbītu, cūciņas muguras stilā, lai sasniegtu sarkano planētu.

Mazāka propelenta slodze nozīmētu, ka elektriskais Marsa orbiters parastajā scenārijā varētu palaist no Zemes uz vidējas raķetes, piemēram, Sojuz-Fregat, nevis smago raķeti Ariane 5 ECA. Kailākā kaula misijas scenārijā varētu izmantot arī 20 kilovatu saules bloku ar jaudas prasībām, kas līdzīgas sakaru satelītu prasībām ģeostacionārajā orbītā virs Zemes.

Saules elektroenerģijas risks

Bet Seboldts un viņa kolēģis Uve Dercs arī savā priekšlikumā norādīja uz dažiem riskiem un nezināmiem jautājumiem, kas sīki izklāstīti žurnāla Acta Astronautica augusta-septembra numurā. Piemēram, viņu rakstā tika aplūkots tikai ierobežots skaits palaišanas logu ap 2020.

Elektriskās Marsa misijas izmaksas ir atkarīgas no vilces sistēmas izmaksām un no tā, vai tā ir dārgāka par iespējamo palaišanas izmaksu ietaupījumu. Tas lielā mērā ir atkarīgs no tā, vai citu kosmosa kuģu detaļas var izmantot atkārtoti, piemēram, Eiropas līdzīgā BepiColombo misija Mercury, kas plānota 2015.

Dažiem kosmosa aģentūru misiju plānotājiem ir arī bažas par elektriskās piedziņas tehnoloģijas uzticamību un kalpošanas laiku, norāda Seboldts. Turklāt saules bloki saskaras ar iespējamiem saules kosmisko staru bojājumiem, kas apdraud arī orbītā esošos satelītus un Starptautisko kosmosa staciju.

Virzās uz priekšu

Tomēr pēdējos gados saules elektriskās piedziņas tehnoloģija ir guvusi impulsu. ASV aviācijas un kosmosa gigants 'Boeing' plāno izmantot šādu vilces spēku vairākos savos ģeostacionārajos satelītos - gan pārvietošanai ģeostacionārā orbītā, gan orbītas uzturēšanai - tirgus atvēršanai un tehnoloģiju attīstībai visos kosmosa kuģos un satelītos.

Eiropas Kosmosa aģentūra plāno izveidot saules blokus, kas nodrošina līdz 30 kilovatu jaudas un vilces sistēmas, kas darbojas 20 kilovatu diapazonā pēc 2020. gada laika. Tikmēr testi uz satelītiem un kosmosa stacijā varētu veicināt uzticību tehnoloģijai.

'Iespējams, ka Starptautiskā kosmosa stacija varētu būt laba vieta, lai pārbaudītu jaunizveidotos dzinējus ekstremālos kosmosa apstākļos,' sacīja Seboldts. 'Jāizpēta arī barošanas avots ar lieliem izvietojamiem, viegliem un efektīviem saules blokiem.'

Nesenā Maskavas konferencē tika nosaukta ceturtā Krievijas un Vācijas konference par elektriskajiem dzinējiem un to pielietojumu 2012: elektriskie dzinēji. New Challenges ”uzsvēra Marsa paraugu atgriešanas misiju, izmantojot saules elektrisko dzinēju, kā ļoti daudzsološu.

Ja optimisms izrādīsies patiess, saules elektriskā piedziņa varētu darīt vairāk, nekā palīdzēt izgaismot dzīvi uz Marsa - tā varētu arī virzīt cilvēku misijas uz Sarkano planētu vai ārpus tās.

Šo stāstu nodrošināja Žurnāls Astrobioloģija , tīmekļa publikācija, kuru sponsorē NASA astrobioloģijas programma .