Складные солнечные паруса помогут зондам войти в атмосферу других планет: моделирование
Инженеры предложили использовать солнечные паруса не только для движения космических аппаратов, но и для их торможения и входа в атмосферу планет. Такую идею описали Джозеф Иварсон и Давиде Гуззетти из Обернского университета в своей новой статье для журнала Acta Astronautica. Их концепция получила название Shape Shifting Sailer, или 3S.
Суть технологии проста. Большую часть полета к цели аппарат использует тонкий лист материала как солнечный парус. Когда аппарат прибывает на место, парус меняет ориентацию и форму. Специальные шарниры из сплава с памятью формы складывают плоский парус в конус или щит. В таком виде он создает сопротивление, которое замедляет аппарат. Одновременно он частично защищает зонд от тепла.
Прежде чем строить рабочую модель, инженеры провели компьютерное моделирование. Работа состояла из двух этапов. На первом этапе они исследовали «пространство проектных параметров». Так инженеры называют процесс, когда они изучают влияние различных факторов на конечный результат, например, на вес или температуру зонда. Это помогает найти компромиссы и принять верные конструкторские решения.
Исследователи обнаружили, что форма, которая минимизирует пиковое давление, одновременно увеличивает пиковую температуру, и наоборот. Чтобы максимально снизить давление, парус должен быть похож на лист — с большой площадью и малым весом. А для минимальной температуры нужна форма пушечного ядра — маленькая, плотная и способная поглотить много тепла. Для поиска оптимального баланса между этими двумя крайностями ученые применили специальный алгоритм.
Зонд с солнечным парусом поможет обнаруживать космические торнадо
На втором этапе исследователи смоделировали полеты к пяти небесным телам: Земле, Марсу, Титану, Урану и Нептуну. Расчеты для Земли показали, что система может уменьшить пиковую скорость нагрева на 20–25%, но для этого парус придется сбросить во время входа в атмосферу. Наилучшие результаты технология показала для Марса. Там нагрев зонда при входе в атмосферу можно снизить до 40%, если также отделить парус.
Для газовых гигантов Урана и Нептуна концепция оказалась неосуществимой. Скорости для торможения в их атмосферах слишком высоки, и любой доступный сегодня материал просто сгорит. Система может работать на Титане, но есть другая проблема. Чтобы быть эффективным, парус должен весить примерно столько же, сколько и полезная нагрузка аппарата. Доставка грузов к Титану очень дорога, поэтому такое решение вряд ли будет практичным.
Таким образом, наиболее перспективным направлением для этой технологии остаются миссии на Марс. По мнению авторов статьи, результаты моделирования выглядят многообещающе, и было бы целесообразно создать опытный образец системы для дальнейших испытаний.
Ранее ученые подсчитали, как быстрее всего долететь до самого далекого объекта Солнечной системы. Один из способов — зонд с солнечным парусом. Рассказали, сколько лет ему потребуется на то, чтобы достичь Седны.
Визуализация NASA
Самое популярное
