Космическая станция с искусственной гравитацией с одного запуска
На протяжении десятилетий стабильное присутствие человека в космосе было главной целью НАСА, будь то Луна или освоение Марса. Однако человеческий организм должен преодолеть ряд препятствий, чтобы путешествовать в космосе в течение длительных периодов времени. Для решения этих проблем Американское космическое агентство учредило программу Innovative Advanced Concepts (NIAC) для финансирования новых проектов в области аэрокосмических технологий. Один из таких проектов получил новое финансирование для перехода ко второй фазе: он будет имитировать гравитацию космической станции на расстоянии более одного километра. Кроме того, благодаря уникальной конструкции ракеты SpaceX Falcon Heavy требуется всего один запуск, чтобы развернуть корабль в 150 раз больше его первоначального размера.
Цели НАСА включают продолжение исследований и лунного эха, долгосрочное изучение человеком лунной орбиты (сферическое пространство вокруг Земли до края лунной орбиты) и исследование Марса.Artemis — это пилотируемая космическая программа НАСА, целью которой является отправка экипажа на Луну к 2025 году.
Однако длительные космические полеты могут вызвать серьезные проблемы в организме человека, включая атрофию мышц, уменьшение веса костей (в среднем 1-1,5% потери минеральной плотности в месяц), ухудшение зрения (из-за замены жидкостей в голове, из-за замены жидкостей в голове. ) и иммуносупрессия. Многие из этих эффектов обусловлены отсутствием гравитации.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в облегчении отдельных симптомов, связанных с длительным пребыванием в невесомости или микрогравитации, возможность создания искусственной гравитации может устранить первопричины многих из этих проблем и значительно улучшить здоровье членов экипажа во время длительных полетов.
Мы не говорим об искусственной гравитации как таковой, которая остается в области научной фантастики. Скорее, это «имитация» гравитации, использующая вращающуюся структуру для создания центробежных сил, которые оказывают на тело такое же воздействие, как и гравитация. Сможет ли это полностью решить проблемы, вызванные невесомостью, пока неизвестно. По этой причине НАСА выделило группе специалистов из Университета Карнеги-Меллона (CMU) и Университета Вашингтона (UW) грант в размере 600 000 долларов на вторую фазу проекта для разработки конструкции, которая сможет имитировать полную земную гравитацию и запускаться на одной ракете. Эта фаза II позволит исследователям продолжить работу, начатую в рамках фазы I, в феврале 2021 года. Он был инициирован после получения гранта в размере 175 000 долларов на разработку инновационных передовых концепций (NIAC).
Новая конструкция для имитации гравитации
Существует два варианта достижения 1g земного притяжения с помощью центробежной силы: первый — очень быстрое вращение небольшой структуры, второй — вращение структуры на большой оси вращения (в данном случае в километровом масштабе), которое происходит гораздо медленнее. Однако длительное использование при скорости вращения более одного-двух оборотов в минуту может привести к дискомфорту и укачиванию.
Читайте также: Международная космическая станция будет затоплена в январе 2031 года
NASA объявило, что Международная космическая станция (МКС) будет выведена из строя в январе 2031 года.Запущенная в 1998 году, станция была затоплена..
Однако для небольших конструкций таких скоростей все равно недостаточно, чтобы создать земное притяжение. Чтобы обойти эту проблему, то есть уменьшить требуемую скорость вращения, необходимо построить очень большую конструкцию или конструкцию с очень большой осью. Опять же, есть еще одно препятствие. Необходимо отправить множество миссий, пока структура не будет собрана.
Проект, возглавляемый доцентом Ув Ме Джеффри Липтоном и доцентом Карнеги-Меллон Зари Манчестер, является частью программы НАСА «Инновационные передовые концепции» (NIAC), которая представляет собой «космическую структурные проблемы». Эти проблемы. Пассажиры внимательно изучают вопрос о том, можно ли масштабировать конструкцию до размеров, необходимых для создания искусственной гравитации, подобной земной, не вызывающей укачивания, и достаточно ли она мала, чтобы вместить тяжелые ракеты Falcon.
Данное исследование опирается на последние результаты в области механических метаматериалов, включая рои (расширенные структуры с высокой скоростью расширения), и соединяет две механические инновации. С одной стороны, Shift Auxes — это новый тип метаматериала, который расширяется при растяжении в хиральный узор (зеркальные изображения не накладываются друг на друга). Уровень хиральности может также контролировать жесткость материала. С другой стороны, механизм «разветвленных ножниц» — это еще один способ расширения больших компактных структур. Разработанный художником Генри Сегельманом, механизм разветвления может быть использован для создания гораздо более крупных структур, но в то же время более компактных.
Манчестер, Липтон и их команда считают, что с помощью этих методов можно создавать трубчатые структуры.
Этап I Исследование NIAC на этапе I продемонстрировало жизнеспособность данного подхода и показало, в четырех конкретных направлениях, некоторые технические вопросы, которые необходимо решить на этапе II. Во-первых, необходимо детально смоделировать и понять сложную динамику развертывания структуры расширения. Во-вторых, используя моделирование и оптимизацию, он пытается смягчить последствия блокировки во время развертывания и внешнего вмешательства производственных ошибок. Далее проводится быстрое прототипирование для настройки модели. Наконец, наступает этап экспериментальной проверки прототипа измерителя.
Однако это не первый проект NIAC. В нем учтена идея создания крупной структуры в космосе. Как выразился Джим Рейтер, помощник директора Отдела космических технологий (STMD) в штаб-квартире агентства в штате Вашингтон. Таким образом, март 2022 года знаменует собой появление новых стипендий NIAC для 12 отобранных проектов. Это новые предложения для фазы I и 5 грантов фазы II. Это позволяет исследователям работать над инновационными концепциями.
Среди новых проектов Фазы I — новые конструкции пилотируемых космических кораблей, которые обеспечивают более надежную защиту от радиации во время длительных полетов, чем обычные модули для экипажа. Есть также проект абсолютно бесшумного электрического самолета и идея космического корабля, способного путешествовать за пределами Солнечной системы с помощью солнечного нагрева.
Майкл Лапунт, исполняющий обязанности директора программы NIAC в штаб-квартире НАСА, сказал.
Однако НАСА — не единственное агентство, нацеленное на развертывание крупномасштабных космических конструкций. Национальный научный фонд Китая поддержал проект «Килоструктура», выделив 2,3 миллиона долларов США. Согласно газете South China Daily Mail, план проекта, объявленный китайским фондом, гласит, что компоненты космического аппарата будут строиться на Земле и запускаться на орбиту по отдельности для сборки в космосе. Однако это предложение было встречено скептически. Для сравнения, Международная космическая станция (МКС) является крупнейшей рукотворной конструкцией, когда-либо собранной на орбите. Однако для ее создания потребовались десятки запусков и годы.
Проекты Липтона и Манчестера окажут немедленное и долгосрочное влияние на достижение целей НАСА. В краткосрочной перспективе такие конструкции обеспечат устойчивое обитание человека на лунной орбите, например, в рамках проекта Lunar Gateway. В средне- и долгосрочной перспективе такие сооружения потребуются для поддержания жизни человека в дальнем космосе. Наконец, крупные конструкции также будут способствовать развитию астрономии, поддерживая большое количество телескопов.
