• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Utvinner månen efter raketbränsle för att ta oss till Mars

    Between the Earth and the moon:En konstnärs återgivning av en tankningsdepå för utforskning av rymden. Kredit:Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

    Fyrtiofem år har gått sedan människor senast satte sin fot på en utomjordisk kropp. Nu, månen är tillbaka i centrum för ansträngningarna inte bara för att utforska rymden, men för att skapa en permanent, oberoende rymdfarande samhälle.

    Att planera expeditioner till jordens närmaste himmelska granne är inte längre bara en NASA-insats, även om den amerikanska rymdorganisationen har planer på en rymdstation som kretsar runt månen som skulle fungera som en rastplats för Mars-uppdrag i början av 2030-talet. United Launch Alliance, ett joint venture mellan Lockheed Martin och Boeing, planerar en måntankstation för rymdfarkoster, kan stödja 1, 000 människor som lever i rymden inom 30 år.

    Miljardärerna Elon Musk, Jeff Bezos och Robert Bigelow har alla företag som syftar till att leverera människor eller varor till månen. Flera lag som tävlar om en del av Googles kontantpris på 30 miljoner USD planerar att skjuta upp rovers till månen.

    Vi och 27 andra studenter från hela världen deltog nyligen i 2017 års Caltech Space Challenge, föreslår konstruktioner av hur en månuppskjutnings- och leveransstation för djupa rymduppdrag kan se ut, och hur det skulle fungera.

    Råvarorna för raketbränsle

    Just nu är alla rymduppdrag baserade på, och lanserades från, Jorden. Men jordens gravitationskraft är stark. För att komma in i omloppsbana, en raket måste färdas 11 kilometer i sekunden – 25, 000 mil i timmen!

    Varje raket som lämnar jorden måste bära allt bränsle den någonsin kommer att använda för att nå sin destination och, om det behövs, tillbaks igen. Det bränslet är tungt – och att få det att röra sig i så höga hastigheter kräver mycket energi. Om vi ​​kunde tanka i omloppsbana, att uppskjutningsenergi skulle kunna lyfta fler människor eller last eller vetenskaplig utrustning i omloppsbana. Då kunde rymdfarkosten tanka i rymden, där jordens gravitation är mindre kraftfull.

    Gruvdrift på månen, en konstnärs återgivning. Kredit:Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

    Månen har en sjättedel av jordens gravitation, vilket gör det till en attraktiv alternativ bas. Månen har också is, som vi redan vet hur man bearbetar till ett väte-syre-drivmedel som vi använder i många moderna raketer.

    Roving Luna

    NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter och Lunar Crater Observation and Sensing Satellite-uppdrag har redan hittat betydande mängder is i permanent skuggade kratrar på månen.

    Dessa platser skulle vara svåra att bryta eftersom de är kallare och inte erbjuder något solljus för att driva rovingfordon. Dock, vi skulle kunna installera stora speglar på kratrarnas kanter för att lysa upp solpaneler i de permanent skuggade områdena.

    Rovers från Googles Lunar X Prize-tävling och NASA:s Lunar Resource Prospector, planeras att lanseras 2020, skulle också bidra till att hitta bra lägen för att bryta is.

    Föreställer mig en månbas

    Beroende på var de bästa isreserverna finns, vi kan behöva bygga flera små robotbaserade månbaser. Var och en skulle bryta is, tillverka flytande drivmedel och överföra det till passerande rymdfarkoster. Vårt team utvecklade planer för att utföra dessa uppgifter med tre olika typer av rovers. Våra planer kräver också några små robotskyttlar för att möta upp närliggande rymdfarkoster i månbana.

    En konstnärs återgivning av månroverkoncept. Kredit:Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

    En rover, som vi kallar prospektören, skulle utforska månen och hitta isbärande platser. En andra rover, konstruktören, skulle följa efter, bygga en startramp och packa ner vägar för att underlätta rörelserna för den tredje rovertypen, gruvarbetarna, som faktiskt samlar upp isen och levererar den till närliggande lagringstankar och en elektrolysanläggning som delar upp vatten till väte och syre.

    Konstruktören skulle också bygga en landningsplats där den lilla transportrymdfarkosten nära månen vi kallar Lunar Resupply Shuttles skulle anlända för att samla bränsle för leverans när nyuppskjutna rymdfarkoster passerar månen. Skyttlarna skulle bränna måntillverkat bränsle och skulle ha avancerade väglednings- och navigationssystem för att resa mellan månbaser och deras målfarkoster.

    En bensinstation i rymden

    När tillräckligt med bränsle produceras, och skyttelleveranssystemet är testat och pålitligt, vår plan kräver att en bensinstation ska byggas i rymden. Skyttlarna skulle leverera is direkt till den kretsande bränsledepån, där det skulle bearbetas till bränsle och där raketer på väg till Mars eller någon annanstans kunde docka för att fylla på.

    Depån skulle ha stora solpaneler som driver en elektrolysmodul för att smälta isen och sedan förvandla vattnet till bränsle, och stora bränsletankar för att lagra det som är tillverkat. NASA is already working on most of the technology needed for a depot like this, including docking and fuel transfer. We anticipate a working depot could be ready in the early 2030s, just in time for the first human missions to Mars.

    To be most useful and efficient, the depot should be located in a stable orbit relatively near both the Earth and the moon. The Earth-moon Lagrangian Point 1 (L1) is a point in space about 85 percent of the way from Earth to the moon, where the force of Earth's gravity would exactly equal the force of the moon's gravity pulling in the other direction. It's the perfect pit stop for a spacecraft on its way to Mars or the outer planets.

    An artist’s rendering of a fuel depot for refueling deep-space missions. Credit:Sung Wha Kang (RISD), CC BY-ND

    Leaving Earth

    Our team also found a fuel-efficient way to get spacecraft from Earth orbit to the depot at L1, requiring even less launch fuel and freeing up more lift energy for cargo items. Först, the spacecraft would launch from Earth into Low Earth Orbit with an empty propellant tank.

    Sedan, the spacecraft and its cargo could be towed from Low Earth Orbit to the depot at L1 using a solar electric propulsion tug, a spacecraft largely propelled by solar-powered electric thrusters.

    This would let us triple the payload delivery to Mars. För närvarande, a human Mars mission is estimated to cost as much as US$100 billion, and will need hundreds of tons of cargo. Delivering more cargo from Earth to Mars with fewer rocket launches would save billions of dollars and years of time.

    A base for space exploration

    Building a gas station between Earth and the moon would also reduce costs for missions beyond Mars. NASA is looking for extraterrestrial life on the moons of Saturn and Jupiter. Future spacecraft could carry much more cargo if they could refuel in space – who knows what scientific discoveries sending large exploration vehicles to these moons could enable?

    By helping us escape both Earth's gravity and dependence on its resources, a lunar gas station could be the first small step toward the giant leap into making humanity an interplanetary civilization.

    Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com