Вчені створили космічний апарат, який допоможе досліджувати мезосферу

Людство запускає в космос космічні апарати і відправляє астронавтів ще з 1960-х років, але ще ніколи космічні кораблі не були здатні витримувати тривалий політ в зоні мезосфери, пише Inverse.

Однак команда інженерів з Пенсільванського університету створила крихітний космічний корабель, який, за їхніми словами, може левітувати в мезосфері, використовуючи тільки сонячне світло.

Побудований з використанням недорогих, легкодоступних матеріалів, таких як майлар (пластик, застосовуваний в деяких повітряних кулях), цей космічний апарат міг би, нарешті, запропонувати вченим можливість досліджувати мезосферу Землі. З його допомогою вчені могли б зробити важливі вимірювання вуглекислого газу, необхідні для точного моніторингу зміни клімату.

Атмосфера Землі складається з чотирьох основних шарів:

• Тропосфера — найвищий, на висоті до 603 км над Землею, де розташовані орбітальні обсерваторії, такі як Хаббл (595 км) і МКС (402 км).
• Стратосфера — тут знаходиться озоновий шар.
• Термосфера — шар атмосфери на висоті до 16 км над землею, через який пролітають літаки.
• Мезосфера — знаходиться між тропосферою і стратосферою, на висоті близько 49-85 км над землею.

Ігор Баргатін, провідний автор дослідження і доцент кафедри машинобудування та прикладної механіки Пенсільванського університету, жартома називає мезосферу "ігноросферою". І не дарма.

Через тиск, яке існує на цій висоті над Землею — приблизно 10-30 Па, ця частина атмосфери створює занадто великий опір на супутники, що може привести до їх перегріву і недостатньої підйомній силі літаків.

Варто відзначити, що ракети іноді проходять через мезосферу, але ніколи не залишаються там надовго. Тому дослідницька група вирішила спробувати побудувати корабель, який міг би якимось чином вийти за рамки потреб літаків і супутників, застосовуючи інше, більш природне джерело палива: Сонце.

Використовуючи процес, який зветься фотофорезом, тобто той же метод, який відповідає за харчування сонячних вітрил, команда приступила до розробки мініатюрного космічного корабля, здатного забезпечити політ в мезосферу Землі.

Дослідники сконструювали апарат у формі диска діаметром 6 мм з гладким верхом з майлара і шорстким дном з вуглецевих нанотрубок. Ідея полягає в тому, що молекули повітря при мезосферному тиску по-різному реагують на ці дві текстури поверхні.

Молекули повітря будуть відскакувати від шорсткого дна диска з більшою швидкістю, ніж від більш гладкою верхньої сторони диска, створюючи чисту підйомну силу, що врівноважує диск в повітрі.

Дослідники зробили все можливе, щоб відтворити атмосферний тиск і умови сонячного світла в своїй лабораторії в Пенсільванії, створивши оптичну світлову пастку, яку вони могли формувати і змінювати, щоб контролювати рух дисків.

На відміну від попереднього дослідження команди, яке продемонструвало, що для левітації також була потрібна різниця температур по обидва боки дисків, нова конструкція показує, що такий же ефект левітації можливий при однаковій температурі.

Їх крихітні диски були здатні приймати корисне навантаження, включаючи наукові інструменти, у багато разів перевищують власну вагу дисків. Для апаратів, подібних до тих, що були в цьому дослідженні, корисне навантаження може складати до 10 мг, що, як пишуть автори, досить для того, щоб диски переносили невеликий датчик пилу або вуглекислого газу в мезосферу.

Хоча ці початкові результати багатообіцяючі, дослідникам ще належить виконати велику роботу, перш ніж ці крихітні кораблі зможуть назвати мезосферу своєю домівкою.

Крім того, це дослідження проводилося в контрольованих лабораторних умовах, тому ще невідомо, чи зможуть ці космічні кораблі, що працюють на світових джерелах нормально функціонувати в реальному світі.

Фахівці також мають поекспериментувати зі способами масштабування своєї технології, щоб корабель міг одночасно вмістити понад 10 мг вантажу, і створити можливість управляти кораблем, як тільки вони опиняться в цьому "забутому" шарі атмосфери.