Секретний космічний літак X-37B виведе унікальний сонячний експеримент на орбіту

Очікується, що сьогодні ВПС США запустять свій секретний космічний літак X-37B для тривалої місії на низькій навколоземній орбіті.

Про це пише AstroNews.

Роботизований орбітальний апарат виглядає як зменшена версія космічного човника. Він провів майже вісім з останніх 10 років в космосі, проводячи секретні експерименти для військових. Майже нічого не відомо про те, що там робить X-37B, але перед своїм шостим запуском ВПС представили деякі рідкісні подробиці про його вантаж.

На додаток до свого звичайного набору секретних військових технологій, X-37B також проведе кілька несекретних експериментів під час свого майбутнього перебування в космосі. НАСА направляє два експерименти для вивчення впливу радіації на насіння, а Військово-повітряна академія США використовує космічний літак для розгортання невеликого дослідницького супутника. Але справжньою зіркою програми є невелика сонячна панель, розроблена фізиками з Військово-морської дослідницької лабораторії, яка буде використовуватися для проведення першого орбітального експерименту з космічною сонячною енергією.

«Це серйозний крок вперед», — говорить Пол Джаффе, інженер-електронік в Військово-морської дослідницької лабораторії і провідний дослідник проекту. «Це вперше, коли компонент призначений для супутникової системи, що працює на сонячній енергії, буде випробовуватися на орбіті».

Космічна сонячна енергія — це передача сонячної енергії на Землю незалежно від погоди або часу доби. Основна ідея полягає в тому, щоб перетворити енергію сонця в мікрохвилі і направити її вниз. На відміну від наземних сонячних панелей, супутники на досить високій орбіті можуть перебувати в темряві тільки протягом декількох хвилин в день. Якби ця енергія могла бути захоплена, вона могла б забезпечити невичерпне джерело енергії, незалежно від того, де ви знаходитесь на планеті.

Це ідея, вигадана письменником-фантастом Айзеком Азімовим в 1940-х роках. З тих пір експерименти з променевої енергією були успішно перевірені на Землі кілька разів. Але експеримент на X-37B буде першим, коли основні технології, що лежать в основі мікрохвильової сонячної енергії, будуть випробувані на орбіті.

«Наука про мікрохвильове випромінювання енергії повністю зрозуміла; саме інженерні проблеми, пов’язані з масштабуванням відомих технологій до розмірів, ніколи раніше не зустрічалися на орбіті, повинні розвиватися », — говорить Ян Кеш, директор International Electric Company Limited, яка розробляє космічну сонячну платформу під назвою CASSIOPeiA. «Але кожне починання повинно починатися з першого кроку».

Експеримент, побудований Джаффе і його колегами з NRL, — це те, що він називає «сендвіч» -модулем. Це трирівнева система для перетворення сонячного світла в електрику, а потім перетворення електрики в мікрохвилі. Зазвичай система перетворення знаходиться між високоефективною сонячною панеллю і антеною, яка використовується для передачі енергії. Але в цій місії Джаффе і його колеги не будуть випромінювати енергію з космосу на Землю, тому що радіосигнал буде заважати іншим експериментам на орбіті. Замість цього сендвіч-модуль буде відправляти радіосигнали по кабелю, щоб дослідники з NRL могли вивчити вихідну потужність системи.

Весь експеримент NRL може поміститися в коробці для піци і не дасть достатньо енергії навіть для живлення лампочки. Але Джаффе каже, що експеримент є критично важливим кроком на шляху до вільного космічного супутника. «Було багато роботи з вивчення та аналізу, і набагато менше роботи з фактичного прототипування», — каже Джаффе. «Це не обов’язково сама вишукана версія того, що може бути досягнуто, але головною метою було піднятися в космос з доказом цієї концепції».

Джаффе більше 10 років працював над космічною сонячною енергією в NRL і вперше представив свій прототип сендвіч-модуля в 2014 році. Цей проект повинен був вирішити ряд завдань, які переслідували космічні дослідження сонячної енергії протягом багатьох років. Одна з найбільших проблем полягає в тому, що сонячні панелі на орбіті повинні бути масивними, щоб збирати достатньо сонячного світла, щоб бути корисним для застосувань на Землі. Навіть якби ці структури могли бути побудовані в принципі, вони були б неймовірно дорогими і складними для запуску.

«Було б дуже великою і громіздкою справою запускати цю закінчену систему», — говорить Кріс ДеПума, інженер електроніки NRL і керівник програми експерименту. «Сендвіч-модуль — це спосіб зменшення маси і модульності системи, щоб її можна було зібрати на орбіті». Але перш ніж роботи почнуть будувати гігантські сонячні ферми в космосі, є ряд фундаментальних проблем з самими панелями, які необхідно вирішити.

Джаффе каже, що одним з найскладніших завдань є управління температурою. У космосі сонячна панель, повернена до сонця, може досягати температури до 150 градусів за Цельсієм, в той час як електроніка, спрямована в бік від неї, повинна працювати при температурі на кілька градусів вище абсолютного нуля. Ця електроніка знаходиться всього в декількох сантиметрах один від одного, тому Джаффе і його колегам довелося з’ясувати, як пристосуватися до обох крайнощів. Джаффе каже, що в основному це пов’язано з заміною матеріалів і зміною конструкції модуля, щоб сонячна панель була ізольована від електроніки, яка працює краще при більш низьких температурах. Майбутня місія X-37B піддасть випробуванням цю версію сендвіч-модуля.

Політ на секретному космічному літаку ВПС супроводжувався деякими компромісами. Якби такий експеримент проводився на супутнику, він був би розміщений на орбіті, де майже завжди було б доступне сонячне світло. Але X-37B буде літати по низькій навколоземній орбіті, що означає, що він буде проходити крізь тінь планети приблизно кожні 90 хвилин. Проте переваги цього польоту на космічному літаку варті компромісів. «Нам потрібно більше зосередитися на нашому експерименті, а не на розробці рушійної установки і всього іншого, що є у супутника», — говорить він. «Апарата буде просто збирати наші дані і відправляти їх нам у вигляді результатів».

Якщо все піде добре, каже Джаффе, то наступним кроком буде розробка експериментального космічного супутника з прийому сонячної енергії і передачі енергії з орбіти на Землю. Він визнав, що для цього буде потрібно переконати Міністерство оборони в тому, що час і гроші варті зусиль. Але військові явно зацікавлені в технологіях. У жовтні минулого року Дослідницька лабораторія ВПС оголосила про програму вартістю 100 мільйонів доларів для розробки обладнання для супутника на сонячній енергії.

Джаффе бачить використання космічної сонячної енергії, що спочатку дозволяє використовувати її для безпілотників, які ніколи не повинні приземлятися, або для цілодобового живлення віддалених військових баз. Але він бачить і ще більші речі для цієї технології. «Космічна сонячна енергетика вирішує найбільшу проблему масштабування існуючих наземних поновлюваних джерел енергії, а саме зберігання», — говорить він. «При значному скороченні витрат, яке дасть космічний запуск багаторазового використання, космічна сонячна енергія цілком може стати найдешевшим джерелом безперервної безвуглецевої енергії».

Джаффе любить порівнювати космічну концепцію сонячної енергії з GPS. Якби ви сказали комусь кілька десятиліть тому, що мережа супутників, завантажених атомним годинником, стане опорою сучасного суспільства, вони б подумали, що ви зійшли з розуму. Але сьогодні GPS робить все, від послуг спільного використання до ядерних боєголовок. Фактично, багато які з його найбільш важливих додатків навіть не проектувалися, коли був запущений перший супутник GPS. Джаффе вважає, що те ж саме може виявитися вірним для космічної сонячної енергії. Передача сонячної енергії з космосу на Землю звучить екстравагантно, езотерично і неможливо — поки це не так.

Старт ракети-носія Atlas V з експериментальним безпілотним космопланом X-37B має відбутися 16 травня о 15:24 за київським часом з майданчика SLC-41 мису Канаверал в штаті Флорида.

UPD. Через несприятливі погодні умови пуск ракети-носія Atlas V з експериментальним безпілотним космопланом X-37B перенесено на 17 травня.

Підписуйтесь на нас в Telegram: тут найцікавіші аерокосмічні новини!