Ученые Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса совместно с NASA работают над созданием ракеты с "солнечным" двигателем. Крупнейший в стране университетский исследовательский центр предлагает правительственным учреждениям США глубокий опыт в специализированных областях для поддержки национальных приоритетов и программ развития технологий. В случае успеха инновация значительно приблизит срок выхода в межзвездное пространство.

Особенности разработки

Вместо того чтобы расходовать горючие источники топлива, усовершенствованная двигательная система будет использовать водород от Солнца, нагревать его, а затем взрывать через сопла для производства тяги. Считается, что модернизированные двигатели могут ускорить движение к гелиопаузе – границе солнечного магнитного поля – и позволят зондам путешествовать гораздо дальше, чем предполагалось ранее. Такой механизм будет в три раза эффективнее, чем имеющиеся в настоящее время стандартные химические двигатели.

Команда стремится сделать космический корабль, который станет быстрее, приблизится к Солнцу ближе, чем что бы то ни было ранее. Для этого ученые Университета изучают, как использование 3D-печати металлом поможет создать тепловой щит ракеты. Аддитивное производство стало "ключевым компонентом" в разработке данного элемента, наряду с имеющимися достижениями в области материаловедения.

Гелиопауза, расположенная примерно в 11 миллиардах миль от Земли, является точкой, в которой влияние Солнца как источника тепла заканчивается, начинается межзвездное пространство. Только два космических аппарата покинули Солнечную систему. Это Voyager 1 и Voyager 2, чья первоначальная миссия состояла в том, чтобы исследовать Юпитер и Сатурн. Путешествуя со скоростью 30 000 миль в час, "Вояджерам" понадобилось около 50 лет, чтобы достичь края Солнечной системы.

Создав новую двигательную установку, ученые надеются резко сократить время в пути и преодолеть заветный рубеж. Космический аппарат должен пройти невероятно близко к Солнцу, чтобы выполнить маневр Оберта, который, по существу, превращает звезду в огромную рогатку. Солнечная гравитация действует в роли ускорителя, который увеличивает скорость корабля в момент, когда тот стреляет своими двигателями. Чем ближе ракета доберется до Солнца во время маневра, тем быстрее она полетит.

Укрепление теплового щита

Чтобы позволить космическому аппарату пройти от Солнца всего в одном миллионе миль, ученые изучают свойства различных типов ресурсов для создания эффективной защиты. Обычный двигатель устанавливается на конце ракеты, а солнечный механизм будет интегрирован в щит космического аппарата.

Элемент напечатан из углеродной пены черного цвета, покрытой белым светоотражающим составом. Когда космический аппарат пройдет мимо Солнца, тепловой щит будет поглощать в специальные сосуды испускаемый водород, который затем расширится и высбодится от сопла в конце трубы, генерируя тягу.

Во время миссии космический аппарат проведет около двух с половиной часов при температуре около 4500 градусов по Фаренгейту, что побудило ученых исследовать новые материалы, которые могут лучше отражать тепловую энергию. Исследовательская группа проанализировала возможности, позволяющие предотвратить взрыв горячего водорода в щите. Команда определила несколько ресурсов, которые могут быть пригодны для покрытия внутри каналов. Аддитивное производство сыграло значительную роль на этапе тестирования инновационных составов, способных к 3D-печати.

NASA и Университет Johns Hopkins работают над концепциями межзвездной миссии с 2019 года, а в конце следующего планируют представить Национальным академиям наук, инженерии и медицины результаты исследований, которые определят научные приоритеты, связанные с солнцем.

Как используют металлическую 3D-печать в аэрокосмической промышленности
НАСА постоянно применяет трехмерную печать для создания надежных частей, способных выдерживать суровые условия космоса, и заключает партнерские соглашения для дальнейшего применения аддитивных методов.

Центр космических полетов имени Маршалла (MSFC) объединился с Kulr Technology Group для разработки напечатанных аккумуляторных систем для пилотируемых и автономных космических приложений.

Агентство заключило с техасской строительной компанией ICON контракт на создание 3D-печатной системы для строительства на Луне. В результате NASA разработало компоненты ракетных двигателей в рамках своего проекта быстрого анализа и производства двигательных технологий, который может сыграть определенную роль в миссии по возвращению астронавтов на Луну. Между тем аэрокосмический и оборонный подрядчик Lockheed Martin объединил усилия с калифорнийской ракетостроительной фирмой Relativity Space для трехмерной распечатки снарядов для предстоящей экспериментальной экспедиции НАСА.

Также напомнил о себе марсоход, который должен приземлиться на Марсе в феврале 2021 года. Аппарат оснащен одиннадцатью деталями, изготовленными на 3D-принтере.

Совсем недавно НАСА подписало соглашение о сотрудничестве с Международным центром аддитивного производства ASTM International, который поможет определить потенциальные проекты для реализации методом 3D-печати.

Источник