П И Л О

ПИЛОТИРУЕМЫЕ
КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
бюллетень новостей
и аналитических материалов
Выпуск № 35
2014 г.
Содержание
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
Лазерная связь для полётов в дальний космос ………………............................................2
НАСА финансирует 12 футуристических концепций ………………….………...............5
Как захватить астероид и поместить его ближе к Земле ..................................................11
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
Лазерная связь для полётов в дальний космос
С самого начала космической эры, исследовательские аппараты НАСА передавали большие
объёмы данных на Землю с помощью
радиосвязи. Однако в ближайшее время
ситуация может измениться.
НАСА интенсивно работает над
созданием средств космической связи на
основе лазеров, которые являются ключом
к обеспечению быстрой и надёжной
передачи информации от космических
аппаратов, находящихся в различных
областях Солнечной системы.
Разрабатываемый НАСА лунный аппарат LADEE,
использующий лазерную технику для связи с Землёй
Из-за того, что решение задач будущих экспедиций вызывает потребность в передаче всё
больших объёмов данных, превышающих возможности радиосвязи, понадобится переход на
высокоскоростную оптическую связь. Этот вывод приведён в пояснительной записке к
экспериментальному полёту LCRD (Laser Communications Relay Demonstration mission Демонстрационный проект трансляции с помощью лазерной связи), который намечен на декабрь
2017 года. [Видео: Как осуществляется связь с дальним космосом].
Аппарат LCRD будет запущен на геостационарную орбиту в качестве дополнительного
полезного груза на коммерческом спутнике связи, созданном компанией Space Systems/Loral.
Два оптических модуля в составе экспериментального оборудования будут использовать лазеры
для передачи информации на две наземные станции (расположены в Калифорнии и НьюМексико) со скоростью до 1,25 гигабайт в секунду. Эксперимент LCRD будет проводиться не
менее чем два года с целью демонстрации долгосрочной эффективности системы космической
лазерной связи.
В проекте LCRD будут использоваться преимущества технологии, которая уже показала свои
возможности в космосе. Проект во многом использует опыт проведения демонстрационного
эксперимента по лунной лазерной связи (Lunar Laser Communications Demonstration – LLCD),
который в сентябре 2013 года был запущен на Луну с борта созданного НАСА космического
аппарата Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE).
2
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 35-2014
Проект LLCD является первым шагом НАСА на пути создания высокопроизводительной системы
лазерной связи. Космический терминал LLCD, находящийся на борту лунного аппарата LADEE
(Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), продемонстрирует лазерную связь с
окололунной орбиты с Землёй со скоростью передачи данных в 6 раз большей, чем самых
современных радиосвязных систем.
Схема использования аппарата LLCD
LLCD уже установил рекорд, используя импульсный лазерный луч для передачи данных с
лунной орбиты на Землю (384 400 км) со скоростью 622 мегабит в секунду. Предыдущий рекорд
по передаче данных с Луны составил 150 мегабит в секунду и был достигнут автоматической
межпланетной станцией НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).
Система LLCD демонстрирует более высокую скорость передачи информации, чем радиосвязь,
используемая LRO и другими космическими аппаратами, имея при этом значительно меньшую
массу и энергопотребление.
НАСА рассматривает проекты LLCD и LCRD как шаги в направлении развития своего рода
высокоскоростного интернета в космосе, который позволит межпланетным аппаратам передавать
данные в 10 -100 раз быстрее, чем в настоящее время.
Путь вперед
Такие технические возможности позволят передавать в реальном масштабе времени
видеоизображения высокой четкости с далеких планет, например Юпитера или Сатурна. Они
3
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
будут также полезны НАСА и на более близких к Земле расстояниях, например, в составе
геостационарной спутниковой системы слежения и ретрансляции данных TDRS нового
поколения.
Задачи на будущее
Оптическая связь имеет много преимуществ, однако эта технология также не лишена и ряда
проблем. Весьма высокая на данный момент стоимость является одной из них. Возможным
путём её снижения является коммерциализация технологии.
Еще одна проблема – точность наведения узконаправленного луча. Например, луч LLCD,
достигая поверхности Земли, охватывает область диаметром всего 6 км, что требует точного
прицеливания на наземную станцию приёма данных. (Это не является проблемой для
радиочастотной связи, которая осуществляется в гораздо более широком луче). Проблема
нацеливания усугубляется при выходе в дальний космос.
Лазерные системы, предназначенные для
работы за пределы системы “Земля-Луна”
должны быть значительно более крупными
и мощными и использовать более
габаритные наземные приёмные устройства.
Для того, чтобы положить практическое
начало созданию такой технологии НАСА
планирует в недалеком будущем запустить в
дальний космос демонстрационный проект
по оптической связи. Эта работа проводится
Лабораторией реактивного движения в
рамках ещё не окончательно
Проект LCRD предназначен для демонстрации и оценки
надёжной и эффективной технологии оптической связи,
предназначенной для использования на борту космических
аппаратов на околоземной орбите и в дальнем космосе
оформившегося проекта Deep Space Optical Terminal. Пока ведётся разработка технологии и
общей концепции. Полноценного лётного проекта с выделенным финансированием и
конкретным космическим аппаратом ещё нет, однако разработчики надеются, что лётный
эксперимент будет проведён до конца текущего десятилетия.
Номер
статьи
98
4
Электронные адреса источников
http://www.space.com/23350-laser-space-communications-incredibletechnology.html
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
НАСА финансирует 12 футуристических концепций
НАСА финансирует дюжину новых авангардных технических идей, которые в ближайшие годы
и десятилетия, возможно, приведут к большим прорывам в деле освоении космоса.
Спектр этих предложений, которые были отобраны в рамках первого этапа предпринятой
НАСА программы инновационных перспективных концепций (NASA`s Innovative Advanced
Concepts - NIAC), простирается от подводной лодки, предназначенной для исследования
углеводородных морей на огромном спутнике Сатурна Титане до зонда, который облетает
вокруг Солнечной системы используя для своего передвижения кометы.
"Последние конкурсы такого рода выявили немало интересных концепций исследования планет,"
– заявил представитель НАСА Майкл Газарик (Michael Gazarik).
"Мы работаем с новаторами по всей стране, чтобы преобразить будущее аэрокосмической
индустрии, при этом мы концентрируем вложения в разработку концепций, направленных на
решение насущных проблем как в космосе, так и здесь, на Земле", - добавил он.
Каждый проект первого этапа получает финансирование в объёме около $ 100 000,
предусматривающее предварительные исследования в течение периода от 9 до 12 месяцев.
Призеры в дальнейшем смогут подать заявки на получение гранта второго этапа величиной $500
000 на проработку концепции ещё в течение двух лет.
Такого рода предложения, как правило, весьма амбициозны, поэтому НАСА не рассчитывает на
то, что все из них будут реализованы. Однако агентство надеется, что, по крайней мере,
некоторые из них в конечном итоге приведут к качественно новым решениям.
Ниже приводятся краткие данные об этих 12 проектах (более подробные данные можно получить
с помощью ссылки, содержащейся в названии проекта).
Название проекта
Иллюстрация
Автор, организация
Оригинальное написание
1. Гравиметрическая разведка методом пролёта
Джастин Атчисон,
Университет Джонса
Хопкинса
5
Swarm Flyby Gravimetry
(Justin Atchison, Johns
Hopkins University)
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
2. Стенд для испытаний искусственной среды Марса
Юджин Боланд,
компания Techshot,
Inc.
Mars Ecopoiesis Test Bed
(Eugene Boland, Techshot,
Inc.)
3. Арагоскоп: недорогостоящая оптика ультравысокого разрешения
Вебстер Кэш,
университет
Колорадо
The Aragoscope: Ultra-High
Resolution Optics at Low
Cost (Webster Cash,
University of Colorado)
4. Трёхмерный фотокаталитический процессор Air для существенного упрощения и
снижения массы системы жизнеобеспечения
Бин Чен,
Исследовательский
центр Эймса, НАСА
6
3D Photocatalytic Air
Processor for Dramatic
Reduction of Life Support
Mass & Complexity (Bin
Chen, NASA's Ames
Research Center)
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
5. Проект WRANGLER: Захват и замедление астероидов и фрагментов космического
мусора
Роберт Хойт,
компания Tethers
Unlimited
WRANGLER: Capture and
De-Spin of Asteroids and
Space Debris (Robert Hoyt,
Tethers Unlimited)
6. Дочерний атмосферный аппарат для Титана
Ларри Меттис,
Лаборатория
реактивного
движения, НАСА
Titan Aerial Daughter craft
(Larry Matthies, NASA's Jet
Propulsion Laboratory
[JPL])
7. Использование наиболее горячих частиц Вселенной для зондирования ледяных
объектов Солнечной системы
Тимоти Миллер,
Университет Джонса
Хопкинза
7
Using the Hottest Particles in
the Universe to Probe Icy
Solar System Worlds
(Timothy Miller, Johns
Hopkins University)
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
8. ПЕРИСКОП: периапсидический оптический аппарат для исследования
подповерхностных пещер
Джеффри Носанов,
Лаборатория
реактивного
движения, НАСА
PERISCOPE: PERIapsis
Subsurface Cave OPtical
Explorer
(Jeffrey Nosanov, JPL)
9. Подлодка для Титана: Исследование глубин Кракена
Стивен Олесон,
Исследовательский
центр Гленна, НАСА
8
Titan Submarine: Exploring
the Depths of Kraken
(Steven Oleson, NASA's
Glenn Research Center)
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
10. Кометный пассажир: использование кинетической энергии малых тел для
осуществления быстрых малозатратных экспедиций в дальний космос
Масахиро Оно,
Лаборатория
реактивного
движения, НАСА
Comet Hitchhiker:
Harvesting Kinetic Energy
from Small Bodies to Enable
Fast and Low-Cost Deep
Space Exploration (Masahiro
Ono, JPL)
11. Структура исследовательской экспедиции с использованием квантовой
инерциальной гравиметрии и датчиков спутника-чипа
Бретт Стритмен,
Лаборатория
Дрейпера
9
Exploration Architecture
with Quantum Inertial
Gravimetry and In Situ
ChipSat Sensors (Brett
Streetman, Draper
Laboratory)
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
12. Электростатическая система быстрого прохождения гелиопаузы
Брюс Вигманн,
Центр космических
полётов им
Маршалла, НАСА
Номер
статьи
99
10
Heliopause Electrostatic
Rapid Transit System
(HERTS)
(Bruce Wiegmann, NASA's
Marshall Space Flight
Center)
Электронные адреса источников
http://www.space.com/26161-nasa-space-tech-advanced-technology.html
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 35-2014
Как захватить астероид и поместить его ближе к Земле
План НАСА по захвату астероида, доставке его на стабильную орбиту вблизи Луны, где его
смогут посетить астронавты, может показаться весьма амбициозным, тем не менее, агентство
рассматривает два различных варианта его реализации.
Первый из них предполагает, что автоматический космический аппарат направится к
небольшому астероиду и доставит его целиком поближе к Земле с целью дальнейшего
исследования астронавтами. Второй проект предполагает использование автоматического
космического аппарата, который захватит фрагмент (крупный округлый камень) с поверхности
большого астероида и разместит его на орбите вблизи Луны [См. анимацию астероидной
миссии].
Каждый из этих вариантов даст возможность создать технологии, которые могут потребоваться
для осуществления пилотируемых экспедиций в дальний космос, а также для решения задачи
отклонения орбит астероидов, которые могут опасно сближаться с Землёй.
Добраться до астероида, перевести его в нужное место и отправить к нему корабль с Земли
совсем непросто, но это следует рассматривать всего лишь как этап выполнения другой, более
важной задачи НАСА. Отработка новых технологий, конфигураций полёта, а также решение
других научных задач позволит специалистам больше узнать о том, как справиться со
сложнейшей задачей отправки астронавтов на Марс.
По словам руководителя НАСА Чарльза Болдена, захват астероидов является серьёзной задачей
для НАСА, но она представляет собой лишь небольшой фрагмент проекта доставки людей на
Марс. "Я не хочу, чтобы кто-то выпустил это из внимания. Цель нашего агентства именно
сейчас, когда речь идет о полётах человека в космос, состоит в высадке людей на Марс. Это
действительно сложная задача. Поэтому, помимо прочего, нам нужны возможности по отработке
технологий".
11
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 35-2014
Автоматический аппарат раскрывает надувной контейнер для захвата небольшого свободно
летящего астероида и его дальнейшего перевода на окололунную орбиту
Захват астероида
Один из вариантов предполагает наличие малого астероида в относительной близости к Земле и
транспортировке его поближе к нашей планете. Для реализации этого проекта требуется
автоматический космический аппарат, способный герметически изолировать астероид размером
около 10 метров внутри некоей оболочки и доставить его на окололунную орбиту.
Приемлемым кандидатом для такой миссии является астероид 2009 BD. У него небольшая
частота вращения , что облегчает взаимодействие с ним. По данным НАСА, масса этого объекта
находится в пределах от 30 до 145 тонн. Согласно имеющимся в настоящее время планам,
автоматический аппарат будет запущен в 2019 году, в 2023 году он доставит астероид в
окололунное пространство, а люди отправятся к нему не позже 2024 года.
“Предполагается, что этот проект захвата астероида будет использовать
высокопроизводительную солнечную электроракетную двигательную установку гораздо
большего размера, чем все её аналоги доселе побывавшие в космосе. В дальнейшем она будет
использоваться для освоения человеком пространства выше низкой околоземной орбиты, что
предполагает решение широкого круга задач,” - заявил Брайан Mюрхед, главный инженер
Лаборатории реактивного движения НАСА.
12
№ 35-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Учёные также рассматривают несколько других космических объектов, которые можно
использовать для исследований, однако прежде чем начинать с ними работать, необходимо
изучить их более подробно. Научно-технические наработки по данному проекту могут быть
полезны для решения задачи отклонения астероида в случае опасности его соударения с Землёй.
Доставка фрагмента
Второй вариант концепции предполагает отправку
автоматического корабля к крупному астероиду,
захват крупного камня на его поверхности с
последующей доставкой на устойчивую орбиту в
системе “Земля-Луна”. Как и в предыдущем случае в
дальнейшем астронавты посетят астероид во время
его пребывания вблизи Земли. [Фотогалерея миссии
НАСА по захвату астероидов].
НАСА рассматривает четыре крупных астероида,
которые могут быть кандидатами для миссии
захвата. Среди них астероид Итокава, с которого
брались образцы вещества японским аппаратом
Hayabusa, и астероид Бенну, на который нацелен
проект НАСА Osiris-Rex, предполагающий доставку
образцов вещества данного астероида (запуск с
Земли запланирован на 2018 год). Кроме них
рассматриваются астероиды 199 JU и 2008 EV,
полёты к которым могут начаться не ранее июня
2019 года. Если первая попытка захвата фрагмента с
одного из этих крупных космических объектов будет
неудачной, то её можно будет повторить. Прежде
чем автоматическому космическому аппарату
потребуется возвратиться на Землю он сможет
сделать ещё несколько попыток захвата фрагмента
астероида.
Астероидная инициатива НАСА предполагает к 2025
году осуществить перевод небольшого астероида на
орбиту вблизи Земли
13
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Автоматический аппарат спускается на поверхность большого астероида для захвата
крупного камня и его перевода на отдалённую окололунную орбиту
Концепция захвата фрагмента также позволит специалистам НАСА узнать больше о
возможности отклонения астероида от траектории его движения.
Номер
статьи
100
14
Электронные адреса источников
www.space.com/25289-asteroid-retrieval-mission-incredible-technology.html
№ 35-2014