Nieuwe Space Engine kan Tiny CubeSats veranderen in interplanetaire ontdekkingsreizigers

Onderzoekers zijn van plan om binnen de komende 18 maanden een klein ruimtevaartuig naar de baan om de aarde te lanceren, in een belangrijke test van nieuwe voortstuwingstechnologie die de kosten van planetaire exploratie met een factor 1000 zou kunnen verlagen.

De wetenschappers en ingenieurs ontwikkelen een nieuw plasma-voortstuwingssysteem dat is ontworpen voor ultrakleine CubeSats. Als alles goed gaat, zeggen ze, is het misschien mogelijk om een ​​levensdetectiemissie te lanceren naar Jupiter's ocean-herbergende maan Europa of andere intrigerende werelden voor slechts $ 1 miljoen in de niet al te verre toekomst.

"We willen nieuwe missies mogelijk maken die nu ongeveer $ 1 miljard kosten, of misschien $ 500 miljoen, om bijvoorbeeld de manen van Jupiter en Saturn te verkennen," zei projectleider Ben Longmier, een plasmafysicus en universitair docent aan de universiteit van Michigan. [6 veelbelovende plaatsen voor buitenaards leven in het zonnestelsel]

Om de bal aan het rollen te krijgen lanceerden Longmier en zijn team een ​​crowdfunding-campagne op de website Kickstarter Thursday (4 juli). Ze hopen een minimum van $ 200.000 op te halen tegen 5 augustus, wat genoeg zou moeten zijn om de miniatuur boegschroef op zijn eerste ruimtevlucht te plaatsen.

Miniatuur boegschroeftechnologie

CubeSats zijn goedkope en kleine ruimtetuigen die slechts 11 pond (5 kilogram) wegen. Op dit moment zijn ze over het algemeen beperkt tot de baan van de aarde, waar ze passief rondcirkelen tot hun baan vervalt en ze sterven een vurige dood in de atmosfeer van de planeet.

Maar het nieuwe voortstuwingssysteem - dat het team de CubeSat Ambipolar Thruster of CAT noemt - zou dat allemaal kunnen veranderen, door zo'n klein ruimtevaartuig te veranderen in interplanetaire sondes, zeggen Longmier en zijn collega's.

CAT is een plasmamotor die stuwkracht genereert door oververhit geïoniseerd gas uit een ontladingskamer te versnellen. De CAT-boegschroef wordt aangedreven door zonnepanelen en permanente magneten leiden het plasma uit de achterkant van het ruimtevaartuig.

CAT is qua concept vergelijkbaar met de ionengine die Dawn's ruimteschip aandrijft, dat de protoplanet Vesta meer dan een jaar cirkelde en nu op weg is om Ceres te bestuderen, het grootste lichaam in de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. Dergelijke stuwraketten kunnen gedurende lange tijdsperioden het ruimtevaartuig versnellen tot hogere snelheden dan de gebruikelijke chemische raketten kunnen bereiken.

Maar met CAT moet alles op de microschaal werken. De thruster- en voedingssystemen wegen minder dan 1 pond (0,5 kg), terwijl de levering van drijfgas - waarschijnlijk jodium of water, hoewel veel verschillende stoffen kunnen worden gebruikt - wordt afgetopt op ongeveer 5,5 pond (2,5 kg), aldus onderzoekers. . [Galerij: de diepruimtetasters van het zonnestelsel]

De meeste CAT-componenten zijn individueel gebouwd en getest en het team maakt goede vorderingen om deze op te nemen in een verenigd geheel, aldus onderzoekers.

"De obstakels die er nu zijn, zorgen ervoor dat onze nieuw ontworpen boegschroef start en we denken dat we daar ongeveer drie weken vanaf zijn", vertelde Longmier aan ProfoundSpace.org. "We zijn nu echt een beetje aan het opklimmen en slagen nu volledig."

Naar de baan van de aarde en verder

Het belangrijkste doel van de nieuwe CAT Kickstarter-campagne is om genoeg geld bijeen te brengen om de motor in de baan van de aarde te testen. Het team is van plan binnen de volgende 18 maanden zijn eerste onderzoek te starten, hoewel het mogelijk kan zijn om nog sneller van de grond te komen, zei Longmier.

Het team is van plan om de met meisjes uitgeruste CAT-sonde ook naar de diepe ruimte te sturen - niet helemaal naar Europa of Saturnus geiser-spuwende maan Enceladus, maar ver genoeg om de mogelijkheden van CAT te demonstreren.

"Ons secundaire doel is om het uit de baan van de aarde te halen en aan de gemeenschap te bewijzen dat dit ding werkt," zei Longmier. "Als het werkt, is het een stuk eenvoudiger om financiering te krijgen en subsidies in de traditionele zin te schrijven."

Het bijeenbrengen van $ 200.000 zou dit alles mogelijk moeten maken, terwijl het ontmoeten van andere financieringsmijlpalen het CAT-team in staat stelt om 'strekkingsdoelen' aan te pakken. Als de Kickstarter-campagne bijvoorbeeld $ 500.000 oplevert, zal het team zijn ruimtetocht versnellen door een commerciële lancering te kopen, terwijl het verhogen van $ 900.000 een twee-CubeSat "ruimtewedloop" mogelijk maakt om te ontsnappen aan de baan van de aarde.

Longmier en zijn kernteam aan de Universiteit van Michigan werken samen met experts in verschillende instellingen, waaronder drie verschillende NASA-centra - Ames Research Center in Moffett Field, Californië, het Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en Glenn Research Center in Cleveland, Ohio.

Het asteroïde-mijnbouwbedrijf Planetary Resources is een andere partner. Het door de miljardairs gesteunde bedrijf, dat onder meer Larry Page en Eric Schmidt van Google bij zijn investeerders betrekt, is geïnteresseerd in mogelijk met CAT uitgeruste sondes om van dichtbij asteroïde verkenningen op goedkope wijze te doen, zei Longmier.

"Dat is een soort van plaats waar we binnenkomen - dat kleine ruimtevaartuig uitzenden als een verkenner, een radiobaken, om het radiotag te maken," zei hij.

Asteroïde-tags zijn slechts een van de vele mogelijke toepassingen voor de technologie, zeggen CAT-teamleden. Een vloot van CAT-aangedreven CubeSats kan bijvoorbeeld ook goedkope wereldwijde internettoegang bieden, of de gevolgen van uitbarstingen van de zon in de buurt van de aarde bestuderen, wetenschappers helpen het ruimteweer beter te begrijpen en voorspellen.

En dan is er de aantrekkingskracht van het ophangen van uitgeklede, $ 1 miljoen levensdetectiemissies naar Europa, Enceladus of andere intrigerende en verafgelegen werelden. Zulke inspanningen zijn binnenkort mogelijk, dankzij CAT, de toenemende efficiëntie van zonnepanelen, de afnemende omvang van microprocessors en andere technologische ontwikkelingen, zei Longmier.

"Ik denk dat we de kans krijgen - voor het eerst, min of meer, in de geschiedenis - om te gaan kijken of we deze detecties van leven binnen ons eigen zonnestelsel kunnen maken," zei Longmier."Niet alleen naar ze kijken, maar sensoren gaan en nemen, in-situ metingen doen, met Enceladus door kleine pluimen vliegen met kleine ruimtevaartuigen, we denken dat we dat in de relatief nabije toekomst kunnen doen."

Bezoek voor meer informatie over de CAT-engine en de Kickstarter-campagne: //www.kickstarter.com/projects/597141632/cat-a-thruster-for-interplanetary-cubesats