Миссия по перенаправлению астероидов - Asteroid Redirect Mission

Захваты на концах манипуляторов используются для захвата и защиты валуна от большого астероида. Как только валун будет закреплен, ноги оттолкнутся и обеспечат начальный подъем без использования подруливающих устройств.

Перенаправление Mission Астероид ( ARM ), также известный как Астероид Retrieval и утилизации ( ARU миссии) и инициативы Астероид , была космическая миссия , предложенный НАСА в 2013 году Астероид индексирование Robotic Mission (ARRM) космический корабль сблизится с большим рядом - Заземлите астероид и используйте роботизированные манипуляторы с якорными захватами, чтобы извлечь 4-метровый валун с астероида.

Космический корабль будет характеризовать астероид и продемонстрировать по крайней мере одну технику планетарной защиты , прежде чем транспортировать валун на стабильную лунную орбиту , где он может быть дополнительно проанализирован как роботами-зондами, так и будущей миссией с экипажем, ARCM (Asteroid Redirect Crewed Mission). В случае финансирования миссия была бы запущена в декабре 2021 года с дополнительными целями по тестированию ряда новых возможностей, необходимых для будущих человеческих экспедиций в дальний космос, включая усовершенствованные ионные двигатели .

В предлагаемом бюджете НАСА на 2018 год предусматривается его отмена, миссия получила уведомление о прекращении финансирования в апреле 2017 года, а НАСА объявило о «закрытии» 13 июня 2017 года. Ключевые технологии, разрабатываемые для ARM, продолжаются, особенно двигательная установка ионного двигателя. система, которая должна была быть запущена в роботизированной миссии.

Цели

Астронавт на открытом воздухе, чтобы взять образцы астероидов, Орион на заднем плане

Основная цель миссии по перенаправлению астероидов заключалась в разработке возможностей исследования дальнего космоса, необходимых для подготовки к миссии человека на Марс и другие пункты назначения в Солнечной системе в соответствии с гибкими маршрутами НАСА « Путешествие на Марс» .

Предшественник Марса

Миссии космических буксиров, позволяющие отделить некритическую по времени логистику на Марсе от экипажа, могут снизить затраты на целых 60% (при использовании усовершенствованной солнечной электрической тяги (ионные двигатели)) и снизить общий риск миссии за счет возможности проверки на месте. из критических систем до отбытия экипажа.

Мало того, что технологии и конструкции солнечной электрической тяги (SEP) будут применяться в будущих миссиях, но и космический корабль ARRM будет оставлен на стабильной орбите для повторного использования. В проекте заложены основы любой из множества возможностей заправки топливом; полезная нагрузка, связанная с астероидом, находится на одном конце автобуса для возможного удаления и замены в ходе будущего обслуживания или в качестве отдельного космического корабля, оставляя квалифицированный космический буксир в окололунном пространстве.

Расширенные и устойчивые операции в дальнем космосе

Миссии с роботами и экипажем продемонстрируют возможности за пределами околоземной орбиты, но в течение нескольких дней с учетом непредвиденных обстоятельств. Дистанционная ретроградная лунная орбита (DRO), охватывающая L1 и L2 Земля-Луна , по сути, является узлом для захвата и захвата системы Земля. Это тем более верно, если для длительного пребывания людей используется модуль расширения исследований (EAM) , возможно, с помощью модуля SEP, подобного ARRM. На обратном пути с Марса человеческая миссия может сэкономить тонны массы за счет захвата в DRO и перехода на припаркованный Орион для возвращения на Землю и входа в нее.

Дополнительные цели

Вторичной целью было разработать необходимую технологию для вывода небольшого околоземного астероида на лунную орбиту - «астероид был бонусом». Там он мог быть проанализирован экипажем миссии Orion EM-5 или EM-6 ARCM в 2026 году.

Дополнительные цели миссии включали демонстрацию методов планетарной защиты , способных защитить Землю в будущем - таких как использование космических роботов для отражения потенциально опасных астероидов. Рассматриваются следующие варианты отклонения астероида: захват астероида и его прямое перемещение, а также использование техники гравитационного трактора после сбора валуна с его поверхности для увеличения массы («трактор с усиленной гравитацией»).

Миссия также проверит производительность передовых солнечных электрических двигателей (ионных двигателей) и широкополосной лазерной связи в космосе . Эти новые технологии помогут отправить на Марс большое количество грузов, мест обитания и топлива перед полетом человека на Марс и / или Фобос.

Миссия НАСА по перенаправлению астероидов
Транспортное средство перенаправления астероидов продемонстрирует технику планетарной защиты « гравитационный трактор » на астероиде опасных размеров. Этот метод использует массу космического корабля (18 тонн) и его 6-метровый валунный груз (не менее 20 тонн), чтобы передать гравитационную силу на астероид, медленно изменяя траекторию астероида. ( ogv ; gif )

Обзор космического корабля

Захваты для астероидов на концах манипуляторов используются для захвата и защиты 6-метрового валуна от большого астероида. Для окончательного закрепления валуна на захватном механизме будет использоваться интегрированное сверло.
Визуализация транспортного средства перенаправления астероидов, покидающего астероид после захвата валуна с его поверхности.

Транспортное средство приземлится на большой астероид, а захваты на концах манипуляторов будут захватывать и удерживать валун от поверхности большого астероида. Захваты углублялись в валун и создавали прочный захват. Для окончательного закрепления валуна на захватном механизме будет использоваться интегрированное сверло. Как только валун будет закреплен, ноги оттолкнутся и обеспечат начальный подъем без использования подруливающих устройств.

Движение

Космический корабль будет приводиться в движение усовершенствованной солнечной электрической двигательной установкой (SEP) (возможно, двигателем на эффекте Холла , см. Ионный двигатель ). Электроэнергия будет обеспечиваться за счет высокоэффективных солнечных панелей типа UltraFlex (50 кВт).

Усовершенствованный ионный двигатель использует 10% топлива, необходимого для эквивалентных химических ракет, он может обрабатывать в три раза больше мощности, чем предыдущие конструкции, и увеличивает эффективность на 50%. Он будет использовать эффект Холла , который обеспечивает низкое ускорение, но может непрерывно стрелять в течение многих лет, разгоняя большую массу до высокой скорости. Двигатели на эффекте Холла улавливают электроны в магнитном поле и используют их для ионизации бортового ксенонового топлива. Магнитное поле также создает электрическое поле, которое ускоряет заряженные ионы, создавая выброс плазмы, который толкает космический корабль вперед. Концепт космического корабля имел бы сухую массу 5,5 тонны и мог бы хранить до 13 тонн ксенонового топлива.

Каждый двигатель малой тяги будет иметь уровень мощности от 30 до 50 киловатт, и несколько двигателей могут быть объединены для увеличения мощности космического корабля SEP. Этот двигатель, масштабируемый до 300 киловатт и более, исследуется и разрабатывается Northrop Grumman совместно с Sandia National Laboratories и Мичиганским университетом . Проектом руководит Исследовательский центр Гленна НАСА .

Даже в пункте назначения система SEP может быть настроена для обеспечения питания для обслуживания систем или предотвращения выкипания топлива до прибытия экипажа. Однако существующие солнечно-электрические двигательные установки , пригодные для полетов, находятся на уровне 1–5 кВт. Грузовой полет на Марс потребует ~ 100 кВт, а полет с экипажем ~ 150–300 кВт.

Предлагаемый график

Первоначально планировалось на 2017, затем на 2020 год, а затем на декабрь 2021 года. Миссия получила уведомление о прекращении финансирования в апреле 2017 года. Ракета-носитель могла бы быть Delta IV Heavy , SLS или Falcon Heavy . Валун должен был выйти на лунную орбиту к концу 2025 года.

Целевой астероид

По состоянию на 29 октября 2017 года известно 16 950 сближающихся с Землей астероидов , которые были обнаружены различными поисковыми группами и внесены в каталог как потенциально опасные объекты . К началу 2017 года НАСА еще не выбрало цель для ARM, но для целей планирования и моделирования сближающийся с Землей астероид (341843) 2008 EV 5 использовался в качестве примера для того, чтобы космический корабль мог уловить одиночный 4-метровый (13 футов) валун из него. Другими кандидатами на астероиды в качестве родителей были Итокава , Бенну и Рюгу .

Углеродистый валун , который был бы захвачен миссией (максимальный диаметр 6 метров, 20 тонн) слишком мал , чтобы нанести вред Земле , потому что она сгорит в атмосфере. Перенаправление массы астероида на далекую ретроградную орбиту вокруг Луны гарантирует, что он не может поразить Землю, а также оставит ее на стабильной орбите для будущих исследований.

История

Администратор НАСА Роберт Фрош свидетельствовал перед Конгрессом о «возвращении астероида на Землю» в июле 1980 года. Однако он заявил, что в то время это было невозможно.

Миссия ARU, исключая любые полеты человека к астероиду, которые она может позволить, была предметом технико-экономического обоснования в 2012 году Институтом космических исследований Кека . Стоимость миссии была оценена Исследовательским центром Гленна примерно в 2,6 миллиарда долларов, из которых 105 миллионов долларов были профинансированы в 2014 году на разработку концепции. Представители НАСА подчеркнули, что ARM задумывалась как один из шагов в долгосрочных планах полета человека на Марс .

«Вариант А» заключался в развертывании контейнера, достаточно большого для захвата свободно летящего астероида до 8 м (26 футов) в диаметре.

Были изучены два варианта извлечения небольшого астероида: вариант А и вариант Б. Вариант А предусматривает развертывание большого 15-метрового (50 футов) мешка для захвата, способного удерживать небольшой астероид диаметром до 8 м (26 футов), и вариант А. масса до 500 тонн. Вариант B, который был выбран в марте 2015 года, предусматривает посадку транспортного средства на большой астероид и развертывание роботизированных манипуляторов, чтобы поднять валун диаметром до 4 м (13 футов) от поверхности, транспортировать его и вывести на лунную орбиту. . Этот вариант был определен как более подходящий для будущих рандеву , автономной стыковки , посадки , пробоотборника , планетарной защиты , добычи полезных ископаемых и технологий обслуживания космических кораблей.

Команда по извлечению образцов астероидов с лунной орбиты ( Orion EM-3 ) была раскритикована как ненужная часть миссии с утверждениями, что тысячи метеоритов уже были проанализированы и что технология, используемая для извлечения одного валуна, не помогает в разработке пилотируемая миссия на Марс. Планы не были изменены, несмотря на то, что 10 апреля 2015 года Консультативный совет НАСА предложил НАСА не реализовывать свои планы по ARM, а вместо этого разработать солнечную электрическую силовую установку и использовать ее для питания космического корабля в полете к Марсу и обратно.

В январе 2016 года Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) заключила контракты на проектные исследования космического корабля на основе солнечной электрической тяги. Роботизированная миссия ARRM была бы первым этапом ARM. Контракты были выиграны компанией Lockheed Martin Space Systems , Литтлтон, Колорадо; Boeing Phantom Works , Хантингтон-Бич, Калифорния; Орбитальная АТК , Даллес, Вирджиния; и космические системы / Лорал , Пало-Альто, Калифорния.

В мае 2016 года ASI ( Итальянское космическое агентство ) согласилось на совместное исследование и возможное участие Италии.

Согласно бюджету НАСА на 2018 год, предложенному администрацией Трампа в марте 2017 года, эта миссия была отменена. 13 июня 2017 года НАСА объявило о «фазе закрытия» после прекращения финансирования. НАСА подчеркнуло, что ключевые технологии, разрабатываемые для ARM, будут продолжаться, особенно солнечная электрическая двигательная установка, которая использовалась бы в рамках роботизированной миссии, которая будет использоваться на Лунных воротах в качестве силового и двигательного элемента .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

YouTube видео