Ученые создали космический аппарат, который поможет исследовать мезосферу

Человечество запускает в космос космические аппараты и отправляет астронавтов еще с 1960-х годов, но еще никогда космические корабли не были способны выдерживать длительный полет в зоне мезосферы, пишет Inverse.

Однако команда инженеров из Пенсильванского университета создала крошечный космический корабль, который, по их словам, может левитировать в мезосфере, используя только солнечный свет.

Построенный с использованием недорогих, легкодоступных материалов, таких как майлар (пластик, применяемый в некоторых воздушных шарах), этот космический аппарат мог бы, наконец, предложить ученым возможность исследовать мезосферу Земли. С его помощью ученые могли бы совершить важные измерения углекислого газа, необходимые для точного мониторинга изменения климата. 

Атмосфера Земли состоит из четырех основных слоев:

• Тропосфера — самый верхний, расположенный на высоте до 603 км над Землей, где расположены орбитальные обсерватории, такие как Хаббл (595 км) и МКС (402 км).
• Стратосфера — здесь находится озоновый слой.
• Термосфера — слой атмосферы на высоте до 16 км над землей, через который пролетают самолеты.
• Мезосфера — находится между тропосферой и стратосферой, на высоте около 49-85 км над землей.

Игорь Баргатин, ведущий автор исследования и доцент кафедры машиностроения и прикладной механики Пенсильванского университета, в шутку называет мезосферу "игноросферой". И не зря. 

Из-за давления, которое существует на этой высоте над Землей — примерно 10-30 Па, эта часть атмосферы оказывает слишком большое сопротивление на спутники, что может привести к их перегреву и недостаточной подъемной силе самолетов. 

Стоит отметить, что ракеты иногда проходят через мезосферу, но никогда не остаются там надолго. Поэтому исследовательская группа решила попробовать построить корабль, который мог бы каким-то образом выйти за рамки потребностей самолетов и спутников, применяя другой, более естественный источник топлива: Солнце. 

Используя процесс, называемый фотофорезом, тот же метод, который отвечает за питание солнечных парусов, команда приступила к разработке миниатюрного космического корабля, способного обеспечить полет в мезосферу Земли.

Исследователи сконструировали аппарат в форме диска диаметром 6 мм с гладким верхом из майлара и шершавым дном из углеродных нанотрубок. Идея заключается в том, что молекулы воздуха при мезосферном давлении по-разному реагируют на эти две текстуры поверхности.

Молекулы воздуха будут отскакивать от шершавого дна диска с большей скоростью, чем от более гладкой верхней стороны диска, создавая чистую подъемную силу, уравновешивающей диск в воздухе.

Исследователи сделали все возможное, чтобы воссоздать атмосферное давление и условия солнечного света в своей лаборатории в Пенсильвании, создав оптическую световую ловушку, которую они могли формировать и изменять, чтобы контролировать движение дисков.  

В отличие от предыдущего исследования команды, которое продемонстрировало, что для левитации также требовалась разница температур с обеих сторон дисков, новая конструкция показывает, что такой же эффект левитации возможен при одинаковой температуре.

Их крошечные диски были способны принимать полезную нагрузку, включая научные инструменты, во много раз превышающие собственный вес дисков. Для аппаратов, подобных тем, что были в этом исследовании, полезная нагрузка может весить до 10 мг, что, как пишут авторы, достаточно для того, чтобы диски переносили небольшой датчик пыли или углекислого газа в мезосферу.

Хотя эти первоначальные результаты многообещающи, исследователям еще предстоит проделать большую работу, прежде чем крошечные корабли смогут назвать мезосферу своим домом. 

Кроме того, это исследование проводилось в контролируемых лабораторных условиях, поэтому еще не известно, смогут ли эти космические корабли, работающие на световых источниках нормально функционировать в реальном мире.

Специалисты также должны поэкспериментировать со способами масштабирования своей технологии, чтобы корабль мог одновременно вместить более 10 мг груза, ну и создать возможность управлять кораблем, как только они окажутся в этом "забытом" слое атмосферы.