[Перевод] Как шоколадный пудинг помог создать космическую антенну
Микроволновка, пенициллин, суперклей, спички, рентген, виагра — что общего у них может быть? Если вы знаете историю великих изобретений, то без труда ответите, что все эти вещи появились благодаря случайности. А вот вам другая история: о том, как шоколадный пудинг помог появиться на свет Большому Шару‑Отражателю.
FreeFall тестирует сферические антенны на высоте 49 км
Около 30 лет назад молодой инженер по имени Кристофер Уокер решил вечерком приготовить шоколадный пудинг. В разгар творческого процесса ему неожиданно позвонила мать. Уокер отключил плиту и ответил на звонок. Чтобы пудинг не заветрился, инженер натянул на кастрюлю полиэтиленовую плёнку.
К тому времени, как он вернулся, остывающий воздух в кастрюле придал полиэтилену вогнутую форму, и в этом деформированном куске плёнки он увидел нечто: увеличенное отражение лампочки верхнего света. Это натолкнуло Уокера на идею, способную произвести революцию в космическом зондировании и связи.
Идея легла в основу Большого Шара‑Отражателя (Large Balloon Reflector или LBR) — надувного устройства, позволяющего создавать широкие апертуры для сбора сигнала. При этом вес устройства в разы меньше, чем у современных развертываемых антенн. Теперь, спустя три десятка лет, при содействии программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), замысел Уокера воплощается в жизнь.
В соответствии с этой концепцией часть внутренней поверхности надутого шара превращается в параболическую антенну. Участок, составляющий около трети внутренней поверхности шара, покрыт алюминием, что придаёт ему отражающие свойства.
Благодаря финансированию NIAC и гранту Военно-морской исследовательской лаборатории США Уокеру удалось разработать и продемонстрировать технологии для LBR диаметром 10 м, который был поднят в стратосферу на гигантском воздушном шаре. Для сравнения, диаметр апертуры Джеймса Уэбба (огромного космического телескопа НАСА) составляет более 6,5 м.
Поначалу Уокер (ныне профессор астрономии и оптической инженерии в Университете Аризоны в Тусоне) боялся делиться своей идеей с коллегами, поскольку она звучала слишком безумно. Для этого нужна была программа в рамках NASA, которая бы всерьёз рассматривала радикальные идеи, и таковой оказалась NIAC.
Параболические антенны используют свою вогнутую форму для улавливания и концентрации электромагнитного излучения. Чем больше диаметр антенны, или апертура, тем эффективнее она улавливает световые или радиоволны и передаёт радиосигналы на большие расстояния.
Почему LBR лучше текущих вариантов
В астрономии огромное преимущество даёт размещение телескопов именно над земной атмосферой, потому что обычно она искажает или ухудшает сигналы, поступающие из космоса. Проблема в том, что традиционные большие рефлекторные антенны слишком тяжёлые и громоздкие, что приводит к ограничениям при запуске и рискованным схемам развёртывания в космосе.
Конструкция LBR решает обе проблемы. Благодаря тому, что устройство изготовлено из тонкой пленки, оно надувается, как пляжный мяч, и стабильно поддерживает форму параболической тарелки. При этом не требуется громоздкого и сложного оборудования для развёртывания.
В 2018 году компания Freefall Aerospace, основанная Уокером для разработки и продвижения технологии, продемонстрировала возможности LBR на борту стратосферного аэростата NASA размером со стадион, который поднял модель в масштабе 1 м на высоту 48 463 м.
А что дальше
Следующим этапом развития технологии будет демонстрация высокоскоростной связи на низкой околоземной орбите на 6-блочном аппарате CubeSat размером с обувную коробку под названием CatSat. Он был выбран для полёта в 2019 году в рамках инициативы НАСА по запуску CubeSat. Это совместная работа НАСА, компании Freefall Aerospace, Аризонского университета и Rincon Research Corporation из Тусона (штат Аризона).
После выхода на низкую околоземную орбиту надувная антенна CatSat будет развёрнута из контейнера, надуется до диаметра около полутора метров и начнёт передавать фотографии Земли в высоком разрешении. Этот спутник планируется запустить вместе с несколькими другими CubeSat на ракете Alpha компании Firefly Aerospace в рамках программы «Образовательный запуск наноспутников» (ELaNa) 43.
Рассматривается и более амбициозная концепция лунной миссии. В Центре космических полётов имени Годдарда НАСА в Гринбелте (штат Мэриленд) надувная антенна будет использоваться в тандеме с новым прибором под названием Terahertz Spectrometer for In‑Situ Resource Utilization — миниатюрным мощным лазером, точно откалиброванным для обнаружения воды — одного из важнейших ресурсов исследования.
Схема концепции надувного телескопа, сочетающая технологии суборбитального воздушного шара и наземного телескопа.
Вот такие планы, а начиналось всё с обычного пудинга…
Что ещё интересного есть в блоге Cloud4Y
→ Симпсоны-ТВ: руководство по сборке
→ NAS за шапку сухарей
→ Взлом Hyundai Tucson, часть 1, часть 2
→ Собираем машину для стринг-арта
→ 50 самых интересных клавиатур из частной коллекции
