Как мисията за връщане на проба от Марс може да стане електрическа

Примерно връщане на изкачване на Марс

Изглед на художника за издигащия се модул на Марс за обратна проба (MSR), издигащ се от повърхността на Марс с пробите от марсианска почва. (Изображение кредит: ESA)



Разрешаването на мистерията на живота на Марс изисква роботи да събират проби от Марс за връщане на Земята - мисия, която може да дойде с астрономическата цена от 5 до 10 милиарда долара. Това пътуване до Червената планета може да стане по -евтино с помощта на електрическо задвижване.



Мисията на Марс за връщане на проби (MSR) ще изисква мощни електрически двигатели и ефективни слънчеви панели, които в момента се разработват по целия свят или дори вече съществуват. Подобна технология ще позволи на мисията на Марс да облекчи натоварването с химическо гориво, носено от традиционните ракети и космически кораби - и е в рамките на обсега за мисия да се опита да възстанови марсианските скали и почва през следващите десетилетие или две.

„Шансовете за наличие на надеждна технология за MSR в рамките на периода след 2020 г. изглеждат добри“, каза Волфганг Себолт, физик от Германския аерокосмически център (DLR).



Наличието на електрическо задвижване също може да ускори кръговото пътуване до Марс. Общото време на мисията може да се окаже особено полезно за евентуални човешки мисии до Марс поради риска, който например космическите лъчи с висока енергия представляват за астронавтите по време на пътуването. [Най -смелите мисии на Марс някога]

Използване на силата на слънчевата светлина

Повечето космически мисии изгарят химически горива, за да получат голям тласък отпред, който трае толкова дълго, колкото доставката на гориво. Подобно химическо задвижване позволи на огромните ракети „Аполо“ и пенсионираната флотилия космическа совалка да избягат от земната гравитация и да влязат в орбита и биха послужили на подобна цел за изстрелване на всякакви мисия до Марс .



Мисията на Марс може да премине към използване на електрическо задвижване, след като достигне земната орбита и започне пътуването си до Марс, каза Себолт. Това ще започне бавно чрез превръщане на ксеноново гориво в поток от електрически заредени йонни частици , но се изграждат до висока скорост с течение на времето с практически неограничени доставки на електроенергия от слънчеви панели.

Космическият кораб на орбиталния апарат Марс може да се окаже по -евтин и поне толкова бърз, колкото традиционните мисии с химическо задвижване (ако не и по -бърз), дори ако трябва да носи допълнителната маса от големи слънчеви панели. „Спестяването на гориво надвишава компенсацията на увеличаването на масата от големите слънчеви масиви“, обясни Себолт. [ Кацане на Марс: Колко по -добри сме? (Видео) ]

ТОВА



Програмата Aurora на ESA има за цел да подготви Европа да играе ключова роля в бъдещото човешко изследване на Марс и в изследването на Слънчевата система.(Изображение кредит: ESA / P.Carril)

Планиране на пътуване до Марс

Конвенционалният сценарий на мисията включва два космически кораба, изстреляни отделно от Земята - орбитален апарат и кацащ апарат. Кацащият се качва на Червената планета до събира проби . Изкачващо се превозно средство, превозващо пробите, след това ще излети от повърхността на Марс, използвайки традиционни химически горива, така че да може да се присъедини отново към орбитата за обратното пътуване до Земята.

Хибридна версия на конвенционалния сценарий на мисията би включвала орбиталния апарат, използващ електрическо задвижване. В усъвършенстван сценарий кацащият може дори да се вози на електрическия орбитален апарат в стила на прасенце, за да достигне червената планета.

По-лекото натоварване с гориво би означавало, че електрическият орбитален апарат на Марс в конвенционалния сценарий би могъл да изстреля от Земята на борда средна ракета като Союз-Фрегат, а не тежката ракета Ariane 5 ECA. Сценарият на мисията с най-баребоун може също да използва слънчева решетка от 20 киловата с изисквания за мощност, подобни на тези на комуникационните спътници в геостационарна орбита над Земята.

Рискът от слънчева енергия

Но Себолт и неговият колега Уве Дерц също посочиха някои рискове и неизвестности в предложението си, подробно описано в броя на списанието Acta Astronautica за август-септември. Например техният документ разглежда само ограничен брой стартови прозорци около периода 2020 г.

Цената на електрическата мисия на Марс зависи от цената на задвижващата система и от това дали е по -скъпа от възможното спестяване на разходите за изстрелване. Това зависи до голяма степен от това дали части от други космически кораби могат да бъдат използвани повторно - например подобна на Европа мисия BepiColombo в Европа към Меркурий, планирана за 2015 г.

Някои планиращи мисии в космическите агенции също имат притеснения относно надеждността и живота на технологията за електрическо задвижване, според Seboldt. В допълнение, слънчевите масиви са изправени пред възможни щети от слънчевите космически лъчи, които също застрашават орбиталните спътници и Международната космическа станция.

Захранване напред

И все пак технологията за слънчево електрическо задвижване получи засилване през последните години. Американският космически гигант Boeing планира да използва такова задвижване в повече от своите геостационарни спътници - както за преместване в геостационарна орбита, така и за поддържане на орбита - отваряйки пазара и подтиквайки технологичното развитие на всички космически кораби и спътници.

Европейската космическа агенция планира да разполага със слънчеви масиви, осигуряващи до 30 киловата мощност и двигателни системи, работещи в диапазона от 20 киловата след периода 2020 г. Междувременно тестовете на спътници и на борда на космическата станция биха могли да повишат доверието в технологията.

„Вероятно Международната космическа станция може да бъде добро място за тестване на новоразработени двигатели при екстремни космически условия“, каза Себолт. 'Също така трябва да се проучи захранването с големи разгръщащи се, леки и ефективни слънчеви масиви.'

Неотдавнашна конференция в Москва, наречена „4-та руско-германска конференция за електрически задвижвания и тяхното приложение 2012: електрически задвижвания. New Challenges подчертаха много обещаваща мисия за връщане на проба на Марс, използваща слънчево електрическо задвижване.

Ако оптимизмът се окаже верен, слънчевото електрическо задвижване би могло да направи нещо повече от това да помогне да се хвърли светлина върху живота на Марс - това би могло също да задвижи човешките мисии до Червената планета или отвъд нея.

Тази история е предоставена от Списание „Астробиология“ , уеб-базирано издание, спонсорирано от НАСА астробиологична програма .