Предлагаемая космическая миссия НАСА на 2013–2017 гг.
Захваты на концах роботизированных рук используются для захвата и закрепления валуна на большом астероиде. Как только валун будет закреплен, ноги оттолкнутся и обеспечат первоначальное всплытие без использования подруливающих устройств.
Миссия по перенаправлению астероидов ( ARM ), также известная как миссия по поиску и использованию астероидов ( ARU ) и Инициатива по астероидам , — космическая миссия , предложенная НАСА в 2013 году; Позже миссия была отменена. Космический корабль «Роботизированная миссия по поиску астероидов» (ARRM) встретится с большим околоземным астероидом и будет использовать роботизированные руки с якорными захватами для извлечения 4-метрового валуна с 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 будет дополнительно проанализировать как с помощью роботизированных зондов, так и в рамках будущей пилотируемой миссии Asteroid Redirect Crewed Mission (ARCM). [1] В случае финансирования миссия была бы запущена в декабре 2021 года, [2] с дополнительными целями по тестированию ряда новых возможностей, необходимых для будущих экспедиций человека в глубокий космос, включая усовершенствованные ионные двигатели . [3]
Предлагаемый бюджет НАСА на 2018 год предусматривал его отмену, [4] миссия получила уведомление об отказе от финансирования в апреле 2017 года, [5] и НАСА объявило о «закрытии» 13 июня 2017 года. [5] Ключевые технологии, разрабатываемые для ARM продолжила разработку, особенно двигательную установку ионного двигателя , которая должна была использоваться в роботизированной миссии.
Основная цель миссии по перенаправлению астероидов заключалась в развитии возможностей исследования дальнего космоса, необходимых для подготовки к полету человека на Марс и в другие пункты Солнечной системы [6] [7] в соответствии с гибкими маршрутами НАСА «Путешествие на Марс» . [8] [9] [10] [11] [12]
Предшественник Марса
Миссии космических буксиров, позволяющие отделить некритическую по времени логистику Марса от экипажа, могут снизить затраты на целых 60% (при использовании современных солнечных электрических силовых установок (ионных двигателей) [13] ) и снизить общий риск миссии, позволяя проверка критически важных систем на месте перед отъездом экипажа. [6] [11] [8] [14] [15] [16]
Мало того, что технологии и конструкции солнечной электрической силовой установки (SEP) будут применены в будущих миссиях, но и космический корабль ARRM будет оставлен на стабильной орбите для повторного использования. [6] [8] [11] Проект заложил основу для любой из нескольких возможностей дозаправки; Полезная нагрузка, предназначенная для астероидов, находится на одном конце автобуса для возможного удаления и замены при будущем обслуживании или в виде отделяемого космического корабля, оставляющего 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 течение нескольких дней после непредвиденных обстоятельств. [20] Лунная далекая ретроградная орбита (DRO), охватывающая L1 и L2 Земля-Луна , по сути, является узлом для побега и захвата системы Земля. [11] [21] [22] [23] Это тем более верно, если модуль расширения исследований (EAM) используется для длительного пребывания людей, возможно, с помощью модуля SEP, подобного ARRM. [6] [8] [11] На обратном пути с Марса человеческая миссия может сэкономить тонны массы, захватив ее в DRO и перенеся на припаркованный «Орион» для возвращения на Землю и входа в атмосферу. [12]
Дополнительные цели
Второстепенной задачей была разработка необходимой технологии для вывода небольшого околоземного астероида на лунную орбиту – «астероид был бонусом». [12] Там его может проанализировать экипаж миссии Orion EM-5 или EM-6 ARCM в 2026 году. [2] [24] [25]
Дополнительные цели миссии включали демонстрацию методов планетарной защиты , способных защитить Землю в будущем, например, использование космических роботов для отклонения потенциально опасных астероидов. [24] [26] Рассматриваются следующие варианты отклонения астероида: захват астероида и непосредственное его перемещение, а также использование методов гравитационного трактора после сбора валуна с его поверхности для увеличения массы («тягач с усиленной гравитацией»). [27]
Захваты для астероидов на концах роботизированных манипуляторов используются для захвата и закрепления 6-метрового валуна на большом астероиде. Для окончательного крепления валуна к механизму захвата будет использоваться встроенное сверло.Рендеринг автомобиля перенаправления астероидов, вылетающего из астероида после захвата валуна с его поверхности.
Транспортное средство приземлится на большом астероиде, а захваты на концах роботизированных рук захватят и укрепят валун с поверхности большого астероида. Захваты вгрызались в валун и создавали сильный захват. Для окончательного крепления валуна к механизму захвата будет использоваться встроенное сверло. [46] Как только валун будет закреплен, ноги оттолкнутся и обеспечат начальное восхождение без использования подруливающих устройств. [24] [27]
Усовершенствованный ионный двигатель использует 10% топлива, необходимого для эквивалентных химических ракет, он может перерабатывать в три раза больше мощности, чем предыдущие конструкции, и повышает эффективность на 50%. [48] Он будет использовать эффект Холла , который обеспечивает низкое ускорение, но может стрелять непрерывно в течение многих лет, чтобы разогнать большую массу до высокой скорости. [13] Двигатели на эффекте Холла улавливают электроны в магнитном поле и используют их для ионизации бортового ксенонового газа-вытеснителя. Магнитное поле также генерирует электрическое поле , которое ускоряет заряженные ионы, создавая выхлопной плазменный шлейф, который толкает космический корабль вперед. [48] Концепция космического корабля будет иметь сухую массу 5,5 тонн и сможет хранить до 13 тонн ксенонового топлива. [49]
Даже в пункте назначения систему SEP можно настроить на подачу электроэнергии для обслуживания систем или предотвращения выкипания топлива до прибытия экипажа. [6] [52] Однако существующие летные солнечно-электрические двигатели имеют мощность 1–5 кВт. Грузовой полет на Марс потребует ~ 100 кВт, а полет с экипажем - ~ 150–300 кВт. [6] [11]
Предлагаемый график
Первоначально планировалось на 2017 год, затем на 2020 год, [26] [46] , а затем на декабрь 2021 года. [2] Миссия получила уведомление об отказе от финансирования в апреле 2017 года. [5] Ракета-носитель должна была быть либо Delta IV Heavy , либо Delta IV Heavy. СЛС или Фалкон Хэви . [53] Валун должен был достичь лунной орбиты к концу 2025 года. [46]
Целевой астероид
По состоянию на 29 октября 2017 года известно [обновлять]16 950 околоземных астероидов , [54] открытых различными поисковыми группами и занесенных в каталог как потенциально опасные объекты . К началу 2017 года НАСА еще не выбрало цель для ARM, но в целях планирования и моделирования в качестве примера для космического корабля использовался околоземный астероид (341843) 2008 EV 5 , способный поймать одиночный 4-метровый (13-футовый) астероид. валун из него. [24] Другими кандидатами в родительские астероиды были Итокава , Бенну и Рюгу . [53]
Углеродистый валун , который должен был быть захвачен миссией (диаметр максимум 6 метров, вес 20 тонн) [45], слишком мал, чтобы причинить 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 ее 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 полетов человека на астероид, которые она может реализовать, 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 доработки концепции. [28] [58] Представители НАСА подчеркнули, что ARM был задуман как один из шагов в долгосрочных планах по отправке человека на Марс . [46]
«Вариант А» заключался в развертывании контейнера, достаточно большого, чтобы захватить свободно летающий астероид диаметром до 8 м (26 футов).
Для извлечения небольшого астероида изучались два варианта: вариант А и вариант Б. Вариант А предусматривал использование большого 15-метрового (50 футов) мешка для захвата, способного удерживать небольшой астероид диаметром до 8 м (26 футов) [13]. ] и массой до 500 тонн. [28] Вариант Б, выбранный в марте 2015 года, предполагал, что аппарат приземлится на большой астероид и развернет роботизированные руки, чтобы поднять валун диаметром до 4 м (13 футов) с поверхности, транспортировать его и разместить. на лунную орбиту . [24] [29] Этот вариант был определен как более подходящий для будущих технологий сближения , автономной стыковки , спускаемого аппарата , пробоотборника , планетарной защиты , добычи полезных ископаемых и технологий обслуживания космических кораблей. [59] [60]
Часть экипажа для извлечения образцов астероидов с орбиты Луны ( Орион ЕМ-3 ) подверглась критике как ненужная часть миссии с утверждениями, что тысячи метеоритов уже были проанализированы [61] и что технология, используемая для извлечения одного валуна, не дает результатов. помочь разработать пилотируемую миссию на Марс. [46] Планы не были изменены, несмотря на то, что Консультативный совет НАСА предложил 10 апреля 2015 года, что НАСА не следует осуществлять свои планы по ARM, а вместо этого 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 НАСА на 2018 год, предложенным администрацией Трампа в марте 2017 года, эта миссия была отменена. [4] 13 июня 2017 г. НАСА объявило о «этапе закрытия» после отказа от финансирования. [5] НАСА подчеркнуло, что ключевые технологии, разрабатываемые для ARM, будут продолжаться, особенно солнечная электрическая двигательная установка, которая должна была использоваться в роботизированной миссии и которая будет использоваться на Лунных вратах в качестве силового и двигательного элемента . [5] [65]
↑ Уолл, Майк (10 апреля 2013 г.). «Внутри плана НАСА по поимке астероида (Брюс Уиллис не требуется)». Space.com . ТехМедиаСеть . Проверено 10 апреля 2013 г.
^ abc Фауст, Джефф (3 марта 2016 г.). «НАСА отказывается от графика миссии по перенаправлению астероидов» . Космические новости . Проверено 6 марта 2016 г.
↑ Эгл, округ Колумбия (10 апреля 2013 г.). «Заместитель администратора НАСА по астероидной инициативе» (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия: Лаборатория реактивного движения . Проверено 29 марта 2015 г.
↑ Аб Харвуд, Уильям (16 марта 2017 г.). «Бюджет Трампа фокусируется на исследовании дальнего космоса и коммерческом партнерстве». Космический полет сейчас . Проверено 17 марта 2017 г.
^ abcde Джефф Фауст (14 июня 2017 г.). «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов» . Космические новости . Проверено 9 сентября 2017 г.
^ abcdef Кэссиди, Дж.; Малига, К.; Овертон, С.; Мартин, Т.; Сандерс, С.; Джойнер, К.; Кокам, Т.; Тантардини, М. (2015). «Следующие шаги на развивающемся пути к Марсу». Труды МАК . Архивировано (PDF) из оригинала 17 августа 2023 г.
↑ Аб Мазанек, Д. (20 мая 2016 г.). Миссия по перенаправлению астероидов . Научный коллоквиум USNO.
^ abcd Траутман, П. (30 июля 2014 г.). Кампания Evolvable Mars: спутники Марса как пункт назначения .
^ Брофи, Джон Р.; Фридман, Луи; Стрэндж, Натан Дж.; Принс, Томас А.; Ландау, Дэймон; Джонс, Томас; Швейкарт, Рассел ; Левицки, Крис; Элвис, Мартин; Манзелла, Дэвид (2 октября 2014 г.). Синергия роботизированных технологий перенаправления астероидов и освоения космоса человеком. 65-й Международный астронавтический конгресс. Торонто, Канада: Международная астронавтическая федерация . Искусство. № МАК–14.А5.3.
^ abcdef Крейг, Д. (10 июня 2015 г.). Кампания «Эволюционируемый Марс» .
^ abc Элвис, М. (11 августа 2014 г.). «ARM и НАСА вперед на Марс».
^ abcde Тейт, Карл (10 апреля 2013 г.). «Как поймать астероид: объяснение миссии НАСА (инфографика)». Space.com . ТехМедиаСеть . Проверено 26 марта 2015 г.
^ Хауэлл, Э. (8 мая 2015 г.). «План человека на Марс: Фобос к 2033 году, поверхность Марса к 2039 году?». space.com . Проверено 9 октября 2016 г.
^ МакЭлрат, Т.; Эллиотт, Дж. (январь 2014 г.). «Туда и обратно снова: использование планетарных буксиров SEP для многократной доставки межпланетной полезной нагрузки». Достижения в области астронавтики (152): 2279–2298.
^ Прайс, Хамфри В.; Вулли, Райан; Стрэндж, Натан Дж.; Бейкер, Джон Д. (2014). «Человеческие миссии на орбиту Марса, Фобос и поверхность Марса с использованием солнечной электрической силовой установки класса 100 кВт». Конференция и выставка AIAA SPACE 2014 . дои : 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.). «Техника усиленного гравитационного тягача для планетарной защиты». ИАА-ПДК .
^ NASA RFI: Концепции автобусов космических кораблей для поддержки ARM и обслуживания роботов в космосе - раздел «Концепция ARRM отделяемой архитектуры космического корабля» .
^ Будет ли апрель 2020 года последним месяцем на этой земле? НАСА рассказало всю правду. Архивировано из оригинала 20 марта 2020 года . Проверено 20 марта 2020 г.
^ Мур, К. (январь 2014 г.). Разработка технологий для миссии НАСА по перенаправлению астероидов (PDF) (Отчет). МАК-14-Д2.8-А5.4.1.
^ Конте, Дэвид; Ди Карло, Марилена; Хо, Коки; Спенсер, Дэвид Б.; Василе, Массимилиано (28 августа 2015 г.). «Переход Земля-Марс по далеким ретроградным орбитам Луны» (PDF) . Acta Astronautica (Представлена рукопись). 143 : 372–379. Бибкод : 2018AcAau.143..372C. doi :10.1016/j.actaastro.2017.12.007. Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2023 г.
^ Гонг, С.; Ли, Дж. (1 сентября 2015 г.). «Захват астероида с помощью облета Луны». Достижения в космических исследованиях . 56 (5): 848–858. Бибкод : 2015AdSpR..56..848G. дои : 10.1016/j.asr.2015.05.020.
^ Ингландер, Джейкоб; Ваврина, Мэтью А.; Наас, Бо Дж.; Меррилл, Раймонд Г.; Цюй, Мин (август 2014 г.). Возвращение образцов с Марса, Фобоса и Деймоса с помощью космического корабля ARRM по исследованию альтернативной торговли. Конференция специалистов по астродинамике AIAA/AAS. АИАА . дои : 10.2514/6.2014-4354. hdl : 2060/20140016565 . АИАА 2014-4354. Архивировано из оригинала 2 января 2024 года.
↑ Abcde Foust, Джефф (25 марта 2015 г.). «НАСА выбирает вариант Боулдера для миссии по перенаправлению астероида» . Космические новости . Проверено 27 марта 2015 г.
^ ab Как миссия НАСА по перенаправлению астероидов поможет людям достичь Марса? НАСА, 27 июня 2014 г.
^ abc «НАСА объявляет о следующих шагах по путешествию на Марс: прогресс в инициативе по астероидам» . НАСА. 25 марта 2015 года . Проверено 25 марта 2015 г.
^ ab Видео НАСА на YouTube: ARM, «Вариант B»: коллекция валунов с большого астероида.
^ abc Малик, Тарик (27 марта 2015 г.). «Обама требует от НАСА 17,7 миллиардов долларов для запуска астероида Лассо и исследования космоса» . Space.com . ТехМедиаСеть . Проверено 10 апреля 2013 г.
^ abc Эрин Махони. «Что такое миссия НАСА по перенаправлению астероидов?». НАСА.GOV . НАСА . Проверено 6 июля 2014 г.
^ Кэтлин К. Лаурини и Мишель М. Гейтс, « Планирование космических исследований НАСА: миссия на астероид и мудрый путь к Марсу », 65-й Международный астронавтический конгресс, Торонто, Канада, сентябрь – октябрь. 2014. Этот документ (и связанные с ним документы 65-го МАК) можно найти на странице НАСА «Документы, связанные с астероидной инициативой» (по состоянию на 5 января 2014 г.).
^ [25] [26] [29] [30]
^ Бэмси, М. «Расследование миссии по возвращению образца Фобоса». Архивировано из оригинала 5 октября 2016 года . Проверено 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 .
^ Странно, Н.; Меррилл, Р.; и другие. «Человеческие миссии на Фобос и Деймос с использованием комбинированной химической и солнечной электрической силовой установки». 47-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательной технике .
^ «План человека на Марс: Фобос к 2033 году, поверхность Марса к 2039 году?». Space.com . 8 мая 2015 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ Дагган, Мэтью (декабрь 2015 г.). «Путь на Марс» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 ноября 2019 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ "Базовый лагерь Марса" . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ «Новые возможности следующего орбитального корабля Марса» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 октября 2016 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ "Новый консенсус в первую очередь на орбите" . Архивировано из оригинала 12 апреля 2019 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ Ли, П.; Хофтун, К.; и другие. (2012). «Фобос и Деймос: роботизированные исследования перед выходом людей на орбиту Марса». Концепции и подходы к исследованию Марса 2012 . 1679 : 4363. Бибкод : 2012LPICo1679.4363L.
^ Прайс, Х.; Бейкер, Дж.; и другие. «Человеческие миссии 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 другие. «Объединение солнечной электрической и химической силовой установки для пилотируемых полетов на Марс». НТРС 20150006952 .
^ Джон Брофи; Фред Кулик; Луи Фридман; и другие. (12 апреля 2012 г.). «Технико-экономическое обоснование поиска астероидов» (PDF) . Институт космических исследований Кека, Калифорнийский технологический институт, Лаборатория реактивного движения. Таблица 1: Масштабирование массы астероидов (для сферических астероидов). Страница 17.
^ ab «НАСА призывает к идеям американской промышленности по разработке космических кораблей ARM». КосмическаяСсылка . 22 октября 2015 года. Архивировано из оригинала 18 мая 2022 года . Проверено 23 октября 2015 г.
^ abcde Foust, Джефф (27 марта 2015 г.). «Выбор НАСА для миссии по перенаправлению астероидов может не повлиять на скептиков». Космические новости . Вашингтон . Проверено 28 марта 2015 г.
^ Усовершенствованные солнечные батареи: обеспечение исследований. НАСА.
^ ab «Исследование двигателей Холла: продвижение миссий в дальний космос». КосмическаяСсылка . 31 марта 2015 года . Проверено 31 марта 2015 г.
^ Солнечная электрическая двигательная установка (SEP). НАСА.
↑ Аб Блейк, Мэри (31 января 2012 г.). «Наса привлекло компанию Northrop Grumman для разработки концепций полетов на солнечной электрической силовой установке для будущих космических миссий». Корпорация Нортроп Грумман . Проверено 31 марта 2015 г.
^ «Почему ARM?». 21 января 2015 года . Проверено 9 октября 2016 г.
^ Аб Гейтс, Мишель (28 июля 2015 г.). «Обновление миссии по перенаправлению астероидов» (PDF) . НАСА . Проверено 6 сентября 2015 г.
^ «Статистика открытия околоземных астероидов» . НАСА/Лаборатория реактивного движения CNEOS. 25 октября 2017 г. Проверено 29 октября 2017 г.
^ "H. Rept. 114–153 - ЗАКОН ОБ РАЗВЕДКЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ 2015 ГОДА" . Проверено 2 октября 2016 г.
^ «Исследование астероида человеком: долгий и легендарный путь» . 17 апреля 2013 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ Исследование Солнечной системы НАСА, Миссия по перенаправлению астероидов (ARM). Архивировано 27 апреля 2015 г. на Wayback Machine (по состоянию на 30 сентября 2014 г.).
^ Бюджетное предложение НАСА на 2014 год по миссии ARU. (PDF)
^ Стейтц, Д. «НАСА ищет дополнительную информацию для космического корабля, предназначенного для перенаправления астероидов». физ.орг . Проверено 10 октября 2015 г.
^ Тикер, Р. (август 2015 г.). «Обслуживание роботов в космосе НАСА». Материалы конференции и выставки AIAA SPACE 2015 : 4644.
^ Груш, Лорен (7 августа 2014 г.). «Все ненавидят программу НАСА по захвату астероидов». Популярная наука . Проверено 27 марта 2015 г.
↑ Персонал (13 апреля 2015 г.). «Новости с 31-го космического симпозиума: Болден не обеспокоен критикой ARM». Космические новости . Проверено 15 апреля 2015 г.
^ «Компании, выбранные для проведения ранних проектных работ по роботизированному космическому кораблю для перенаправления астероидов» . НАСА . 27 января 2016 года . Проверено 30 января 2016 г.
^ «Миссия по перенаправлению астероидов: роботизированное сотрудничество между НАСА и ASI». Архивировано из оригинала 5 октября 2016 года . Проверено 14 сентября 2016 г.
^ «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов» . SpaceNews.com . 14 июня 2017 г. Проверено 30 мая 2019 г.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы, связанные с миссией по перенаправлению астероидов .
Программа «Астероидная инициатива» НАСА
YouTube видео
Видео: Миссия по перенаправлению астероида, «Вариант А», захват 8-метрового свободно летающего астероида.
Видео: Миссия по перенаправлению астероида, «Вариант Б», сбор валунов с большого астероида.
Видео: Миссия по перенаправлению астероида: стыковка пилотируемого космического корабля «Орион» с ARM на лунной орбите
Видео: Миссия по перенаправлению астероидов: роботизированный сегмент НАСА