Космическое агентство Австралии готовит миссию на Луну, которая должна будет научиться производить там воду.
Т А П С Ы Р М А
1. Университет бойынша 20___ ж. «___»____________ № _______ бұйрығымен бекітілген дипломдық жұмыс тақырыбы: Осьтен тыс оптикалық жүйелерді жобалау әдістері.
2. Аяқталған жұмысты тапсыру мерзімі « » 20 жыл.
3. Жұмыс істеу үшін бастапқы деректер: Тақырып бойынша әдебиеттер, Zemax бағдарламасында жұмыс істеу негіздері.
4. Дипломдық жұмыста қарастырылатын сұрақтар тізімі немесе дипломдық жұмыстың қысқаша мазмұны:
КІРІСПЕ
1. Оптикалық жүйелерді, олардың түрлерін, соның ішінде осьтен тыс оптикалық жүйелерді зерттеу және олардың түрлеріне, ерекшеліктеріне шолу жасау.
2. Оптикалық жүйені жобалау және жобалау әдістерімен танысу үшін Zemax бағдарламасында жұмыс жасау негізін үйрену.
3. Zemax бағдарламасында жобалаудың негізгі әдістерін көрсету және орындау.
5. Оптикалық жүйелер және ол жүйелерді жобалау ұғымдарын түсіндіретін сызбанұсқалар, суреттер, кестелер.
Қорытынды
6. Ұсынылатын негізгі әдебиет тізімі:
1. Лысенко А.И., Мaламед Е.Р., Сoкольский М.Н., Пимeнов Ю.Д., Путилoв И.Е. Оптические схемы объективoв космичeских тeлескопов // Оптиче- ский журнaл. 2002. № 9. С. 21–25.
2. Дaнилов В.А., Путилoв И.Е., Сaвицкий А.М., Сoкольский М.Н. Космический тeлескоп // Патент РФ № 78957. 2008.
3. Korsch D. Anаstigmatic thrее – mirrоr telеscope // Appl. Opt. 1977. V. 8. P. 2074–2077.
|
|
|
4. Слюсaрев Г.Г. Рaсчет оптичeских систeм. Л.: Мaшиностроение, 1975. 640 с.
5. Сокoльский М.Н. Дoпуски и кaчество оптического изoбражения. Л.: Машиностроение, 1989.
6. Мaламед Е.Р., Сокольский М.Н., Ворoнова М.В., Лапо Л.М. Объектив кoсмического телескопа // Патент РФ № 35446. 2003.
7. Bass M. et al. Handbook of Optics, Volume IV: Optical Properties of Materials, Nonlinear Optics, Quantum Optics (set). – McGraw Hill Professional, 2009. – Т. 4.
8. Edgфr J. H. Properties, processing and applications of gallium nitride and related semiconductors. – Iet, 1999.
9. Кабанов М. В. Атмoсферные оптические помехи: учебное пособие. - Томск.: Изд – во Том. ун –та 1991. – 206 с.
10. Канев Ф.Ю., Лукин В.П. Адаптивная оптика. Численные методы и экспериментальные исслeдования. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2005. – 250 с.
11. Belаnd R.R. Propagation through Atmospheric Optical Turbulence // The Infrarуd and Electro-Optical Systems Handbook - 1993. - №2. – p.125-127.
12. Бломберген, Н. Нелинeйная оптика / Н. Бломберген. - М.: [не указано], 1984. - 965 c.
13. Борн, М. Основы oптики / М. Борн, Э. Вольф. - М.: [не указано], 1982. - 122 c.
7. Жұмыс бойынша консультация
| Бөлім атауы мен номері | Ғылыми жетекші, кеңесші | Тапсырма алу мерзімі | Тапсырма берді (қолы) | Тапсырма алды (қолы) |
| Кіріспе 1 ЖҚЗ. ЖҚЗ ЖҮЙЕЛЕРІ ЖӘНЕ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ 1.1 Жерді қашықтықтан зондтау жүйелері 1.2 Спектрлік диапазондардың сипаттамалары 1.3 Ғарыштық суреттерді өңдеу әдістері 1.4 ЖҚЗ Қолдану | ||||
| 2 ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР 2.1 Оптикалық жүйелердің элементтері 2.2 Орталықтандырылған оптикалық жүйе 2.3 Меридионалді және сагитталді жазықтықтар 2.4 Оптикалық жүйедегі зат және сурет | ||||
| 3 КІШІ ҒАРЫШ АППАРАТТАРЫНЫҢ ОБЪЕКТИВТЕРІ ҮШІН ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР 3.1 Ғарыштық телескоптың объективтеріне арналған қолданыстағы остьен тыс оптикалық жүйелерге шолу 3.2 Қолданыстағы остьен тыс оптикалық жүйелерге шолу 3.3 Экрансыз үш айналы оптикалық жүйе | ||||
| 4 ОСЬТЕН ТЫС ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕНІ ЖОБАЛАУ 4.1 ЖҚЗ телескобы үшін осьтен тыс оптикалық жүйені жобалау үшін техникалық тапсырма 4.2 Zemax бағдарламасындағы жұмыстың орындалу реті |
|
|
|
8.Дипломдық жұмысты орындау кестесі
| № | Жұмыс кезеңдері | Жұмыс кезеңдерін орындау мерзімі | Ескерту |
| 1 | Дипломдық жұмыс тақырыбын бекіту | ||
| 2 | Дипломдық жұмыс әзірлеуге мәліметтер жинау | ||
| 3 | Дипломдық жұмыстың теориялық бөлімін әзірлеу (1 бөлім) | Тәжірибеге кеткенге дейін | |
| 4 | Дипломдық жұмыстың талдамалы бөлімін әзірлеу (2 бөлім) | Тәжірибе кезінде | |
| 5 | Дипломдық жұмыстың толық мәтінінің алғашқы нұсқасын аяқтау | Тәжірибе соңында | |
| 6 | Дипломдық жұмысты алдын ала қорғауға ұсыну | Тәжірибе бойынша есеп беру кезінде | |
| 7 | Дипломдық жұмысты пікірге (рецензияға) ұсыну | ||
| 8 | Дипломдық жұмыстың толық мәтінінің соңғы нұсқасын, ғылыми жетекшінің және рецензент пкірімен ұсыну | ||
| 9 | Дипломдық жұмысты қорғау | МАК кестесіне сай |
|
|
|
Тапсырма берілген уақыты «____»___________20____
Диплом жұмысының жетекшісі: _________
(қолы) (аты-жөні, ғылыми атағы, қызметі)
Тапсырманы орындауға
қабылдап алған студент: ____________
(қолы) (аты-жөні)
|
|
|
Аңдатпа
Берілген дипломдық жұмыста оптикалық жүйелер, олардың түрлері және жалпы ерекшеліктері теориялық тұрғыда сипатталды. Оптикалық жүйенің ең аз зерттелген, осьтен тыс оптикалық жүйе түрі жан – жақты теориялық тұрғыда зерттелді және артықшылықтарымен кемшіліктері көрсетілді.
Негізі жұмыс болып осьтен тыс оптикалық жүйені ауыл, егін шаруашылық өнімдерін ЖҚЗ телескобы арқылы зерттеу мақсатында Zemax бағдарламасында жобалау болып табылады. Жобалау барысында бағдарламада жұмыс жасау негіздері, осьтен тыс оптикалық жүйелердің ерекшліктері және бірнеше түрлері салыстырмалы түрде қарастырылды. Жобаланған оптикалық жүйеге детекторлар іздестіріліп, олардың ішіндегі ең оңтайлысы таңдалды. Дипломдық жұмыс жалпы алғанда 66 беттен, 51 суреттен және 7 кестеден тұрады.
Аннотация
В этой дипломной работе представлены теоретические аспекты оптических систем, их типы и общие черты. Мало исследованная внеосевая оптическая система была тщательно исследована и продемонстрированы ее преимущества и недостатки.
Основной целью проекта является разработка внеосеваой оптической системы в прогрманом обеспечении Zemax для исследования сельское хозяйство с использованием телескопа ДЗЗ. Во время проектирования были изучены основы работы в программном обеспечении Zemax, особенности оптических систем и их виды. Для разработанной оптической системы были исследовнаы детекторы и выбран оптимальный вариант. Дипломная работа состоит из 66 страниц, 51 графических фотографии и 7 таблиц.
Abstract
In this thesis, theoretical aspects of optical systems, their types and common features are presented. The little-studied off-axis optical system has been thoroughly investigated and demonstrated its advantages and disadvantages.
The main goal of the project is the development of an off-axis optical system in Zemax software for research of agriculture using the remote sensing telescope. During the design, the basics of working in Zemax software, the features of optical systems and their types were studied. For the developed optical system, the detectors were investigated and the optimal variant was chosen. The thesis consists of 66 pages, 51 graphic photographs and 7 tables.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР ТІЗІМІ
ЖҚЗ – Жерді қашықтықтан зондтау
БШРЖ - Бүйірлік шолушы радиолокациялық жүйелер
ЖЖ – Жоғары жиілікті
НМ – нанометр
МБФ – Модуляция Беру Функциясы
М – метр
ҚЗ – Қашықтықтан зондтау
ЗБҚ – Зарядты байланысы бар құрылғы
УҚ – ультра қызыл
ИҚ – инфра қызыл
ШҒА – Шағын ғарыш аппараттары
ҒТ – Ғарыштық телескоп
ОА – орталық аппарат
АҚЖТЖ – Ақпаратты қабылдау және түрлендіру жүйесі
ОЭК – оптика электронды камера
НА – Негізгі айна
ҚА – Қосымша айна
ӨАЖТ - Өріс абберацияларын жасырушы реттегіш
ББА – Бақылаушы тексеруші аппаратура
ШК – Шмидт Кассегрен
Мазмұны
| Кіріспе | 12 | |
| 1 | Обоснование создания лунной станции для заправки космических ракет | 14 |
| 1.1 | Лунная база | 14 |
| 1.2 1.3 | Поиск замерзшей воды на Луне Солнечная энергия и её использования | 18 |
| 1.4 | Диссоциация воды для получения жидкого водорода и кислорода | 25 |
| 1.4.1 1.4.2 1.5 2 | .... Получение водорода и кислорода из пара Энергия будущего Гелий-3 Рассматриваемые проекты лунной базы | 30 41 48 |
| 2.1 | Российские проекты лунной базы | 54 |
| 2.2 | Проекты лунной базы США | 54 |
| 3 | Модель лунной станции для производства химического топлива | 59 |
| 3.1 | Конструирование лунной базы | 63 |
| Қорытынды | ||
| Пайдаланылған әдебиеттер | ||
| Қосымша |
Введение
Человек расширяет ареал исследований космического пространства, уже приступив к исследованию планет Солнечной системы, в частности Венера, Марс, кометы и других небесных тел. Для того чтобы запустить космический аппарат с Земли необходимо огромное количество топлива, даже для вывода на орбиту вокруг Земли. Основываясь на характеристике транспортных космических ракет, предложенной фоном Брауном известно, что стартовая масса трехступенчатой ракеты равна 7 430 тоннам, а масса топлива равна 5 552 тоннам, то есть около 75% всей массы ракеты только для запуска на орбиту вокруг Земли. Для отправки ракеты или космических аппаратов к телам Солнечной системы необходимо горючее во много раз превышающее массу самого аппарата. Перевозить груз с необходимой массой, является проблемой для космонавтики. Решить эту проблему можно с помощью более эффектных промежуточных «заправочных станций» на Луне или астероидах, либо усовершенствования двигательных установок.
Ввиду относительно недавних подтвердившихся фактов залежей льда на Луне, вариант постройки «заправочной станции» является самым вероятным решением топливных проблем. Использовать неиссякаемую энергию солнца, позволит нам растопить лёд и нагреть полученную воду до нужной температуры. Кипящая вода в свою очередь будет направлена на выработку электроэнергии, через турбину электрогенератора. После генератора горячая вода направляется к электролизеру, где будет диссоциироваться на водород и кислород. Сжиженные водород и кислород будут готовы для применения в качестве ракетного топлива. Весь процесс от растопки льда до получения жидких водорода и кислорода, будет работать за счет солнечной энергии. Солнечная энергия фокусируется с помощью концентратора на закрытой черной емкости, куда подается лёд. Такая модель позволяет использовать только природные ресурсы (вода и солнечная энергия), которые не нужно доставлять на Луну, где они имеются в достаточном количестве. Такая лунная станция выработке ракетного топлива для дозаправки космических кораблей будет обладать достаточно высоким коэффициентом полезного действия, экономически выгодна, обладать большим ресурсом рабочего времени, надежна и достаточно проста в эксплуатации. Работа такой станции имеет физическое обоснование и на данном этапе развития технологии возможно создания подобной станции в ближайшее десятилетие.
Актуальность проекта обосновываетсятем, что в настоящее время планируется и осуществляется полеты ракет к планетам Солнечной системы, а существование станции дозаправки на Луне, значительно уменьшить вес запускаемых с Земли ракет.
Цель настоящего проекта: Создание модели станции на Луне, для получения химического топлива для ракет на основе диссоциации воды с прямым использованием солнечной энергии при помощи зеркального концентратора.
Задачи проекта:
-Изучение проблем констриурования лунной станции.
-Анализ моделей станции на Луне
- Обоснование возможностей использвание диссоциации лунной воды для получения химического топлива для дозаправки ракет
- Расчет фокуса солнечного концентратора исходя из его физических рамеров
- Конструирование и изготовление моделей лунной станции для выработки энергии и получения химического топлива
Новизна исследования: Работа основана на последних открытиях обноружения воды на Луне, необходимой для создания химического топлива (водорода и кислорода) для дозаправки ракет для полета в космосе. Впервые физический обоснована цепочка преобразования «лёд-вода-водяной пар-химическое топливо». Попутно водяным паром вырабатывается в турбине электрогенератора электрическая энергия необходимая для работы электролизера для диссоциации воды, а так же для превращения газообразного водорода и кислорода в жидкий.
Лунная станция по выработке ракетного топлива для дозаправки космических кораблей будет обладать достаточно высоким коэффициентом полезного действия, экономически выгодна, обладать большим ресурсом рабочего времени, надежна и достаточно проста в эксплуатации.
ГЛАВА І Обоснование создания лунной станции для заправки космических ракет
Лунная база
Не обсуждая здесь вопроса о своевременности и первоочередности создания лунной базы в ближайшие десятилетия, попробуем представить ее облик и объем работ.
Задачами лунной базы могли бы быть регулярные исследования Луны (сейсмичность, метеорная обстановка, строение, геология, поиск полезных для человеческой деятельности на Луне ископаемых и т.п.), экспериментальная проверка возможности и целесообразности добычи полезных ископаемых, строительство астрофизической обсерватории, если дальнейшие исследования покажут целесообразность ее создания на Луне, где отсутствие атмосферы, малая сила тяжести и возможность установки телескопов на неподвижном фундаменте представляются на первый взгляд важными достоинствами по сравнению с наземными и с орбитальными телескопами.
Последняя задача может оказаться существенной, особенно если удастся показать возможность создания телескопов с синтезированной апертурой с зеркалами, разнесенными на возможно большие расстояния.
Естественным было бы иметь в составе базы центр информации и управления, лаборатории, отдельные каюты квартиры для работников базы, помещения для спортивных упражнений, кают-компанию, столовую, кухню, ангар-шлюз для обслуживания и ремонта луноходов, производственные помещения, энергоустановку, средства обеспечения жизнедеятельности и теплового режима, оранжерею, склады запасного оборудования, топлива, собираемых образцов и т.п., луноходы для исследовательских экспедиций, транспортные средства, ангары для них, ангары-укрытия для дежурных кораблей срочной эвакуации.
Поскольку полет транспортного корабля с экипажем на Луну может стоить порядка миллиарда долларов, естественно ориентироваться на длительное пребывание специалистов на базе. Кроме того, нужно будет учитывать изолированность и психологическую напряженность работы на базе. Поэтому будет необходимо обеспечить достаточно комфортные условия для жизни и работы команды лунной базы. Представляется целесообразным в команде иметь 5—6 человек, с тем, чтобы каждый из них имел 2—3 специальности.
Каждому из членов команды необходимо будет предоставить отдельную каюту-кабину со всеми удобствами объемом порядка 50—100 м3. Кроме того, должны быть резервные жилые помещения, необходимые на период пересменки и для нештатных ситуаций. Примерно такие же размеры помещений придется выделить для основного и резервного центров информации и управления, лабораторий, спортзалов, кают-компании, столовой-кухни, производственных помещений Общий объем герметичных и жилых помещений может составить порядка 2000 м3. Учитывая в принципе всегда возможную опасность разгерметизации пожара или появления вредных газовых примесей в атмосфере базы, необходимой предусматривать секционирование герметичных помещений и резервные входы-выходы в каждую секцию. Герметичные помещения лучше делать в виде цилиндров 3—4 м в диаметре.
Возникает вопрос о защите герметичных помещений от метеоров и от большого перепада температур на поверхности Луны в дневное и в ночное время. Можно, конечно, использовать и меры, обычные для орбитальных космических аппаратов, — экраны и экранно-вакуумную изоляцию. Но на Луне, наверное, будет естественнее и эффективнее использовать заглубление в грунт и засыпку сверху помещений станции тем же грунтом. Перед засыпкой, естественно, должны быть закончены все монтажи конструкции, магистрали, канализация, кабельная сеть и т.п. Невозможно везти с Земли гигантские конструкции помещений станции в готовом виде. Логично везти листовой, раскроенный заранее материал оболочек и «полуфабрикаты» в виде частей больших шпангоутов, люков, переходников «оболочка — трубопровод» и т.п. и уже на подготовленном месте монтажа конструкции базы вести сварочные работы, как правило, с помощью роботов-автоматов
Тут становится ясно, что постройке базы должны будут предшествовать разведочная лунная экспедиция с задачей привязки на местности строительного проекта базы, доставки с Земли строительных механизмов (скреперы-тягачи, экскаваторы-подъемные краны) и строительных материалов и, наконец, высадка, по-видимому, нескольких, строительных экспедиций для подготовки места строительства (грунтовые работы), дорог, посадочных площадок для приема грузовых и пилотируемых кораблей и, наконец, для самого строительства. А это, в свою очередь, означает, что придется привезти и временную станцию для строителей базы
В центр информации и управления должна стекаться информация с Земли, от луноходов с исследователями (которые могут оказаться за сотни километров от базы (т.е. далеко за видимым ее горизонтом), от работников, находящихся в данный момент вне герметичных отсеков, телеметрическая информация от бортовых систем базы. Все это означает, что для того, чтобы дежурный оператор базы был способен осознавать текущую ситуацию, необходима полная автоматическая обработка всей поступающей информации на вычислительных машинах, с выдачей обобщенных оценок ситуации в целом и по каждой отдельной системе, по каждому отдельному человеку вне базы, достаточно наглядное представление результатов обработки на электронных табло и дисплеях, а также рекомендации оператору. Тем самым потребуется создать мощное математическое обеспечение, заменяющее сотни специалистов, которые сейчас в центрах управления полетом анализируют уже предварительно обработанную информацию и готовят рекомендации для руководителей полета и космонавтов Конечно, в принципе, возможно сохранить сложившуюся схему анализа ситуации на пилотируемых космических аппаратах в полете и схему принятия решения в наземном центре управления полетом. Но через одно-два десятилетия такая схема, скорее всего, будет признаваться и недостаточно надежной и слишком дорогой.
Для телефонной и телевизионной связи с луноходами, находящимися за радиогоризонтом базы, можно использовать либо спутники Луны — ретрансляторы, либо связь по цепочке база — ретранслятор на Земле — луноход, луноход — ретранслятор на Земле — база Связь через ретранслятор на Земле неудобна тем, что она будет идти с временной задержкой порядка 5 с. По-видимому, придется использовать оба варианта, так как лунный спутник-ретранслятор не всегда окажется в зоне радиовидимости базы и лунохода. Естественно, в центре информации и управления должны быть предусмотрены средства телефонной и видеосвязи со всеми рабочими, жилыми помещениями, а также и с внешними площадками (заправочная станция, энергоустановка, посадочные площадки и т.п.). Кроме того, должна быть предусмотрена возможность обзора внешнего пространства и окружающей местности с помощью телевизионных камер.
Проблема энергопитания базы осложняется тем, что на ней двухнедельный день будет сменяться двухнедельной ночью. Поэтому если систему энергопитания строить на основе солнечных батарей, то надо тут же решать вопрос о том, откуда брать энергию ночью. Даже если предусмотреть для станции режим «спячки», то и в этом случае потребуются аккумуляторные батареи с массой во много тонн. К тому же предусматривать режим «спячки» на каждые две недели из четырех было бы нерационально.
Использование в качестве аккумулирующих устройств систем электролизеров воды, работающих днем при аккумулировании электроэнергии, и электрохимических генераторов, работающих при отдаче электроэнергии ночью, потребует создания гигантских установок с громадными газгольдерами для водорода и кислорода. Подходящим решением, по-видимому, будет использование небольшой ядерной электростанции (вернее, двух-трех разнесенных друг от друга энергоблоков). Энергоблоки должны будут доставляться на Луну уже в готовом виде (но не включенными) в качестве первоочередного груза при строительстве базы и устанавливаться одними из первых.
Система терморегулирования должна будет обеспечивать приемлемые, достаточно комфортные условия для команды базы по температуре внутри станции и приемлемые для аппаратуры и оборудования в герметичных и в негерметичных сооружениях станции как днем, так и ночью. Теплоизоляция и вынос избыточного тепла на радиатор решат эту проблему для дневных условий. Но для ночных потребуется вводить подогрев. Скорее всего, в качестве источника тепла придется использовать тепло, выделяемое ядерными энергоблоками или изотопными подогревателями. Кроме того, система должна будет собирать влагу из воздуха внутренних помещений базы.
Высокая стоимость доставки запасов на Луну определяет стремление к использованию по возможности замкнутых систем обеспечения жизнедеятельности. Решить эту задачу во всем объеме затруднительно, но полностью замкнутой по воде и кислороду, безусловно, можно, если использовать электролиз воды, собранной из атмосферы, урины и углекислого газа. При этом придется привозить около 300 кг обезвоженной пищи и порядка 100 кг расходуемых материалов на каждого человека в год. Такая система должна быть предусмотрена в составе оборудования базы. Но, конечно, нужно стремиться решить задачу замкнутой системы и по пище. Потребуются и сложное оборудование, и увеличение энергопотребления, и дополнительные объемы. Задача создания системы, замкнутой по кислороду, воде и пище, должна включаться в программы работы космической техники на ближайшие десятилетия. Для системы замкнутой только по воде и кислороду, потребуется порядка 300 — 400 Вт электроэнергии на каждого человека (т.е. около 2,5 кВт только на одну эту систему). Конечно, должны быть и аварийные запасы кислорода 1 воды и пищи.
В состав средств обеспечения жизнедеятельности |войдут доставляемые одежда, белье, обувь, сменное оборудование автономных систем жизнедеятельности выходных скафандров, луноходов, тракторов, подъемных кранов и т.п., медицинское диагностическое и лечебное оборудование, тренажеры для физических упражнений.
База, естественно, должна будет иметь развитое транспортное оснащение: луноходы для проведения исследовательских экспедиций, грузовики, скреперы, передвижные бурильные установки, экскаваторы и т.п.
Сегодня представляется целесообразным иметь в составе базы и дежурный эвакуационный корабль, используемый при аварийном развитии событий на станции.
И, наконец, главное — должно быть создано оборудование для научных исследований и разведки.
Серьезная оценка массы конструкций базы, которую придется доставлять с Земли, и затрат возможна только после разработки проекта. В качестве предварительных оценочных величин можно назвать масса порядка 100 т и стоимость работ по созданию станции порядка 100 млрд. долл
Поиск замёрзшей воды на Луне
Несколько веков назад всё казалось понятным. На первых картах Луны уже были «моря» (Море Ясности, Море Дождей, Море Холода, Море Нектара, Море Спокойствия и т.д.) и даже «океан» (Океан Бурь). Так астрономы назвали хорошо видимые с Земли невооруженным глазом тёмные участки лунной поверхности, будучи совершенно уверенными, что они заполнены водой. На самом деле эти моря оказались безводными.
В наше время каждый знает, что при царящих на Луне физических условиях вода в жидком состоянии существовать на её поверхности не может. Но воду на Луне упорно ищут. Землянам она очень нужна, ведь человечество не оставляет надежду освоить спутник нашей планеты. Хочется верить, что не за горами создание на Луне космодромов, обсерваторий с мощнейшими телескопами, баз для их обслуживания, разведки и добычи редких полезных ископаемых. Вода понадобится и для питья, и для технических нужд, и для пополнения запасов кислорода.
Сейчас на Луне ищут не обширные водные бассейны, а лёд, который может находиться в защищённых от лучей Солнца местах, например на дне некоторых лунных кратеров. Кроме того, учёные пытаются обнаружить признаки воды, находящейся в связанном состоянии в химических соединениях.
Сорок с лишним лет назад на Луне побывали американские астронавты и советские автоматические станции. Астронавты шести американских экспедиций, работавших по программе «Аполлон», привезли на Землю более 380 кг лунного грунта. Анализ образцов будто бы свидетельствовал о наличии в них некоторого количества воды, но этот результат сочли сомнительным, поскольку контейнеры оказались разгерметизированными и вода могла появиться в них уже в земной атмосфере.
В 1972 году полёты на Луну, а с ними и поиски воды надолго прекратились, а потом возобновились с новой силой. В 1994 году с борта американского искусственного спутника Луны «Клементина» проводились радарные исследования разных участков лунной поверхности, в частности ударного кратера Эйткен, в 100 км от Южного полюса. Крупнейший кратер не только на Луне, но и во всей Солнечной системе (диаметр 2500 км, глубина 13км) назван в честь известного исследователя двойных звёзд Роберта Гранта Эйткена. От этого, как считают, самого холодного места был получен отражённый радиосигнал, аналогичный сигналу от земных арктических льдов. Но данные «Клементины» в дальнейшем не получили подтверждения.
В 1998 году другой американский космический аппарат — «Лунар Проспектор» — передал на Землю данные о наличии льда в полярных областях Луны. Согласно показаниям приборов, вблизи лунных полюсов, скорее всего, нет сплошного ледяного покрова, а замёрзшая вода может содержаться в лунном грунте, называемом реголитом. 31 июля 1998 года «Лунар Проспектор» по команде с Земли врезался в один из глубоких кратеров вблизи Южного полюса. Учёные надеялись обнаружить пары воды в спектре выброшенных после удара частиц, но сделать это тогда не удалось.
Поиском льда на Луне занимались и другие космические аппараты. Некоторые из них исследовали Луну попутно, пролетая мимо. Например, главной целью автоматической межпланетной станции (АМС) «Кассини», запущенной 15 октября 1997 года, была не Луна, а Сатурн с его многочисленными спутниками. Попутно АМС «Кассини» улавливала и исследовала излучение, посылаемое в космос поверхностью Луны.
27 февраля 2005 года первая автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства «SMART-1» стала искусственным спутником Луны и исследовала её до начала сентября 2006 года. В 2009 году успешно начала выполнять лунную программу индийская АМС «Чандраян-1», но её многообещающая миссия была досрочно прекращена из-за нарушения в работе электроники.
Из данных, переданных на Землю с борта космических аппаратов, следовало, что на Луне есть либо замёрзшая вода, либо другие соединения, содержащие гидроксильные радикалы. Но этот вывод вовсе не исключал необходимости дальнейших исследований и экспериментов.
Новым важным этапом в изучении Луны и поиске на ней льда стал запуск двух американских АМС — «Lunar Reconnaissance Orbiter» («Лунный орбитальный разведчик») и «LCROSS» («Lunar Crater Observation and Sensing Satellite» — спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). Обе станции вывела в космос ракета «Атлас-V» 18 июня 2009 года. Через пять дней АМС «Лунный орбитальный разведчик» вышла на орбиту искусственного спутника Луны. Ещё через пять дней АМС «LCROSS» с последней ступенью ракеты-носителя поднялась на высокоэллиптическую околоземную орбиту. Она временно стала искусственным спутником Земли, облетавшим нашу планету по очень вытянутой орбите, откуда почти четыре месяца исследовала минералогический состав лунной поверхности и искала на ней лёд.
9 октября 2009 года в рамках этой программы был проведён уникальный эксперимент. АМС «LCROSS» покинула околоземную орбиту и устремилась к Луне, в кратер Кабео (Кабеус) диаметром 98км, глубиной 4 км, расположенный примерно в 100км от Южного полюса и практически никогда не освещаемый Солнцем. На дно кратера сначала упала первая «бомба» — отработавшая ступень «Центавр» (Кентавр) ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала вторая «бомба». Ею стала АМС «LCROSS» (масса 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое «Центавром» облако пыли, успев сделать необходимые замеры до момента гибели аппарата. В облаке содержалась пыль не только с поверхности дна кратера, но и с глубины до нескольких десятков метров.
На борту АМС «LCROSS» находились три спектрометра, которые определяли химический состав частичек пыли, фотометр, замерявший яркость вспышки от первой бомбы, и пять камер, фотографировавших бомбардировку Луны до момента гибели аппарата. За экспериментом велись наблюдения не только с борта «Лунного орбитального разведчика», но и с помощью космического телескопа им. Э. Хаббла, некоторых научных искусственных спутников Земли и крупнейших наземных телескопов, находящихся в обсерваториях на Гавайях, в Калифорнии, Аризоне и Нью-Мексико.
Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. Они впервые объявили эту новость 13 ноября 2009 года. Организаторы столь грандиозного эксперимента, конечно, постарались исключить возможность того, что обнаруженная ими примесь воды привнесена «Центавром».
После этого эксперимента «Лунный орбитальный разведчик» продолжил исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) — лунный исследовательский нейтронный детектор, предназначенный для поиска замёрз-шей воды. Это усовершенствованный вариант российского прибора ХЕНД (HEND, High Energy Neutron Detector) — детектора нейтронов высоких энергий, который с 2001 года работает на одном из американских искусственных спутников Марса. Оба российских прибора способны обнаружить слой льда толщиной несколько миллиметров на глубине 1—2 м под поверхностью исследуемого небесного тела. ЛЕНД начал работать на орбите искусственного спутника Луны 20 июня 2009 года и уже обнаружил в районе Южного полюса большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.
Учёные не только ищут воду на Луне, но и пытаются ответить на вопрос, откуда вообще она могла там появиться. Среди предлагаемых гипотез имеет смысл обратить внимание на две. Согласно первой, воду на Луну могли принести падающие на её поверхность кометы и метеориты. Сторонники второй гипотезы считают, что вода в поверхностных слоях Луны могла появиться в результате воздействия солнечного излучения. При этом учитывается, что содержащиеся в солнечном ветре протоны, врезаясь с огромной скоростью в лунный грунт, способны разрушать молекулы реголита и освобождать кислород, который при соединении с водородом образует молекулы воды. Так или иначе, вода на Луне могла появиться, и землянам остаётся лишь окончательно убедиться в том, что она там есть и сейчас, причём в достаточном количестве. С этой целью лунные космические миссии будут продолжаться. Например, в одном из ближайших космических экспериментов по поиску замёрзшей воды на Луне намечено осуществить бурение дна кратера Кабео.
В настоящее время Австралийцы планируют добывать на Луне воду.
Космическое агентство Австралии готовит миссию на Луну, которая должна будет научиться производить там воду.
Австралийское космическое агентство планирует в течение пяти лет отправить на Луну миссию и начать добывать там воду. Об этом в среду, 3 апреля, сообщило Naked Science.
"Австралийское космическое агентство планирует применить опыт в горном деле в отдаленных негостеприимных областях - в новой программе по добыче воды и других ресурсов на Луне", - говорится в сообщении.
Отмечается, что если воду, покрывающую поверхность Луны тонким слоем, можно будет добывать в космосе, вместо того чтобы отправлять ее туда с Земли, то наш естественный спутник вполне может стать перевалочным пунктом для миссий на Марс и дальше.
"Доставлять что-либо с Земли на орбиту или в глубокий космос стоит больших денег. Если вы можете производить воду в космосе за меньшую сумму, чем стоимость ее доставки туда, нужно это делать", - говорит космический инженер Эндрю Демпстер.
Лунный кратер, отображенный на минералогической карте НАСА
Есть три объяснения того, как могла появиться вода на Луне. Первые две возможности относились к падению метеоритов и комет и еще одна касалась солнечного ветра. Последний процесс генерируется потоками плазмы, вырывающимися из верхнего атмосферного слоя. Космические лучи могли ввести ионы в лунные породы, приводя к химическим соединениям.
Чтобы точно определить источник, решили вычислить соотношение водорода и дейтерия в образцах почвы земного спутника от Аполлона-16 и 17. Они использовали масс-спектрометр, который не только находит разновидность изотопов, но и определяет глубину их расположения. Оказалось, что больше всего шансов у варианта с солнечным ветром.
В среднем гранулы вмещают 15% воды из другого места (комета или метеорит), а вот все остальное принадлежит ветровой активности. Но все это касается только той воды, что найдена в верхних слоях. А вот о происхождении под поверхностью пока мало известно. Теперь вы знаете, есть ли на Луне вода и теории ее происхождения на спутнике Земли.
Распределение льда на южном (слева) и на северном (справа) полушарии Луны
Астрономам удалось найти окончательные доказательства наличия воды на полюсах Луны. Водяной лед нашли в тени кратеров, куда никогда не попадает солнечный свет.
Открытие сделала команда ученых из Гавайского университета, Университета Брауна и одного из основных отделений NASA - Исследовательского центра Эймса в Кремниевой долине.
По словам ученых, количество и распределение водяного льда по поверхности спутника Земли заметно отличается от других объектов в Солнечной системе, где вода была найдена ранее. Это связывают с уникальностью процесса и формирования Луны.
Ученые считают, что открытие весьма пригодится при дальнейшем освоении Луны, поскольку даст возможность использовать ценный ресурс на месте, не доставляя запасы воды с Земли.
Это объясняется тем, что лед находится в основном в тени стен кратеров, но только в тех местах, куда из-за наклона лунной оси почти никогда не попадает солнечный свет. Такие места существуют благодаря тому, что ось вращения Луны имеет наклон около 1,53 градуса.
Средняя температура на освещаемой Солнцем поверхности Луны - 123 градуса по Цельсию, но в местах, недоступных для солнца, она не поднимается выше -153 градусов.
Никто из ученых пока не видел лунный лед своими глазами. Аппарат М3, анализирующий спектр света, отраженного разными участками лунной поверхности, оснащен приборами специально для поиска воды. Как указывают в космическом агентстве, спектрометр узнает лед не только по отражающим свойствам, но и по тому, как молекулы поглощают инфракрасный свет.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 154; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!