Исследователи космоса

Калифорнийский технологический институт (Caltech) объявил о том, что их пожизненный член попечительского совета и председатель компании Irvine Company Дональд Брен (Donald Bren) пожертвовал более $100 млн на проект получения энергии в космосе и перенаправлении её на Землю.

Пожертвование было отправлено анонимно в 2013 году и было обнародовано только сейчас, так как проект приближается к важному событию — запуску многофункциональных демонстрационных прототипов, которые собирают солнечный свет, перерабатывают его в электричество и перенаправляют на Землю в виде микроволновых волн. При этом, они также выпускают сверхлёгкие структуры, которые должны позволить соединять их воедино в космосе.

Брен впервые узнал о потенциале производства солнечной энергии в космосе из статьи журнала «Популярная механика» (Popular Science) в 2011 году, после чего связался с тогдашним президентом Калифорнийского технологического института Жан Лу Шамо (Jean-Lou Chameau) и обсудил возможность создания проекта по исследованию добычи энергии в космосе. В 2013 году он и его жена Брижитт (Brigitt), являющаяся попечителем Caltech, договорились о пожертвовании для проекта. Это пожертвование, которое сейчас превысило $100 миллионов, было сделано в том же году через фонд Дональда Брена и дало начало проекту.

«Дональд Брен привнёс в Космическую солнечную программу (Space Solar Program) тот же стимул и дисциплину, которые он продемонстрировал в развитии градостроения», — сказал президент Caltech Томас Феликс Розенбаум (Thomas F. Rosenbaum). “Он поставил нас перед прекрасной технической задачей, которая обещает принести не менее прекрасную возможность для человечества — мир, работающий на постоянной, бесперебойной, возобновляемой энергии».

Брен больше всего известен благодаря его генеральному планированию и строительству новейшего города City of Irvine (Ирвайн), который постоянно называют одним из самых зелёных и чистых американских городов. Дональд возглавил усилия Irvine Company по сохранению более чем 60% (23 тыс. гектар) территории Irvine Ranch по калифорнийскому побережью.

«Я был студентом, исследовавшим различные возможные применения солнечной энергии в космосе на протяжении долгих лет», — сказал Брен. «Мой интерес в поддержке учёных мирового класса в Caltech вызван верой в использование естественной энергии солнца для всеобщей выгоды». У Бренсов нет финансовой доли в проекте, поэтому они не получат никакой финансовой выгоды от любых созданных проектом технологий.

В конечном итоге проект по производству солнечной энергии в космосе ставит своей целью поставлять доступную, возобновляемую и чистую энергию всему миру. Ключевая польза от сбора солнечной энергии в космосе заключается в том, что эта технология предоставляет постоянный доступ к Солнцу для выработки энергии целый день, каждый день, независимо от погодных условий и ночной темноты.

Первое испытание проекта должно состояться в начале 2023 года с запуском на орбиту технологических прототипов генераторов солнечной энергии и радиочастотных беспроводных передатчиков энергии, включая развёртываемую конструкцию с примерным размером 2 на 2 метра.

«Солнечная энергия является самым избыточным ресурсом. Однако мы не можем использовать его в полной мере на поверхности Земли. Этот амбициозный проект предлагает перевернуть подход к крупномасштабному сбору солнечной энергии, которая преодолеет прерывистый характер её добычи на Земле, а также необходимость в хранении энергии, так как в космосе Солнце светит постоянно», — говорит учёный проекта, руководитель кафедры инженерии и прикладных наук, профессор прикладной физики и материаловедения, директор фирмы Liquid Sunlight Alliance Харри Атуотер (Harry A. Atwater).

Источник: https://aboutspacejornal.net/2021/08/08/caltech-объявил-о-по...

Дата съёмки: 03.08.21;

Время съёмки 01:21 - 01:22 UT +3h

Видимый диаметр 48,59 сек. дуги;

Звёздная величина -2,83;

Азимут 191°;

Высота 31°;

Освещённость планеты Солнцем 99,9%;

Расстояние от Земли 606,926 млн. км;

Телескоп: Sky-Watcher 150/750PDS

Камера: ZWO ASI462MC

Аксессуары: Optolong UV/IR Cut Filter 1.25"

Линза Барлоу Televue Powermate 3x

Корректор атмосферной дисперсии ZWO ADC

Монтировка: Sky-Watcher Heq5 ProSynScan

Место съёмки: Динская, двор.

Ролик 90 сек;

Фокусное расстояние: 3050мм

66 FPS

Выдержка: 15 мс

Усиление: 250 (41%)

Гистограмма: 63%

Сложено 500 из 5999 кадров

Де-ротация 13 стеков из 30

Обработка:

PIPP, Autostackert 3, Registax 6, WinJupos, Photoshop

В предыдущих сериях:

Как люди на Луну летали

Как люди на Луну летали, часть 2. Выбор трассы

Как люди на Луну летали, часть 3. Ракета

Что требуется от космического корабля, который хотят запустить в самую дальнюю задницу мира? Минимальная масса. Это в принципе общий принцип аэрокосмической техники, но в нашем случае он особенно значителен. Ведь ради каждого лишнего килограмма, во-первых, надо строить более мощные двигатели, а во-вторых, брать с собой больше топлива. Причём второе даже более серьёзно.

Тут следует вернуться немного назад, к траектории. По сути вся механика полёта любого корабля с ЖРД строится на переходе с одной орбиты на другую, а переход осуществляется с помощью придания импульса. Вылез на опорную орбиту - включил двигатели - переехал на другую. Потом на третью. И так далее, вплоть до третьей космической скорости.

Другими словами, чтобы перекинуть корабль на новую траекторию, нужно придать ему - или забрать - некоторую энергию. Кинетическая энергия же прямо пропорциональна масса. В два раза больше массы - нужно в два раза больше энергии, и, соответственно, топлива. А поскольку топливо тоже что-то весит, линейная зависит превращается в экспоненциальную, то есть чем больше корабль, тем больше топлива он несёт, а топливо требует ещё топлива, и так далее.

Короче, снижать массу - первостепенная задача. Поэтому резали буквально всё, что могли. Именно ради максимального облегчения конструкции инженеры NASA придумали сделать давление внутри равным всего 0,3 атмосферы, а чтобы астронавты не позадыхались, дышать им пришлось чистым кислородом. В конечном итоге, однако, минусы такого подхода оказались слишком велики, и после "Аполлонов" американцы перешли на обычный состав атмосферы.

Влияние парадигмы минимума массы можно увидеть вообще во всей конструкции корабля. Вот его схема:

"Двигательный отсек" - это так называемый сервисный модуль, по сути, топливный бак с двигателями. Непосредственно старт с опорной орбиты к Луне осуществлялся третьей ступенью "Сатурна", а вот потом уже торможение для выхода на окололунную орбиту и полёт обратно проводил именно он. Перед входом в атмосферу Земли он отваливался, чтобы не мешать приземляться.

Отсек экипажа - это командный модуль. Выглядел он как коническая бочка. Именно в нём куковали весь полёт астронавты, переходя в лунный модуль только при необходимости (ну там, высадка, перестыковка, бабахнувший кислородный баллон и так далее).

Взлётная ступень - основная часть лунного модуля. В ней имелись собственные системы жизнеобеспечения, генерации энергии и так далее. Взлётной она называется потому, что оставляет на Луне посадочную ступень (оранжевые "ноги) и улетает в небеса уже в виде картошки, а не хоть какого-то подобия космического аппарата.

Видите, как корабль постепенно худеет по мере того, как выполняет свои задачи? Вот схема "Сатурна-5"

и из всего этого массива только вон та пирамидка под номером 2 возвращается на Землю в целости. Всё остальное либо падает в океан, либо сгорает в атмосфере, либо замусоривает Луну.

Весь процесс выглядел так: сначала по мере выгорания топлива отваливаются первая (11) и вторая (9) ступени Сатурна-5, а попутно ещё и система аварийного спасения (1). Затем уже на опорной орбите третья ступень (7) сообщает кораблю импульс и тоже отваливается. Затем оставшаяся конструкция избавляется от мусора, а сервисный модуль (3) переворачивается и стыкуется с лунным модулем (4), трансформируясь в то, что на первой схеме. Далее уже у Луны он переходит на орбиту около неё, лунный модуль отваливается и садится на Луну. После того, как все задачи на поверхности выполнены, "картошка" (4) взлетает, оставляя посадочную платформу (5) на поверхности, и стыкуется с командным модулем. Астронавты переносят туда научный хабар и перелезают сами, после чего отправляют "картошку" на последнее свидание с Луной. Уже на околоземной орбите сервисный модуль в последний раз замедляет полёт, сводя "Аполлон" вниз, а сам отваливается и сгорает в атмосфере.

Естественно, в таких условиях свободного пространства у астронавтов было минимум. Даже гадить им приходилось в специальные пластиковые пакеты, которые следовало приклеить к заднице, справить туда нужду, затем забросить внутрь дезинфицирующее средство и заклеить (и таки да, это тоже были наработки "Джемини"). Приводило это примерно к таким ситуациям:

05 13 29 44 CDR Эй, кто это сделал?

05 13 29 46 CMP Кто сделал что?

05 13 29 47 LMP Что?

05 13 29 49 CDR Кто это сделал? (смех)

05 13 29 51 LMP Откуда оно прилетело?

05 13 29 52 CDR Быстро, дайте мне салфетку. Тут какашка летает по воздуху.

05 13 29 55 CMP Я не делал этого. Это не моя.

05 13 29 57 LMP Я не думаю, что это моя.

05 13 29 59 CDR Моя была чуть более липкой, чем эта. Выкинь её.

05 13 30 06 CMP О Господи...

Но, в сущности, это нормально - в конце концов, астронавты летели к черту на рога в консервной банке, да и то ещё вопрос, что удобнее - такая система или туалет в старом плацкартном вагоне в -20. Ну а в скафандрах использовались памперсы. Только на "Скайлэб" появился более-менее удобный туалет, но там и пространства было куда больше.

Внутри командного модуля "Аполлона-11". Всё ещё думаете, что MMORPG - это сложно?

К слову, вот эти рукоятки между кресел - это основные органы управления двигателями ориентации. Почти как в самолёте.

Для управления всем этим богатством требовалась достаточно мощная вычислительная машина и, что гораздо серьёзнее, требовались новые технологии. Сначала в "Рокуэлл" использовали обычную для тех магнитную ленту, но довольно быстро оказалось, что она очень плохо подходит для поставленных задач. Доступ к данным на магнитной ленте всегда последовательный, то есть вам нужно прокрутить её всю из конца в конец, чтобы, допустим, получить доступ к элементу в конце списка. Это никуда не годилось. Тогда инженеры напряглись и разработали иерархическую структуру СУБД, которую затем применили в системе IMS - впервые она была использована именно для лунной программы NASA. На мой взгляд, это один из лучших примеров того, как чисто научный проект оказывает влияние на области, казалось бы, совершенно далёкие от него.

Другой такой пример - светоотражающая ткань, которую разработали для лунного модуля. Стоит заметить, что герметизирован у него только отсек экипажа (что логично) и центральный отсек, а всё остальное торчит наружу, попадая под прямые солнечные лучи. Чтобы избежать перегрева, применялось термоизоляционное покрытие - на фото ниже его хорошо видно на взлётной ступени. "Картошку" оно тоже покрывало, но сверху его закрывали микрометеоритной защитой (вот эти серые пластины).

Вот эту блестящую ткань вы вполне могли видеть и раньше, потому как она и поныне применяется спасателями для тех же целей - в качестве термоизоляционного одеяла, чтобы, скажем, помочь замерзающему человеку.

На этом же фото легко увидеть, например, отсутствие абляционного покрытия (термозащитного вещества, которое испаряется при нагревании). Лунный модуль не был предназначен для полётов в атмосфере никоим образом, на нём нельзя было даже вернуться на Землю.

Как-то не очень похоже на гламурные поделки современных миллиардеров, согласитесь? Ну, щито поделать, тогда больше думали о функциональности, чем о красоте.

Можно ещё дофига наговорить о конструкции обоих модулей, но я не хочу совсем уж скатываться в занудство. В следующей серии речь пойдёт о подготовке астронавтов, и там всё равно не обойтись без деталей, так что размажем их по оставшемуся тексту.