Miniatúrne nanosatelity CubeSats už viac ako desaťročie zásadne menia spôsob, akým skúmame vesmír.
Ilustračná vizualizácia konštelácie miniatúrnych nanosatelitov CubeSats vo vesmíre. iStock.com/Rick_Jo
Tieto satelity, tvorené kubickými modulmi s hranou 10 cm a maximálnou hmotnosťou 2 kg, sú lacné na výrobu a ľahko dostupné pre akademickú sféru a súkromné spoločnosti. Napriek genialite ich konštrukcie majú aj mnoho limitácií, ako sú napríklad krátka životnosť, náchylnosť na radiačné poškodenie či slabý pohon.
Prieskum ďalekého vesmíru bol primárne limitovaný na masívne kozmické lode s dostatočnou rýchlosťou na únik pred planetárnou gravitáciou. Inžinieri z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) však vyvinuli dvojrežimový pohonný systém, ktorý by umožnil prieskum ďalekého vesmíru aj nanosatelitom, a my by sme ich tak mohli vyslať do najvzdialenejších kútov našej slnečnej sústavy.
Pozrite si
Prečo je výskum MIT taký dôležitý?
Vesmírne lode sa tradične spoliehajú na dva hlavné typy motorov.
- Prvým je chemický pohon. Tieto motory pracujú na princípe spaľovania. Spaľované palivo vytvára krátke, silné impulzy ťahu potrebné na odtrhnutie sa od zemskej gravitácie alebo na rýchlu zmenu obežnej dráhy. Vyžadujú si však masívne a ťažké nádrže, ktoré by sa do miniatúrneho satelitu nezmestili.
- Druhým je elektrický pohon (elektrosprej). Tieto motory využívajú elektrické polia na urýchlenie nabitých častíc (iónov) z kvapalného paliva. Z hľadiska spotreby sú neuveriteľne úsporné a dokážu fungovať nepretržite mesiace alebo roky len s niekoľkými gramami paliva. Nevýhodou je, že vytvárajú veľmi slabý, jemný tlak, ktorého energia nie je dostatočná na vykonávanie rýchlych manévrov alebo rýchleho vstupu na orbit.
Ak chce prevádzkovateľ satelitu využiť obe funkcie, musí nainštalovať dva samostatné pohonné systémy, dva rôzne typy paliva a dva samostatné rozvody. Pre miniatúrne satelity táto pridaná hmotnosť a zložitosť robia návrh nemožným. Vedecký tím MIT však dokázal nájsť technický kompromis. Namiesto prepravy dvoch samostatných palív umožňuje ich vynález obom typom pohonov čerpať palivo z tej istej palivovej nádrže.
Kvapalné palivo ASCENT
Hlavným prvkom je špecializované kvapalné palivo známe ako ASCENT (Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic propellant: Energetický netoxický pohon pre kozmické lode). ASCENT bol pôvodne vyvinutý americkým letectvom ako bezpečnejšia a ekologickejšia alternatíva k hydrazínu – vysokotoxickému, prchavému palivu tradične používanému v kozmických lodiach. ASCENT je v podstate iónová kvapalina – kvapalina zložená výlučne z chemických solí. Keďže sa správa ako stabilný iónový roztok, má vlastnosti, ktoré by ho mohli urobiť kompatibilným s elektrickým pohonom aj s tradičným chemickým spaľovaním.
Aby dokázali, že chemické palivo môže efektívne poháňať elektrický pohon, výskumníci z MIT zostrojili elektrosprejové moduly veľkosti ľudského nechtu. Každý malý pohon bol spárovaný s malou nádržou, zhruba s veľkosťou kocky Lego, ktorá obsahovala iba jeden gram paliva ASCENT. Aby tím otestoval, ako sa budú tieto mikropohonné jednotky správať vo vesmírnom prostredí, umiestnil experimentálne zariadenie na špeciálne vyrobenú platformu magnetickej levitácie vnútri vákuovej komory. Umiestnením zariadenia pomocou magnetických polí sa úspešne simuloval stav beztiaže.
Po aplikácii elektrického poľa na kvapalný ASCENT systém úspešne vygeneroval jemný prúd nabitých častíc, čím vytvoril spoľahlivý a vysoko kontrolovaný ťah a spôsobil otáčanie testovaného satelitu. Experimenty ukázali, že ASCENT fungoval rovnako efektívne ako špecializované, drahé iónové kvapaliny, zvyčajne vyrábané výlučne pre elektrický pohon.
Informácie zo Zeme aj z Marsu
Systém so spoločnou nádržou mení spôsob prieskumu hlbokého vesmíru. Nový dizajn MIT umožňuje napájať vysokotlakovú chemickú raketu (pre rýchle otáčanie) aj vysokoúčinné elektrické rozprašovacie dýzy (pre pomalé cestovanie na dlhé vzdialenosti). Budúce satelity CubeSats sa tak nebudú musieť striktne spoliehať na nosné rakety, ktoré ich do hlbokého vesmíru dopravia.
Na obežnej dráhe Zeme nám táto technológia prináša revolúciu v pozorovaní Zeme a monitorovaní klímy. Pri nepredvídateľných environmentálnych krízach, napríklad náhlom hurikáne alebo sopečnej erupcii, by mohli byť zhluky satelitov pomerne rýchlo premiestnené nad zónu katastrofy.
Plánovaná demonštrácia
Laboratórium vesmírnych pohonných systémov MIT oficiálne dodalo NASA štyri elektrosprejové dýzy. Tieto jednotky sa majú využiť na let v nadchádzajúcej misii CubeSat s názvom GPDM (Green Propulsion Dual Mode: Zelený pohon s dvojitým režimom). Kozmická loď GPDM bude prvým satelitom v histórii, ktorý bude prevádzkovaný na obežnej dráhe použitím pohonu so spoločným palivom. Ak bude táto demonštrácia úspešná, potvrdí zásadný posun v dizajne vesmírneho priemyslu.
Zdroje: Science Daily, SciTechDaily, BioScience
(KAM)
