И целого мира недостаточно (двигательная установка космического корабля)
«И целого мира недостаточно» ( WINE ) — американский проект по разработке перезаправляемой паровой машины для приведения в движение космических кораблей . Компания WINE разработала метод извлечения летучих веществ из льда, богатого льдом реголита и гидратированных почв и использует его в качестве паровой двигательной установки, что позволяет космическому кораблю многократно дозаправляться и иметь необычайно долгий срок службы. Это позволит одному космическому кораблю посетить несколько астероидов , комет или несколько мест приземления в ледяном мире, таких как Луна, Марс, Плутон, Энцелад, Ганимед, Европа и т. д.
Системы сбора и двигательная установка были успешно испытаны в декабре 2018 года на прототипе небольшого космического корабля в условиях, моделирующих астероиды. WINE — это совместный проект Honeybee Robotics , Университета Центральной Флориды и Аэронавтического университета Эмбри-Риддла во Флориде.
Обзор
[ редактировать ]
WINE — это совместный проект Honeybee Robotics , Университета Центральной Флориды (UCF) и Аэронавтического университета Эмбри-Риддла (ERAU) во Флориде, призванный облегчить использование водных ресурсов на месте (ISRU) как важнейшую часть устойчивого и экономичного -эффективное освоение космоса. [1] [2] [3] [4] [5] Концепция WINE была разработана 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 из поверхностного грунта ( реголита ), очистки воды и нагревания ее для использования в качестве сжатого пара для движения. Дозаправку можно повторять бесконечно на разных ледяных телах Солнечной системы или на нескольких посадочных площадках в ледяных мирах с низкой гравитацией, таких как Плутон, Энцелад, Европа и Луна. [11] [12]
По состоянию на январь 2019 года разработка и тестирование финансируются программой НАСА по исследованию инноваций в сфере малого бизнеса (СИБИР). [8] [13] [14]
Общее описание
[ редактировать ]
Компания Honeybee Robotics разрабатывает две версии водосборщиков: «Паучья система» предназначена для спускаемых аппаратов, предназначенных для «ходьбы» или повторного взлета с использованием энергии пара, и PVEx для больших марсоходов, предназначенных для сбора и транспортировки воды для других целей. Добытая вода хранится в резервуаре и может использоваться для паровой тяги или транспортироваться в другое место для других целей.
Система извлечения воды Spider включает в себя несколько систем, интегрированных в опоры спускаемого аппарата космического корабля, что обеспечивает больший объем обработки и резервирование системы. Он может сверлить цементированные ледяные и минеральные композиты, которые могут быть такими же твердыми, как бетон. Архитектура позволяет каждому буру также действовать как закрепляющая сила при отборе проб богатого водой материала. [7] Хранящуюся воду можно нагреть до пара и использовать для перемещения ног посадочного модуля, как это делает паук для ходьбы, или использовать ее в качестве реактивной тяги для полета к различным местам приземления или для путешествия к множеству ледяных тел.
Планетарный экстрактор летучих веществ (PVEx) — это вариант, который лучше всего устанавливать на большом марсоходе, оснащенном радиоизотопными термоэлектрическими генераторами . с двойными стенками Он оснащен шнеком для отбора керна и подогреваемой внутренней стенкой для извлечения летучих веществ из льда, богатого льдом реголита и гидратированной почвы из ледяных тел. [5] Бур 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 конденсируется в твердое вещество и может быть перекачан в резервуар для хранения на другом транспортном средстве или складе. Система объединяет добычу и добычу в один этап. [17] [18] Он бурит на заданную глубину, берет образец керна толщиной 5 см (2,0 дюйма), нагревает его и улавливает летучие вещества в конденсаторе над поверхностью. После завершения извлечения кернер убирается, а ядро сухого реголита остается.
Тестирование
[ редактировать ]Первоначальные испытания в 2016 году были проведены в известняке и глыбах льда для оценки механических аспектов системы. Вариант PVEx нацелен на глубину 50 см (20 дюймов) в известняке за 10 минут и аналогичную глубину в ледяных глыбах -20 ° C (-4 ° F) за 7 минут. Первые испытания производительности в аналогичных космических условиях показали эффективность извлечения воды 87% при затрате энергии извлечения 1,7 Втч/г; необходимая мощность 60 Вт на 40 минут. [19] [20] Для сбора 30 кг воды в день буровой установке PVEx потребуются два генератора MMRTG . [19] Для более низких требований можно использовать солнечные панели.
Позже в 2016 году команда экспериментировала с несколькими механизмами добычи полезных ископаемых, которые были адаптированы к меньшему размеру космического корабля WINE. В ходе горных испытаний была извлечена вода из имитатора лунного реголита , содержащего лед. В ходе испытаний также была извлечена вода из имитатора реголита астероида, который был физически сухим (не содержал воды или льда), поскольку он высвобождал воду, которая была заперта внутри кристаллической структуры его слоистых силикатных минералов . Филлосиликаты богаты углеродистыми астероидами . Было обнаружено, что добытая астероидная вода содержит большое количество растворенного углекислого газа, металлов и органических веществ из-за основного состава моделируемого астероида, но команда не сочла это препятствием для парового движения. Основываясь на результатах, они выбрали кернер PVEX для дальнейшей разработки интегрированного прототипа WINE. [4]
Команда успешно протестировала интегрированный прототип 31 декабря 2018 г. [9] в моделируемых условиях космического пространства: вакуума и низкой температуры при сборе замороженной воды из искусственного реголита астероида. [14] За считанные минуты 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 в 2019 году компоненты системы достигнут уровня технологической готовности 5 (TRL 5). [7] Хотя исследования финансируются НАСА, эта система сбора воды доступна частным компаниям для использования на астероидах, кометах, Луне, Церере, Европе, Титане, Плутоне, полюсах Меркурия или везде, где есть вода и достаточно низкая температура. гравитация. [22] [17] [14]
Власть
[ редактировать ]Космический корабль использует развертываемые солнечные панели для выработки электроэнергии для добычи полезных ископаемых и производства пара, или он может использовать радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РТГ), чтобы расширить потенциальную дальность действия этих планетарных бункеров до Плутона и других мест, далеких от Солнца. [9] Вода нагревается и выходит в виде пара под давлением через сопло, создавая тягу . Альтернативно, пар используется для инициирования механического движения в качестве парового двигателя .
См. также
[ редактировать ]- Астероидная вода
- Лунная вода
- Движение космического корабля
- Паровая ракета
- Вода на Марсе
- Вода на планетах земной группы Солнечной системы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «И целого мира недостаточно, демонстрирует будущее освоения космоса | Робототехника для медоносных пчел» . Проверено 14 февраля 2019 г.
- ^ Мецгер, Филип Т. (08 апреля 2016 г.). Использование льда для движения по поверхности планет: стратегическая технология для развития космической промышленности (видео). Лондон, Великобритания: Королевское астрономическое общество . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Мецгер, Филип (август 2016 г.). «Развитие космоса и космическая наука вместе — историческая возможность». Космическая политика . 37 (2): 77–91. arXiv : 1609.00737 . Бибкод : 2016СпПол..37...77М . doi : 10.1016/j.spacepol.2016.08.004 . S2CID 118612272 .
- ^ Jump up to: а б Закни, Крис; Мецгер, Филип ; Лучек, Кэтрин; Мантовани, Джеймс; Мюллер, Роберт; Весна, Джастин (2016). Мира недостаточно (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 .
- ^ Jump up to: а б Испытание планетарного экстрактора летучих веществ (PVEx) . В. Вендиола; К. Зачни; П. Моррисон; А. Ван; Б. Ягги; А. Хаттори; и А. Пас. 16-я Международная конференция по инженерии, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях, проводимая раз в два года. 2018. Издательство: Библиотека ASCE – Земля и космос.
- ^ Спектор, Брэндон (14 января 2019 г.). «Космический корабль с паровым двигателем может путешествовать по космосу бесконечно, не исчерпав бензин» . Новости Эн-Би-Си.
- ^ Jump up to: а б с Система извлечения воды «Паук» . Пчелиная робототехника. 2018.
- ^ Jump up to: а б Стенд для испытания двигателей в лаборатории инженерно-физической лаборатории - TTS . Патрик Карриер, Сергей Дракунов, Анкит Рухайяр, Коллин Топольски, Франсиско Пастрана, Патрик Серафин, Диего Гонсалес, Фердинанд Будро, Джеймс Корнетт, Кристина Кор, Джон-Джуд Макалит, Джонатон Надо и Ник Камбрия. Университет аэронавтики Эмбри-Риддла (ERAU), Флорида. 2018.
- ^ Jump up to: а б с д Прототип космического корабля с паровым двигателем теоретически может исследовать небесные объекты «вечно» . 11 января 2019 г., Зенаида Гонсалес Котала, Пресс-релиз Университета Центральной Флориды.
- ^ Jump up to: а б Космические зонды с паровым двигателем вскоре могут дозаправляться на астероидах. Джейми Зайдел, News Corp Australia Network. 11 января 2019 г.
- ^ Мецгер, Филип ; Закни, Крис; Лучек, Кэтрин; Хедлунд, Магнус (2016). Рамеш Б. Малла; Хуан Х. Аги; Пол Дж. Ван Сюзанте (ред.). Анализ теплового/водяного движения кубсатов с дозаправкой в космосе . 15-я конференция ASCE, проводимая раз в два года, по инженерии, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях. Орландо, Флорида: Американское общество инженеров-строителей (ASCE). стр. 461–471. дои : 10.1061/9780784479971.044 .
- ^ Дормини, Брюс (15 января 2019 г.). «Паровой астероидный бункер предлагает революционно новый способ исследования нашей Солнечной системы» . Форбс .
- ^ Запрос NASA STTR 2015, 15-2 T4.02-9942, форма B (отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). 2015 . Проверено 2 февраля 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д Космический корабль с паровым двигателем при поддержке НАСА сможет исследовать астероиды. Аманда Кузер, CNET . 10 января 2019 г.
- ^ Крутые склоны Марса раскрывают структуру погребенного льда . Пресс-релиз НАСА. 11 января 2018 г.
- ^ Обнаженные подземные ледяные щиты в средних широтах Марса . Колин М. Дандас и др. Наука , 12 января 2018 г. Том. 359, выпуск 6372, стр. 199–201. дои : 10.1126/science.aao1619
- ^ Jump up to: а б Планетарный экстрактор летучих веществ . Пчелиная робототехника . Доступ: 12 января 2019 г.
- ^ Мецгер, Филип (2018). Рамеш Б. Малла; Роберт К. Голдберг; Алайна Дикасон Робертс (ред.). Моделирование термического извлечения водяного льда из реголита . 16-я конференция ASCE, проводимая раз в два года, по инженерии, науке, строительству и эксплуатации в сложных условиях. Кливленд, Огайо: Американское общество инженеров-строителей (ASCE). стр. 481–489. arXiv : 2306.03164 . дои : 10.1061/9780784481899.046 . ISBN 9780784481899 .
- ^ Jump up to: а б Планетарный экстрактор летучих веществ (PVEx) для использования ресурсов на месте (ISRU). (PDF) Крис Закни, Стивен Индик, Honeybee Robotics, Кэтрин Лучек, Аарон Паз. Группа анализа лунных исследований (LEAG), Колумбия, Мэриленд. 1-3 ноября 2016 г.
- ^ Планетарный экстрактор летучих веществ (PVEx) для использования ресурсов на месте (ISRU) на Луне. (PDF) К. Зачни, С. Индик, К. Лучек, А. Пас. Пчелиная робототехника . Ежегодное собрание группы анализа исследований Луны (2016 г.)
- ^ См. паровой зонд, который сможет исследовать космос вечно . Теходом . 11 января 2019 г.
- ^ Паркс, Джейк (01 февраля 2019 г.). «Исследователи разрабатывают паровой космический корабль, который сможет прыгать между астероидами» . Астрономический журнал . Проверено 2 февраля 2019 г.
