Земная атмосфера изучена неравномерно: нижние слои успешно исследуются с помощью метеозондов, а верхние — с помощью спутников. Но диапазон высот от 30 до 100 километров остается «белым пятном». До сих пор данные с этих высот удавалось получать лишь с помощью геофизических ракет, работающих всего по несколько минут. Проект Бенджамина Шафера из компании Rarefied Technologies, получивший грант программы NASA Institute for Advanced Concepts, предлагает принципиально другое решение. Парящие датчики помогут отслеживать масштабные циркуляции воздушных масс, оказывающие прямое влияние на глобальный климат.
NASA планирует исследовать атмосферу с помощью микроспутников на солнечной тяге
NASA профинансировало разработку микроспутников для исследования мезосферы — слоя атмосферы на высоте от 30 до 100 километров. Ученые называют эту область «игноросферой», так как она недоступна для стандартных метеорологических зондов, и в то же время воздух на этой высоте слишком плотный для орбитальных спутников. Новая технология позволит флоту крошечных датчиков парить в мезосфере месяцами. Возможно, им удастся наконец исследовать серебристые облака, которые как раз находятся на высоте 70-80 километров.
Серебристые облака находятся на высоте 70-80 км, они недоступны ни для метеозондов, ни для спутников. Википедия
Летающий лед. Изучение мезосферы важно для понимания редкого природного явления — серебристых (мезосферных) облаков. Это самые высокие облачные образования в атмосфере Земли, возникающие на высоте около 80 километров. Они состоят из кристалликов льда, образующихся на микроскопических частицах метеорной пыли при температуре около минус 120 градусов Цельсия, и видны только в глубоких сумерках при освещении солнцем из-за горизонта.
Иллюстрация принципа действия фотофоретического эффекта.
Ключ к работе системы — фотофоретический эффект. Конструкция сенсоров предусматривает прозрачный верхний слой и темный нижний. Солнечный свет проходит сквозь устройство и нагревает его нижнюю часть, создавая разницу температур. Молекулы газа, сталкиваясь с нагретой поверхностью, отскакивают с большей кинетической энергией, чем от холодной. Эта разница создает тягу, удерживающую аппарат в воздухе. В плотных нижних слоях эффект блокируется сопротивлением воздуха, а в вакууме не работает из-за отсутствия газа. Но на высоте 30–100 километров создаются идеальные условия для полета.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Лидары и проблемы
Схема принципа работы фотофоретических датчиков.
Доставку датчиков можн осуществить стратостатами или ракетами на высоту около 30 километров, откуда они самостоятельно поднимаются до 90–100 километров. Чтобы устройства оставались предельно легкими и дешевыми, их не оснащают аккумуляторами и передатчиками. Отслеживание движения аппаратов и ветровых потоков будет производиться с орбитальных спутников с помощью лидаров, чье излучение отражается от поверхности микрозондов. Это существенно снижает массу, энергопотребление и стоимость миссии.
Система сталкивается с рядом трудностей. В ночное время из-за отсутствия солнца датчики начнут терять высоту. Кроме того, обработка данных от тысяч парящих микроспутников потребует больших вычислительных ресурсов. Тем не менее, проект успешно завершил первичный этап финансирования. Микроспутники полностью экологически чистые: их материалы спроектированы так, чтобы постепенно разрушаться под воздействием ультрафиолета и безвредно сгорать.
Загружаем