2013–2017 гг. — предложенная НАСА космическая миссия
Миссия по перенаправлению астероидов ( ARM ), также известная как миссия по извлечению и использованию астероидов ( ARU ) и инициатива по астероидам , была космической миссией, предложенной НАСА в 2013 году; позже миссия была отменена. Космический аппарат Asteroid Retrieval Robotic Mission (ARRM) должен был встретиться с крупным околоземным астероидом и использовать роботизированные руки с якорными захватами для извлечения 4-метрового валуна из астероида.
Космический корабль должен был охарактеризовать астероид и продемонстрировать по крайней мере один метод планетарной защиты , прежде чем транспортировать валун на стабильную лунную орбиту , где его можно было бы дополнительно проанализировать как с помощью роботизированных зондов, так и с помощью будущей пилотируемой миссии Asteroid Redirect Crewed Mission (ARCM). [1] Если бы миссия была профинансирована, она стартовала бы в декабре 2021 года [2] с дополнительными целями по испытанию ряда новых возможностей, необходимых для будущих экспедиций человека в дальний космос, включая усовершенствованные ионные двигатели . [3]
Предложенный бюджет НАСА на 2018 год предусматривал его отмену [4] , миссия была уведомлена о прекращении финансирования в апреле 2017 года [5] , а 13 июня 2017 года НАСА объявило о «закрытии». [5] Разработка ключевых технологий для ARM продолжается, особенно ионная двигательная установка, которая должна была быть запущена в ходе роботизированной миссии.
Цели
Основной целью миссии по перенаправлению астероидов было развитие возможностей исследования дальнего космоса, необходимых для подготовки к миссии человека на Марс и другие пункты назначения Солнечной системы [6] [7] в соответствии с гибкими маршрутами НАСА «Путешествие на Марс» . [8] [9] [10] [11] [12]
Предшественник Марса
Космические миссии с буксирами, предназначенные для отделения некритичной по времени логистики на Марсе от экипажа, могут сократить расходы на целых 60% (при использовании усовершенствованных солнечных электрических двигателей (ионных двигателей) [13] ) и снизить общий риск миссии, позволяя проводить проверку критических систем на месте до отправления экипажа. [6] [11] [8] [14] [15] [16]
Не только технологии и конструкции солнечной электрической тяги (SEP) будут применяться в будущих миссиях, но и космический корабль ARRM будет оставаться на стабильной орбите для повторного использования. [6] [8] [11] Проект заложил основу для любых возможностей многократной дозаправки; полезная нагрузка, связанная с астероидом, находится на одном конце шины для возможного удаления и замены при будущем обслуживании или в качестве разделяемого космического корабля, оставляя квалифицированный космический буксир в окололунном пространстве. [7] [9] [17] [18] [19]
Расширенные и устойчивые операции в дальнем космосе
Роботизированные и пилотируемые миссии продемонстрируют возможности за пределами околоземной орбиты, но в пределах нескольких дней возврата. [20] Лунная дистантная ретроградная орбита (DRO), охватывающая L1 и L2 Земли-Луны , по сути, является узлом для выхода из системы Земли и захвата. [11] [21] [22] [23] Это тем более актуально, если исследовательский модуль дополнения (EAM) будет доставлен для длительного пребывания людей, возможно, с помощью модуля SEP, похожего на ARRM. [6] [8] [11] На обратном этапе с Марса пилотируемая миссия может сэкономить тонны массы, захватив DRO и перейдя на припаркованный Orion для возвращения на Землю и повторного входа в атмосферу. [12]
Дополнительные цели
Второстепенной целью была разработка необходимой технологии для вывода небольшого околоземного астероида на лунную орбиту – «астероид был бонусом». [12] Там его мог бы проанализировать экипаж миссии Orion EM-5 или EM-6 ARCM в 2026 году. [2] [24] [25]
Дополнительные цели миссии включали демонстрацию методов планетарной обороны, способных защитить Землю в будущем, например, использование роботизированных космических аппаратов для отклонения потенциально опасных астероидов. [24] [26] Рассматриваются следующие варианты отклонения астероида: захват астероида и непосредственное перемещение его, а также применение методов гравитационного тягача после сбора валуна с его поверхности для увеличения массы («усиленный гравитационный тягач»). [27]
Миссия также должна была проверить производительность усовершенствованной солнечной электрической тяги (ионных двигателей) [13] и широкополосной лазерной связи в космосе . [28] Эти новые технологии помогли бы отправить большие объемы грузов, мест обитания и топлива на Марс перед человеческой миссией на Марс [31] и/или Фобос. [43]
Обзор космического корабля
Аппарат приземлится на большой астероид, а захваты на концах роботизированных рук захватят и закрепят валун на поверхности большого астероида. Захваты вгрызутся в валун и создадут прочный захват. Интегрированное сверло будет использоваться для окончательного закрепления валуна в механизме захвата. [46] После того, как валун будет закреплен, ноги оттолкнутся и обеспечат начальный подъем без использования двигателей. [24] [27]
Усовершенствованный ионный двигатель использует 10% топлива, необходимого для эквивалентных химических ракет, он может обрабатывать в три раза больше мощности, чем предыдущие конструкции, и увеличить эффективность на 50%. [48] Он будет использовать эффект Холла , который обеспечивает низкое ускорение, но может работать непрерывно в течение многих лет, чтобы разогнать большую массу до высокой скорости. [13] Двигатели с эффектом Холла захватывают электроны в магнитном поле и используют их для ионизации бортового ксенонового газа-пропеллента. Магнитное поле также генерирует электрическое поле , которое ускоряет заряженные ионы, создавая выхлопной шлейф плазмы , который толкает космический корабль вперед. [48] Концепция космического корабля будет иметь сухую массу 5,5 тонн и может хранить до 13 тонн ксенонового топлива. [49]
Даже в пункте назначения система SEP может быть настроена на подачу питания для поддержания работы систем или предотвращения выкипания топлива до прибытия экипажа. [6] [52] Однако существующие пригодные для полетов солнечные электродвигатели находятся на уровне 1–5 кВт. Для грузовой миссии на Марс потребуется ~100 кВт, а для пилотируемого полета ~150–300 кВт. [6] [11]
Предлагаемые сроки
Первоначально планировалось на 2017 год, затем на 2020 год [26] [46] , а затем на декабрь 2021 года. [2] Миссия получила уведомление о прекращении финансирования в апреле 2017 года. [5] Ракета-носитель должна была быть либо Delta IV Heavy , SLS , либо Falcon Heavy . [53] Валун должен был прибыть на лунную орбиту к концу 2025 года. [46]
Цель астероида
По состоянию на 29 октября 2017 года известно [обновлять]16 950 околоземных астероидов , [54] которые были обнаружены различными поисковыми группами и каталогизированы как потенциально опасные объекты . К началу 2017 года NASA еще не выбрало цель для ARM, но для целей планирования и моделирования околоземный астероид (341843) 2008 EV 5 использовался в качестве примера для космического корабля, чтобы подобрать с него один валун размером 4 м (13 футов). [24] Другими кандидатами на родительские астероиды были Итокава , Бенну и Рюгу . [53]
Углеродистый валун , который должен был быть захвачен миссией (максимальный диаметр 6 метров, 20 тонн) [45] , слишком мал, чтобы нанести вред Земле, поскольку он сгорит в атмосфере. Перенаправление массы астероида на далекую ретроградную орбиту вокруг Луны гарантировало бы, что он не сможет столкнуться с Землей, а также оставило бы его на стабильной орбите для будущих исследований. [29]
История
Администратор НАСА Роберт Фрош дал показания Конгрессу о «возвращении астероида на Землю» в июле 1980 года. Однако он заявил, что в то время это было неосуществимо. [55] [56]
Миссия ARU, за исключением любых пилотируемых миссий к астероиду, которые она могла бы осуществить, была предметом технико-экономического обоснования в 2012 году Институтом космических исследований Кека . [49] Стоимость миссии была оценена Исследовательским центром Гленна примерно в 2,6 миллиарда долларов, [57] из которых 105 миллионов долларов были профинансированы в 2014 году для разработки концепции. [28] [58] Представители НАСА подчеркнули, что ARM был задуман как один из шагов в долгосрочных планах пилотируемой миссии на Марс . [46]
Для извлечения небольшого астероида рассматривались два варианта: вариант А и вариант В. Вариант А предполагал развертывание большого 15-метрового (50-футового) захватного мешка, способного удерживать небольшой астероид диаметром до 8 м (26 футов) [13] и массой до 500 тонн [28] . Вариант В, выбранный в марте 2015 года, предполагал посадку аппарата на большой астероид и развертывание роботизированных рук для подъема валуна диаметром до 4 м (13 футов) с поверхности, его транспортировки и размещения на лунной орбите [24] [29] . Этот вариант был определен как более подходящий для будущих технологий сближения , автономной стыковки , посадочного модуля , пробоотборника , планетарной обороны , добычи полезных ископаемых и обслуживания космических аппаратов [59] [60] .
Пилотируемая часть для извлечения образцов астероидов с орбиты Луны ( Orion EM-3 ) была раскритикована как ненужная часть миссии с утверждениями, что тысячи метеоритов уже были проанализированы [61] и что технология, использованная для извлечения одного валуна, не поможет разработать пилотируемую миссию на Марс. [46] Планы не были изменены, несмотря на то, что Консультативный совет NASA 10 апреля 2015 года предположил, что NASA не следует реализовывать свои планы по ARM, а вместо этого следует разработать солнечную электрическую двигательную установку и использовать ее для питания космического корабля во время полета туда и обратно на Марс. [62]
В соответствии с бюджетом NASA на 2018 год, предложенным администрацией Трампа в марте 2017 года, эта миссия была отменена. [4] 13 июня 2017 года NASA объявило о «фазе закрытия» после прекращения финансирования. [5] NASA подчеркнуло, что ключевые технологии, разрабатываемые для ARM, будут продолжаться, особенно солнечная электрическая двигательная система, которая должна была быть запущена в роботизированной миссии, которая будет использоваться на Lunar Gateway в качестве элемента питания и движения . [5] [65]
^ Уолл, Майк (10 апреля 2013 г.). «Внутри плана NASA по поимке астероида (Брюс Уиллис не требуется)». Space.com . TechMediaNetwork . Получено 10 апреля 2013 г. .
^ abc Foust, Jeff (3 марта 2016 г.). "NASA сдвигает график миссии по перенаправлению астероидов". SpaceNews . Получено 6 марта 2016 г.
↑ Agle, DC (10 апреля 2013 г.). "NASA Associate Administrator on Asteroid Initiative" (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия: JPL . Получено 29 марта 2015 г.
^ ab Harwood, William (16 марта 2017 г.). «Бюджетный план Трампа фокусируется на исследовании дальнего космоса и коммерческом партнерстве». Spaceflight Now . Получено 17 марта 2017 г.
^ abcde Джефф Фауст (14 июня 2017 г.). "NASA закрывает миссию по перенаправлению астероидов". Space News . Получено 9 сентября 2017 г. .
^ abcdef Cassady, J.; Maliga, K.; Overton, S.; Martin, T.; Sanders, S.; Joyner, C.; Kokam, T.; Tantardini, M. (2015). «Следующие шаги на эволюционном пути к Марсу». Труды IAC . Архивировано (PDF) из оригинала 17 августа 2023 г.
^ ab Mazanek, D. (20 мая 2016 г.). Миссия по перенаправлению астероидов . Научный коллоквиум USNO.
^ abcd Траутман, П. (30 июля 2014 г.). Кампания «Эволюционирующий Марс»: Луны Марса как пункт назначения .
^ Брофи, Джон Р.; Фридман, Луис; Стрэндж, Натан Дж.; Принс, Томас А.; Ландау, Дэймон; Джонс, Томас; Швейкарт, Рассел ; Левики, Крис; Элвис, Мартин; Манцелла, Дэвид (2 октября 2014 г.). Синергия роботизированных технологий перенаправления астероидов и исследования космоса человеком. 65-й Международный астронавтический конгресс. Торонто, Канада: Международная астронавтическая федерация . Статья № IAC–14.A5.3.
^ abcdef Крейг, Д. (10 июня 2015 г.). Кампания «Эволюционируемый Марс» .
^ abc Элвис, М. (11 августа 2014 г.). «ARM и Марс Форвард НАСА».
^ abcde Тейт, Карл (10 апреля 2013 г.). «Как поймать астероид: объяснение миссии НАСА (инфографика)». Space.com . TechMediaNetwork . Получено 26 марта 2015 г. .
^ Хауэлл, Э. (8 мая 2015 г.). «План человека на Марсе: Фобос к 2033 г., поверхность Марса к 2039 г.?». space.com . Получено 9 октября 2016 г.
^ МакЭлрат, Т.; Эллиотт, Дж. (январь 2014 г.). «Туда и обратно: использование планетарных буксиров SEP для многократной поддержки межпланетных полезных грузов». Достижения в астронавтических науках (152): 2279–2298.
^ Прайс, Хамфри В.; Вулли, Райан; Стрэндж, Натан Дж.; Бейкер, Джон Д. (2014). «Путешествие человека на орбиту Марса, Фобос и поверхность Марса с использованием солнечно-электрического двигателя класса 100 кВт». Конференция и выставка AIAA SPACE 2014. doi : 10.2514/6.2014-4436. ISBN978-1-62410-257-8.
^ Мазанек, Д.; Ривз, Д.; Хопкинс, Дж.; Уэйд, Д.; Тантардини М.; Шен, Х. (13 апреля 2015 г.). «Усовершенствованная технология гравитационного тягача для планетарной обороны». IAA-PDC .
^ NASA RFI: Концепции платформы космического корабля для поддержки ARM и обслуживания роботов в космосе - Раздел «Концепция разделяемой архитектуры космического корабля ARRM» .
^ Будет ли апрель 2020 года последним месяцем на этой земле? NASA рассказало всю правду. Архивировано из оригинала 20 марта 2020 года . Получено 20 марта 2020 года .
^ Мур, К. (январь 2014 г.). Разработка технологий для миссии NASA по перенаправлению астероидов (PDF) (Отчет). IAC-14-D2.8-A5.4.1.
^ Conte, David; Di Carlo, Marilena; Ho, Koki; Spencer, David B.; Vasile, Massimiliano (28 августа 2015 г.). «Переход Земли на Марс через дальние ретроградные орбиты Луны» (PDF) . Acta Astronautica (Представленная рукопись). 143 : 372–379. Bibcode :2018AcAau.143..372C. doi :10.1016/j.actaastro.2017.12.007. Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2023 г.
^ Gong, S.; Li, J. (1 сентября 2015 г.). «Захват астероида с помощью пролета Луны». Advances in Space Research . 56 (5): 848–858. Bibcode : 2015AdSpR..56..848G. doi : 10.1016/j.asr.2015.05.020.
^ Englander, Jacob; Vavrina, Matthew A.; Naasz, Bo J.; Merrill, Raymond G.; Qu, Min (август 2014 г.). Возврат образцов Марса, Фобоса и Деймоса обеспечен космическим аппаратом ARRM Alternative Trade Study. Конференция специалистов по астродинамике AIAA/AAS. AIAA . doi :10.2514/6.2014-4354. hdl : 2060/20140016565 . AIAA 2014-4354. Архивировано из оригинала 2 января 2024 г.
^ abcde Foust, Jeff (25 марта 2015 г.). "NASA выбирает Боулдер для миссии по перенаправлению астероидов". SpaceNews . Получено 27 марта 2015 г. .
^ ab Как миссия NASA по перенаправлению астероидов поможет людям достичь Марса? NASA, 27 июня 2014 г.
^ abc "NASA объявляет о следующих шагах в путешествии на Марс: прогресс в инициативе по астероидам". NASA. 25 марта 2015 г. Получено 25 марта 2015 г.
^ Видео NASA на YouTube: ARM, «Вариант B»: сбор валунов с большого астероида.
^ abc Малик, Тарик (27 марта 2015 г.). «Обама ищет 17,7 млрд долларов для NASA, чтобы поймать астероид и исследовать космос». Space.com . TechMediaNetwork . Получено 10 апреля 2013 г. .
^ abc Эрин Махони. «Что такое миссия NASA по перенаправлению астероидов?». NASA.GOV . NASA . Получено 6 июля 2014 г. .
^ Кэтлин К. Лаурини и Мишель М. Гейтс, « Планирование космических исследований НАСА: миссия по исследованию астероидов и поэтапный путь к Марсу », 65-й Международный астронавтический конгресс, Торонто, Канада, сентябрь–октябрь 2014 г. Эту статью (и связанные с ней статьи 65-го МАК) можно найти на странице NASA Asteroid Initiative Related Documents (дата обращения: 5 января 2014 г.)
^ [25] [26] [29] [30]
^ Bamsey, M. "Investigation of a Phobos Sample Return Mission". Архивировано из оригинала 5 октября 2016 г. Получено 14 сентября 2016 г.
^ Хоффман, С. «Миссия Фобос-Деймос как элемент эталонной архитектуры NASA Mars Design 5.0». Вторая международная конференция по исследованию Фобоса и Деймоса 2011 г.
^ Стрэндж, Н.; Меррилл, Р.; и др. «Путешествие человека на Фобос и Деймос с использованием комбинированного химического и солнечного электрического двигателя». 47-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам .
^ «План человечества на Марсе: Фобос к 2033 году, поверхность Марса к 2039 году?». Space.com . 8 мая 2015 г. Получено 14 сентября 2016 г.
^ Дагган, Мэтью (декабрь 2015 г.). «Путь на Марс» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 ноября 2019 г. . Получено 14 сентября 2016 г. .
^ "Mars Base Camp" . Получено 14 сентября 2016 г. .
^ "Emerging Capabilities for the Next Mars Orbiter" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2016 г. . Получено 14 сентября 2016 г. .
^ "The New Orbit-first Consensus". Архивировано из оригинала 12 апреля 2019 г. Получено 14 сентября 2016 г.
^ Ли, П.; Хофтун, К.; и др. (2012). «Фобос и Деймос: роботизированное исследование в преддверии выхода людей на орбиту Марса». Концепции и подходы к исследованию Марса 2012. 1679 : 4363. Bibcode : 2012LPICo1679.4363L.
^ Прайс, Х.; Бейкер, Дж.; и др. «Путешествие человека на орбиту Марса, Фобос и поверхность Марса с использованием солнечной электрической силовой установки класса 100 кВт». Материалы конференции и выставки AIAA Space 2014 .
^ Перси, Т.; Макгуайр, М.; и др. «Объединение солнечной электрической и химической силовой установки для пилотируемых миссий на Марс». NTRS 20150006952 .
^ Джон Брофи; Фред Кулик; Луис Фридман; и др. (12 апреля 2012 г.). "Исследование возможности извлечения астероидов" (PDF) . Институт космических исследований Кека, Калифорнийский технологический институт, Лаборатория реактивного движения. Таблица 1: Масштабирование массы астероидов (для сферических астероидов). Страница 17.
^ ab "NASA призывает американскую промышленность к идеям по разработке космических аппаратов ARM". SpaceRef . 22 октября 2015 г. Архивировано из оригинала 18 мая 2022 г. Получено 23 октября 2015 г.
^ abcde Foust, Jeff (27 марта 2015 г.). «Выбор NASA для миссии по перенаправлению астероидов может не поколебать скептиков». SpaceNews . Вашингтон, округ Колумбия . Получено 28 марта 2015 г.
^ Современные солнечные батареи: поддержка исследований. NASA.
^ ab "Исследования двигателей Холла: продвижение миссий в дальний космос". SpaceRef . 31 марта 2015 г. Получено 31 марта 2015 г.
^ ab Blake, Mary (31 января 2012 г.). «Northrop Grumman привлечена NASA для разработки концепций полета на солнечных электрических двигателях для будущих космических миссий». Northrop Grumman Corporation . Получено 31 марта 2015 г.
^ «Почему ARM?». 21 января 2015 г. Получено 9 октября 2016 г.
^ ab Гейтс, Мишель (28 июля 2015 г.). "Asteroid Redirect Mission Update" (PDF) . NASA . Получено 6 сентября 2015 г. .
^ «Статистика обнаружения околоземных астероидов». NASA/JPL CNEOS. 25 октября 2017 г. Получено 29 октября 2017 г.
^ "H. Rept. 114–153 - ЗАКОН О РАЗВЕДКЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ 2015 ГОДА" . Получено 2 октября 2016 г.
^ "Исследование астероидов человеком: долгий и легендарный путь". 17 апреля 2013 г. Получено 14 сентября 2016 г.
↑ NASA Solar System Exploration, Asteroid Redirect Mission (ARM) Архивировано 27 апреля 2015 г. на Wayback Machine (дата обращения 30 сентября 2014 г.)
^ Предложение по бюджету NASA на 2014 год для миссии ARU. (PDF)
^ Steitz, D. "NASA ищет дополнительную информацию для космического корабля по перенаправлению астероидов". phys.org . Получено 10 октября 2015 г.
^ Тикер, Р. (август 2015 г.). «Космическое роботизированное обслуживание НАСА». Труды конференции и выставки AIAA SPACE 2015 : 4644.
^ Grush, Loren (7 августа 2014 г.). «Все ненавидят программу NASA по захвату астероидов». Popular Science . Получено 27 марта 2015 г.
↑ Staff (13 апреля 2015 г.). «Новости с 31-го космического симпозиума: Болден не обеспокоен критикой ARM». SpaceNews . Получено 15 апреля 2015 г. .
^ «Компании, выбранные для предоставления ранних проектных работ для роботизированного космического корабля для перенаправления астероидов». NASA . 27 января 2016 г. Получено 30 января 2016 г.
^ "Миссия по перенаправлению астероидов: роботизированное сотрудничество между NASA и ASI". Архивировано из оригинала 5 октября 2016 г. Получено 14 сентября 2016 г.
^ "NASA закрывает миссию по перенаправлению астероидов". SpaceNews.com . 14 июня 2017 г. Получено 30 мая 2019 г.
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Миссия по перенаправлению астероидов» .
Программа НАСА «Инициатива по астероидам»
Видео на YouTube
Видео: Миссия по перенаправлению астероида, «Вариант А», захват 8-метрового свободно летящего астероида.
Видео: Миссия по перенаправлению астероида, «Вариант Б», сбор валунов с большого астероида.
Видео: Миссия по перенаправлению астероидов: встреча пилотируемого космического корабля «Орион» с ARM на лунной орбите
Видео: Миссия по перенаправлению астероидов: роботизированный сегмент NASA