World Is Not Enough (двигательная установка космического корабля) - World Is Not Enough (spacecraft propulsion)

В Мира мало (ВИНО) - это американский проект по разработке паровой двигатель система для двигательная установка космического корабля. WINE разработал метод извлечения летучих из льда, богатого льдом. реголит, и гидратированные почвы, и использует его в качестве парового двигателя, который позволяет космическому кораблю многократно дозаправляться топливом и имеет чрезвычайно долгий срок службы. Это позволит одному космическому кораблю посетить несколько астероиды, кометы или несколько посадочных мест в ледяном мире, таком как Луна, Марс, Плутон, Энцелад, Ганимед, Европа и т. д.

Системы сбора урожая и двигательные установки были успешно испытаны в декабре 2018 года на прототипе небольшого космического корабля в смоделированных условиях астероида. WINE - совместный проект Робототехника пчелы, то Университет Центральной Флориды, и Эмбри – Риддлский авиационный университет в штате Флорида.

Обзор

Изображение Луны, сделанное Картограф лунной минералогии. Синий показывает спектральную подпись воды.
Распределение водяного льда в верхнем метре марсианской поверхности для низких (вверху) и высоких (внизу) широт. Проценты получены путем стехиометрических расчетов на основе потоков надтепловых нейтронов. Эти потоки были обнаружены нейтронным спектрометром на борту космического корабля Mars Odyssey 2001 года.

ВИНО это совместный проект Робототехника пчелы, то Университет Центральной Флориды (UCF) и Эмбри – Риддлский авиационный университет (ERAU) во Флориде, чтобы облегчить использование ресурсов на месте (ISRU) воды как критически важная часть устойчивого и экономичного освоения космоса. [1][2][3][4][5] WINE был разработан ученым-планетологом Филипом Мецгером из Университета Центральной Флориды и Крисом Закни из Honeybee Robotics.[6][7]

Команда разработала и испытала прототип космического корабля, который собирает местный водяной лед «для вечного исследования космоса», используя пар в качестве двигателя.[8][9][10] В системе используется буровая установка для добычи и извлечения водяного льда с поверхности почвы (реголит ), очистите воду и нагрейте ее для использования в качестве сжатого пара для движения. Дозаправку можно повторять бесконечно в разных ледяных телах в пределах Солнечной системы или в нескольких местах посадки в ледяных мирах с низкой гравитацией, таких как Плутон, Энцелад, Европа и Луна.[11][12]

По состоянию на январь 2019 года разработку и тестирование финансирует НАСА. Исследование инноваций малого бизнеса программа (СИБИРЬ).[8][13][14]

Общее описание

Поперечное сечение подземный водный лед на Марсе экспонируется на крутом склоне, который кажется ярко-синим на этом улучшенном цветном изображении с ТОиР.[15] Ширина сцены составляет около 500 метров. Обрыв падает примерно на 128 метров от поверхности земли. Ледяные щиты простираются чуть ниже поверхности на глубину 100 метров и более.[16]

Компания Honeybee Robotics разрабатывает две версии водоуборочных комбайнов: «Система паука» предназначена для посадочных устройств, предназначенных для «ходьбы» или повторного взлета с использованием энергии пара, и PVEx для больших вездеходов, предназначенных для сбора и транспортировки воды для других целей. Добытая вода хранится в резервуаре, и ее можно использовать для паровой тяги или транспортировать в другое место для других целей.

В Система извлечения воды паук имеет несколько систем, интегрированных в опоры посадочного модуля космического корабля, чтобы обеспечить больший объем обработки и избыточность системы. Он может просверливать цементированные ледяные и минеральные композиты, которые могут быть твердыми, как бетон. Архитектура позволяет каждому сверлу также действовать как фиксирующая сила, когда они пробуют богатый водой материал.[7] Сохраненную воду можно нагреть до пара и использовать для перемещения ног посадочного модуля, как паук при ходьбе, или использовать ее в качестве реактивной тяги для полета к различным местам посадки или путешествия к нескольким ледяным телам.

В Планетарный экстрактор летучих веществ (PVEx) - вариант, который лучше всего устанавливать на большом вездеходе, оборудованном радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Он имеет двустенный керновой шнек с подогреваемой внутренней стенкой для извлечения летучих из льда, богатого льдом реголита и гидратированной почвы из ледяных тел.[5] Керновое бурение с двойными стенками проникает в ледяной материал и нагревает керн, богатый летучими веществами, в результате чего вода и другие летучие вещества превращаются в газ. Этот газ содержится в системе и попадает в холодную ловушку, где он конденсируется в твердое вещество и может быть перенесен в резервуар для хранения на другом автомобиле или складе. Система объединяет майнинг и добычу в один этап.[17][18] Он производит бурение на заданную глубину, берет образец керна 5 см (2,0 дюйма), нагревает его и улавливает летучие вещества в конденсаторе над поверхностью. По завершении извлечения пробоотборник убирается, а сухой керн реголита остается.

Тестирование

Первоначальные испытания в 2016 году проводились в известняке и глыбах льда для оценки механических характеристик системы. Вариант PVEx нацелился на глубину 50 см (20 дюймов) в известняк через 10 минут и на такой же глубине в ледяных глыбах с температурой −20 ° C (−4 ° F) за 7 минут. Первые тесты производительности в условиях космического аналога показали, что эффективность извлечения воды составила 87%, при этом потребляемая энергия извлечения 1,7 Вт · ч / г; необходимая мощность 60 Вт на 40 минут.[19][20] Для сбора 30 кг воды в день пробоотборнику PVEx потребуется два MMRTG генераторы.[19] Для более низких требований можно использовать солнечные батареи.

Позже в 2016 году команда экспериментировала с несколькими механизмами добычи полезных ископаемых, которые были адаптированы к меньшим размерам космического корабля WINE. Горные испытания извлекли воду из имитатор лунного реголита что содержало лед. Испытания также извлекали воду из имитатора реголита астероида, который был физически сухим (не содержал воды или льда), потому что он высвобождал воду, которая была заблокирована внутри кристаллической структуры его филлосиликатные минералы. Филлосиликаты широко распространены в углеродистые астероиды. Было обнаружено, что эта извлеченная астероидная вода содержит большое количество растворенного диоксида углерода, металлов и органических веществ из-за основного состава смоделированного астероида, но команда не сочла это препятствием для движения пара. Основываясь на результатах, они выбрали кернер PVEX для дополнительной разработки в интегрированном прототипе WINE.[4]

31 декабря 2018 года команда успешно протестировала интегрированный прототип.[9] в смоделированных космических условиях вакуума и низкой температуры во время сбора замороженной воды из смоделированного реголита астероида.[14] В течение нескольких минут космический корабль размером с микроволновую печь извлек воду из гидратированного искусственного реголита и взлетел в вакуумной камере с помощью паровых двигателей.[9][14][21][10]

Ожидается, что системные компоненты достигнут уровень технологической готовности 5 (TRL 5) в 2019 году.[7] Хотя исследование финансируется НАСА, эта система сбора воды доступна частным компаниям для использования ее на астероидах, кометах, Луне, Церере, Европе, Титане, Плутоне, полюсах Меркурия или везде, где есть вода и достаточно низко. сила тяжести.[22][17][14]

Мощность

Космический корабль использует развертываемые солнечные панели для выработки электроэнергии для добычи полезных ископаемых и производства пара, или он мог бы использовать радиоизотопные термоэлектрические генераторы (RTG), чтобы расширить потенциальную досягаемость этих планетарных прыгунов до Плутона и других мест, далеких от Солнца.[9] Вода нагревается и выходит в виде пара под давлением через форсунка производить толчок. В качестве альтернативы пар используется для инициирования механического движения в качестве паровой двигатель.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Мира недостаточно, демонстрирует будущее освоения космоса | Honeybee Robotics». Получено 2019-02-14.
  2. ^ Мецгер, Филип Т. (2016-04-08). Использование льда для движения на поверхности планеты: стратегическая технология, положившая начало космической промышленности (видео). Лондон, Великобритания: Королевское астрономическое общество.. Получено 2019-02-02.
  3. ^ Мецгер, Филипп (август 2016 г.). «Развитие космоса и космическая наука вместе, историческая возможность». Космическая политика. 37 (2): 77–91. arXiv:1609.00737. Bibcode:2016СпПол..37 ... 77М. Дои:10.1016 / j.spacepol.2016.08.004.
  4. ^ а б Закни, Крис; Мецгер, Филипп; Лучек, Кэтрин; Мантовани, Джеймс; Мюллер, Роберт; Весна, Джастин (2016). Мира мало (ВИНО): сбор местных ресурсов для вечного исследования космоса. AIAA Space 2016. Лонг-Бич, Калифорния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. Дои:10.2514/6.2016-5279.
  5. ^ а б Испытания экстрактора планетарных летучих веществ (PVEx). В. Вендиола; К. Закны; П. Моррисон; А. Ван; Б. Ягги; А. Хаттори; и А. Пас. 16-я проводимая раз в два года международная конференция по проектированию, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях. 2018. Издательство: Библиотека ASCE - Земля и космос.
  6. ^ Спектор, Брэндон (14 января 2019). «Космический корабль с паровой тягой может бесконечно путешествовать по космосу, не исчерпывая газа». NBC News.
  7. ^ а б c Система извлечения воды паук. Робототехника Honeybee. 2018.
  8. ^ а б Лаборатория инженерной физики Стенд для испытания двигателей - TTS. Патрик Карриер, Сергей Дракунов, Анкит Рухаяр, Коллин Топольски, Франсиско Пастрана, Патрик Серафин, Диего Гонсалес, Фердинанд Будро, Джеймс Корнетт, Кристина Кор, Джон-Джуд Макалит, Джонатон Надо и Ник Камбрия. Эмбри – Риддлский авиационный университет (ERAU), Флорида. 2018.
  9. ^ а б c d Прототип парового космического корабля теоретически может исследовать небесные объекты "вечно".. 11 января 2019 г., Зенаида Гонсалес Котала, пресс-релиз Университета Центральной Флориды.
  10. ^ а б Космические зонды с паровым двигателем вскоре могут заправляться на астероидах. Джейми Зайдель, News Corp Australia Network. 11 января 2019.
  11. ^ Мецгер, Филипп; Закни, Крис; Лучек, Кэтрин; Хедлунд, Магнус (2016). Рамеш Б. Малла; Хуан Х. Аги; Пол Дж. Ван Сусанте (ред.). Анализ теплового / водного движения для кубесатов, дозаправляющихся в космосе. 15-я проводимая раз в два года конференция ASCE по проектированию, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях. Орландо, Флорида: Американское общество инженеров-строителей (ASCE). С. 461–471. Дои:10.1061/9780784479971.044.
  12. ^ Дормини, Брюс (2019-01-15). «Паровоз для астероидов предлагает революционно новый способ исследования нашей Солнечной системы». Forbes.
  13. ^ NASA STTR 2015 Solicitation, 15-2 T4.02-9942, Форма B (Отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). 2015 г.. Получено 2019-02-02.
  14. ^ а б c d Космические корабли с паровым двигателем, поддерживаемые НАСА, могут исследовать астероиды. Аманда Кузер, CNET. 10 января 2019.
  15. ^ Крутые склоны на Марсе показывают структуру погребенного льда. Пресс-релиз НАСА. 11 января 2018.
  16. ^ Открытые подземные ледяные щиты в средних широтах Марса. Колин М. Дандас и др. Наука, 12 января 2018 г. Т. 359, Issue 6372, pp. 199–201. Дои:10.1126 / science.aao1619
  17. ^ а б Планетарный экстрактор летучих веществ. Робототехника пчелы. Доступ 12 января 2019 г.
  18. ^ Мецгер, Филип (2018). Рамеш Б. Малла; Роберт К. Голдберг; Алайна Дикасон Робертс (ред.). Моделирование термического извлечения водяного льда из реголита.. 16-я проводимая раз в два года конференция ASCE по проектированию, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях. Кливленд, Огайо: Американское общество инженеров-строителей (ASCE). С. 481–489. Дои:10.1061/9780784481899.046. ISBN  9780784481899.
  19. ^ а б Экстрактор планетарных летучих веществ (PVEx) для использования ресурсов на месте (ISRU). (PDF) Крис Закни, Стивен Индик, Honeybee Robotics, Кэтрин Лючек, Аарон Паз. Группа анализа исследования Луны (LEAG), Колумбия, Мэриленд. 1-3 ноября 2016 г.
  20. ^ Экстрактор планетарных летучих веществ (PVEx) для использования ресурсов на месте (ISRU) на Луне. (PDF) К. Закны, С. Индык, К. Лучек, А. Пас. Робототехника пчелы. Ежегодное собрание Группы анализа исследований Луны (2016 г.)
  21. ^ Посмотрите на паровой зонд, который может вечно исследовать космос. Теходом. 11 января 2019.
  22. ^ Паркс, Джейк (2019-02-01). «Исследователи разрабатывают космический корабль с паровой тягой, который может прыгать между астероидами». Журнал Astronomy. Получено 2019-02-02.