Космические рыбаки NASA (Robert Winglee отжигает)



За творчеством Robert Winglee (кликнуть,что бы посмотреть анфас) я слежу, пожалуй, со времён альма-матер. Интерес был ещё со времён публикации Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion (M2P2). Занятный и увлекающийся (я бы даже сказал, сильно увлекающийся) человек, который иногда напрочь забывает свои же базовые познания, полученные в ВУЗе.


В свое время я даже тиснул статью на эту тему статью: MagBeam: плазменное надувательство.
Надысь прочитал о его новой разработке (и новом увлечении) "Europa Kinetic Ice Penetrator System for Hyper Velocity Instrument University of Washington,2016 Committee:Robert Winglee &Carl Knowlen" и тут же вспомнил статью Cosmic Concept: Going Fishing on Other Planets. в Popmech.


Новость уже с «душком», но возможно кому-то будет интересно. Тем более NASA до сих пор не отменило её финансирование. Как пишет "Популярная механика-USA":
Из-за непомерной стоимости только несколько миссий, включая лунный Аполлон, смогли доставить образцы внеземного материала (грунта) на Землю. Один ученый хочет изменить эту парадоксальную ситуацию, и предлагает идею космического корабля с вариацией «удочки», который может получить материал грунта с планеты или астероида без фактической посадки.
И кто же этот герой? Опять известный нам изобретатель плазменных ветров-профессор Robert Winglee!

Роберт Winglee, председатель Отделения наук о Земле и прочих космических наук в Университете штата Вашингтон, говорит, что миссии - те, которые доставляют материалы грунта из других астрономических тел на Землю, очень мало дают информации о строении Вселенной по причине их малого количества и, как правило, из-за огромных затрат.
Космический аппарат должен приземлиться на поверхности другой планеты (спутника, астероида, кометы), взять образец, взлететь и доставить его на Землю.
«Это не значит, что таких технологий нет»- говорит Winglee: «Это, означает, что стоимость такой операции довольно высока.»

Winglee и его студенты надеются, что ими разработана система (технология), которая может резко сократить стоимость извлечения образца инопланетного грунта путем исключения из миссии этапа посадки КА на исследуемый внеземной объект.

Вот так. Ни больше, не меньше. Заостряю на этом внимание читателя.
Команда студентов под руководством доктора Winglee ведет усиленные исследования по разработке специфической приблуды для космического аппарата, который мог бы, пролетая мимо планеты или астероида, не осуществляя фактической посадки, выстрелить в поверхность пенетратором, привязанным к космическому кораблю тросом. Полученный в результате внедрения в кору планетоида материал межпланетная станция должна забрать себе обратно (втянет пробник за трос) на борт, и возвратить на Землю.

На первый взгляд всё круто и разумно. Произведены тесты на земле, обстреляны грунт пустыни, бревно, лёд и прочие подручные и подножные субстанции.

Космические рыбаки NASA (Robert Winglee отжигает)


Организованы целые группы и консорциумы (UCL DEPARTMENT OF SPACE & CLIMATE PHYSICS PLANETARY SCIENCE GROUP)+существует проект Europa Kinetic Ice Penetrator (EKIP).

Как только ни мучили пробойники-керны, днища соленого озера долбили и конечно напрягали студентов (аспирантов)-бездельников.




Работа кипит. Деньги текут. ФРС США работает. НАСА осваивает бюджеты.




В общем и целом начальная процедура пенетрации выглядит так:
Межпланетная станция, подлетая к Европе (или мимо пролетая), производит пенетрацию- ну, или в моей интерпретации "закидывает удочку".


Исследователи провели свои испытания первоначально на полигонах с «мягким грунтом»: дно высохшего озера в пустыне Блэк-Рок (Nevada), и вот-вот готовятся перейти на «hard» грунты China Beach, где они прогнозируют столкнуться с трудными типами почв вулканического происхождения - очень близких по составу к тем, что могут встретиться на астероидах.

Если их снаряды переживут воздействие пробития тверди земной, лелеют мечты в Вашингтоне, то эта технология может быть запущена в течение ближайших десяти лет.

«Я думаю, что мы либо осилим это или разобьём его» сказал Winglee. «Мы хотели бы узнать как влияет на состояние бура скорость Mach 2 при его входе в твердую землю.»
Цитата: Winglee
"I think it's make it or break it," Winglee said. "We would like to demonstrate how to make a Mach 2 impact into the hard ground, which would be an amazing accomplishment as you might imagine."


Сознательно концентрирую внимание на употреблении термина «скорость Mach 2»! Я вредный. Хочется поязвить по поводу употребления профессором и руководителем (Department of Earth and Space Sciences, University of Washington Seattle, WA 98195-1310,Director Washington NASA Space Grant Consortium) Robert M. Winglee понятия числа Маха для практически без атмосферного спутника Юпитера (единичные линии атомарного О2 и Н2, атмосферное давление на поверхности Европы примерно равно 0,1 мкПа (но не более одного микропаскаля), или 10^−12 атм) и при температуре отнюдь не +20°C).

Для справки:
1.Давление в камере установки для термоядерных реакций до 10^-11 атм;
2.Давление атмосферы на высоте 120 км над Землей примерно 2,67*10^-3 атм;

Вакуум, инженерный космос-мы на "Европах" далеко за линией Кармана (которой там отродясь не бывало). Какие «числа Маха» и «критерии Рейнольдса»?

В интервью-то он вещал о перспективных скоростях под 650 м/с. Ну да, ладно. Извечная история о «манагерах» и инженерах, «дырках» и отверстиях. Гранты получены (как и с "Плазменным надувательством"). «Жизнь удалась».

Новаторы мучили разные конструкционные материалы: алюминий, композиты, сталь. Даже была исполнена IT-шниками некая крутая программа для всех «расчётов»:


Примечание:
Europa здесь не имеет никакого отношения к Европе, как части Евразии и не входит в ЕЭС.
Европа в этой статье это спутник в системе Юпитера (шестой спутник) - или Юпитер II.

Для ознакомления «футурология от РенТВ». Нет, вы меня не пинайте за то, что я бурчу не по делу, этакий ретроград от «Роскосмоса»! Просто мои потраченные годы на учёбу и добывание хлеба насущного генерируют «Глас вопиющего в пустыне».

Попробую обосновать своё старческое нытьё:
1. «Пенетратор» - этот, по сути, аналог строительного дюбеля в симбиозе с линём от ружья для подводной охоты, или наоборот: союз ружья, линя и дюбеля (вместо остроги) . Войти-то он в тело Европы конечно войдёт, в лёд Европы тем более.
А вот насчёт «выйти» и «дёрнуть его тросом», да ещё с космического аппарата, мчащегося мимо цели с V=1,68 км/с (минимум), боюсь, возникнут существенные проблемы. Конечно: можно использовать и пирозапалы (главное, чтобы они не сработали при пробитии коры планетоида) для освобождения динамического бура, однако… «Меня опять терзают смутные сомнения»™.

Мой опыт использования дюбель-пистолетов и ружья для подводной охоты возмущается и вопит: «ничего не выйдет». А именно: перекосит, переклинит, температурные деформации опять же (при прохождении БОПС через броню (бронесталь) течёт (и БОПС-то же течёт).



Вообще вся «идея», предложенная Winglee&Co., выглядит донельзя странно. Аналог: «Корчевание пня с помощью автомобиля».

Только без опоры уже. Видимо профессор не читал классиков:


Роберт-то и на земле использовал отбойный молоток, лом и лопату, чтобы освободить керн-пенетратор:


А чем выковыривать сей якорь межпланетному зонду? Рычагом? Как опереться на пустоту? Что там (в Вашингтонском универе) мыслят про орбитальную скоростью и запас Еп= Ек+Ер? Я так думаю - либо космический аппарат притянется к Европе (Астероиду), либо (вдруг случится чудо) Европа притянется к космическому аппарату.

2. «А на фига козе баян?»

Что мы знаем про Юпитер II (привожу Европу, так как про остальные астероиды нет смысла и говорить)? Много (со времён Коперника уже очень много):
Орбитальная скорость (v)= 49 476,1 км/ч

Ускорение свободного падения на экваторе (g)= 1,315 м/с²
Вторая космическая скорость (v2)= 2,026 км/с

Луна для сравнения.
Вторая космическая скорость для Земли (v2)=11,2 км/с. Космическому аппарату, подлетая к боку Юпитера, и прекрасной Европе надо тормознуть (вернее сначала уравнять скорость и её вектор КА с орбитальной скоростью и вектором Европы, а затем тормознуть). Первая космическая скорость (v1) для Европы = 1,68 км/с. Подлётная к Юпитеру (относительно Солнца) под 11 км/с.

Я таки напомню «Вояджер-2»:


Т.е. Vсближения= 10-10,5 км/с надо погасить до 1,68 км/с, синхронизировать орбитальную скорость и скорость вращения (13,73 км/с), выйти на экваториальную орбиту Европы, выстрелить бур-пенетратор, выковырять его из Европы, затащить обратно (сп. п.1) и развить вторую космическую для возвращения на Землю.

Я не буду нудно считать, что выгоднее по массе: запас топлива для посадки на практически безвоздушный спутник Юпитера и старт с него, либо
пенетратор+РДТТ для разгона его до «2Mach»+трос+электродвигатель для его смотки (поднятия)+стабилизаторы вращения бухты (демпферы, стопоры и т.д.)+двигатели ориентации и коррекции орбиты+гиродин+ ещё чего я позабыл (БЕЗ ЭТОГО - ну никак: будет рикошет, трос порвёт, орбитальная скорость упадёт)
.
ИМХО: ЗАПАС ТОПЛИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ для посадки и взлёта с небесного тела (g=1,315 м/с²) - будет полегче.

Вывод то очевиден: спокойно сесть, пробуриться (или скребком ковырнуть), поместить в контейнер, взлететь, дать импульс для набора v2 и доставить груз на Землю.

Справка: поверхность Европы состоит изо льда (вода и сера с Ио, который коптит рядом) и является одной из самых гладких в Солнечной системе, на ней очень мало кратеров, но много трещин.
Вода: Н2О и сера (S) - прекрасный топливный компонент.
Даже если Н2О использовать лишь как топливо (без разложения на Н2 и О2)
Mg+H2O-> MgO+ H2
2Al + 3H2O —> Al2O3 + 3H2
Можно сжигать Н2, а можно использовать принцип гидрореагирующих топлив, смотри ВА-111 Шквал М-5.
Отличный РДТТ с гидрореагирующим топливом на базе твердого топлива СН-1 (высокометаллизированное топливо на основе магния).

Расплавить лёд Европы? Какие проблемы?
Так любой КА дальнего космоса имеет РИТЭГ или его аналог: +300+500°C в избытке, его девать некуда.

Главное, что на Европе «под ногами» есть масса для создания импульса. Эта субстанция легко добываема (лёд), причём это Н2О, с которой человечество знакомо с момента своего зарождения.

Всё как обычно — смотрим станцию Луна-16.
Масса КА: 5725 кг. Масса возвратной ракеты: 512 кг. Масса спасаемого аппарата: 34 кг.
Возвратная ракета представляет собой самостоятельный ракетный блок с однокамерным жидкостным реактивным двигателем тягой 1850 кг и системой из трех сферических баков с компонентами топлива тетраоксид азота и несимметричный диметилгидразин. Диаметр центрального бака 67 см, диаметр каждого из периферийных баков 53 см. Система подачи топлива—вытеснительная. Для стабилизации ВР на активном участке служили рулевые сопла общей тягой 70 кг.
Всего 512 кг… и это с учётом, что изначально корректирующе-тормозной модуль (КТ) создавался для доставки самоходного аппарата на поверхность Луны
.

Ну или вариант Appolon.
Кому что по душе. Меняются пропорции (оно и понятно - массы разные), но принцип тот же самый.
Меня тут апологеты NASA на днях заклевали:
Цитата: НАСАфанат
"Откуда взялось использование «удочки» применительно к Европе? Ага, Europa Kinetic Ice Penetrator ведь, все очевидно. Вот только в описании EKIP нет ни слова о заборе образцов, а лишь о разработке пенетратора, пригодного для Европы. Система вполне может использоваться для астероидов или мелких спутников,".

Ну да - описание (работу) "фанат" не читал. Ограничился жмыхом.

Europa Kinetic Ice Penetrator (EKIP) назвали "от балды"? Вероятно, непристойно звучит A(steroid)KIP, или S(putnik)KIP для американского уха. И про заборы образцов, конечно, "ничего нет":
The nose cone with a center bore and side ports allowed for filling of the SRC but the sample had possible morphic effects due to turbulent boundary effects which could affect the post-analysis process.
Чего же так они беспокоятся об опилках, стружке, температурном воздействии пенетрации на исследуемом грунте. И это что?


Сам пенетратор с проушиной для троса:


"Winglee's team is working on the design of a spacecraft that could sail past a planet, moon, or asteroid. While never quite reaching orbit, it would drop a sample retriever, which would be tethered to the spacecraft like a boat anchor, down to the surface. With the material gathered, the spacecraft would zip the line right back up before returning the whole mission home."

Не нравится моя теория удочки, используйте тогда «якорь» Роберта. Поменяется ли суть?

Цитата: НАСАфанат
"В упомянутой популярной статье говорится об использовании этой системы с пролетной траектории.."

О как! На пролётной траектории (на 10,5 км/с) выстрелить (650 м/с), размотать трос, пенетрирнуть ("прости меня Господи") или "дюбельнуть", выдернуть (кернодюбель), быстро смотать трос и, вильнув хвостом, пролететь к дому? Да? Всё верно? Я ничего не забыл?

Я предложил фану эксперимент. Любитель NASA садится в личное авто и далее следует пунктам:
1. Берёт подводное ружьё с максимально возможной длиной троса. Заряжает, ставит на предохранитель.
2. Найдёт забор (деревянный), например, хоккейная коробка. Смотрит, нет ли кругом людей и прочей живности.
3. Двигается вдоль забора на личном авто, с любой скоростью, какую осилит. Желательно побыстрее.
4. Выстреливает в забор через окно авто (может, когда будет на наименьшем расстоянии, может заранее, с упреждением так сказать). Попал и заякорился? Отлично!
5. Пытается выдернуть острогу (керн-пенетратор) из забора, нажав стопор на ружье. ПРИ ЭТОМ АВТОМОБИЛЬ ДОЛЖЕН ДВИГАТЬСЯ С ТОЙ ЖЕ СКОРОСТЬЮ ВДОЛЬ ЗАБОРА.

Получилось? Что? Оторвало руку? Или повезло, и порвался всего лишь тросик?
Ничего страшного!
Теперь аппроксимируем полученные ощущения на линейную "пролётную" скорость в 1,68 км/с (это минимальная, иначе рухнет КА на Европу).
Да ещё надо учесть, что КА не будет иметь точки опоры-невесомость однако.

Если уж так любо дистанционное зондирование: пролетая мимо - выстрелил снарядоракетой, всколыхнул твердь Юпитера-II, снял спектрограмму облака пыли, произвел радиоизотопный анализ, при благоприятном стечении обстоятельства «засосал» часть продуктов выброса в контейнер (атмосферы нет, гравитация мизер) и домой.

Всё. Доклад закончен. Кто не уснул - большое спасибо.

Первоисточники и использованные фото, видео и документы:
"Europa Kinetic Ice Penetrator System for Hyper Velocity Instrument"
Deposition Tessa Robinson(Master of Science in Aeronautics & Astronautics) Committee:Robert Winglee,Carl Knowlen (University of Washington), 2016

www.earthweb.ess.washington.edu
www.nasa.gov
www.youtube.com
www.hypernova.ru
www.wikipedia.org
www.popularmechanics.com
www.galspace.spb.ru
www.topwar.ru
www.forbes.com
Автор:
Антон [opus]
Ctrl Enter

Заметили ошЫбку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

27 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти