Электростатическая левитация для летающего лунохода

Когда-нибудь левитирующий аппарат сможет исследовать Луну, астероиды и другие поверхности безвоздушных объектов. Инженеры Массачусетского технологического института тестируют новую концепцию парящего лунохода, который левитирует за счет естественного заряда Луны.

Из-за отсутствия атмосферы Луна и другие безвоздушные тела, такие как астероиды, могут создавать электрическое поле за счет прямого воздействия солнца и окружающей плазмы. На Луне этот поверхностный заряд достаточно силен, чтобы поднимать пыль на высоту более 1 метра над землей, подобно тому, как статическое электричество может заставить волосы встать дыбом.

Инженеры НАСА и других организаций недавно предложили использовать этот естественный поверхностный заряд для левитации планера с крыльями, сделанными из майлара, материала, который естественным образом удерживает такой же заряд, как и поверхности на безвоздушных телах.

Они рассудили, что одинаково заряженные поверхности должны отталкиваться друг от друга с силой, отрывающей планер от земли. Но такая конструкция, вероятно, будет ограничена небольшими астероидами, поскольку более крупные планетные тела будут иметь более сильное противодействие гравитационному притяжению.

Левитирующий луноход команды Массачусетского технологического института потенциально может обойти это ограничение по размеру.

Концепция, напоминающая по форме летающую тарелку, ​​использует крошечные ионные пучки как для зарядки транспортного средства, так и для увеличения естественного заряда поверхности.

Общий эффект предназначен для создания относительно большой силы отталкивания между транспортным средством и поверхностью, что требует очень небольшой мощности. В первоначальном технико-экономическом обосновании исследователи показывают, что такой ионный импульс должен быть достаточно сильным, чтобы левитировать небольшой килограммовый аппарат на Луне и крупных астероидах, таких как Психея.

«Мы думаем о миссиях, таких как «Хаябуса», запущенная японским космическим агентством, — говорит ведущий автор работы Оливер Ричардс из факультета аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института. «Этот космический аппарат работал возле небольшого астероида и запускал на его поверхность небольшие роверы. Точно так же мы думаем, что будущая миссия может отправить небольшие парящие вездеходы для исследования поверхности Луны и астероидов».

Чтобы убедиться, что модель отражает то, что может происходить в реальной среде в космосе, ученые запустили простой сценарий в лаборатории Лозано. Исследователи изготовили небольшой шестиугольный тестовый аппарат весом около 60 граммов и размером примерно с ладонь человека. Они установили один ионный двигатель, направленный вверх, и четыре — вниз, а затем подвесили аппарат над алюминиевой поверхностью с помощью двух пружин, откалиброванных для противодействия гравитационной силе Земли. Вся установка была помещена в вакуумную камеру для моделирования безвоздушной среды Луны и астероидов.

Исследователи также подвесили вольфрамовый стержень к пружинам эксперимента и использовали его смещение, чтобы измерить силу, создаваемую двигателями при каждом запуске. Они приложили различные напряжения к подруливающим устройствам и измерили результирующие силы, которые затем использовали для расчета высоты, на которую могло подняться транспортное средство.

Они обнаружили, что эти экспериментальные результаты совпадают с предсказаниями того же сценария на основе их модели, что вселяет в них уверенность в том, что предсказания относительно зависания аппарата на Психее и на Луне были реалистичными.

Текущая модель предназначена для прогнозирования условий, необходимых для простого достижения левитации, которая оказалась на высоте около 1 сантиметра от поверхности для транспортного средства весом 1 кг. Ионные двигатели могут генерировать большую силу с большим напряжением, чтобы поднять транспортное средство выше. Но исследователи говорят, что модель потребует пересмотра, поскольку она не учитывает, как испускаемые ионы будут вести себя на больших высотах.

«В принципе, с более совершенным моделированием мы могли бы подняться на гораздо большие высоты», — говорит Оливер Ричардс.

В этом случае, в будущих миссиях на Луну и астероиды, там могут быть развернуты летающие роверы, которые используют ионные двигатели для безопасного зависания и маневрирования над неизвестной неровной местностью.