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 поддерживать 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, легко доступных 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 для 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 поддерживать полет в мезосфере 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 перепады температур с обеих сторон дисков также необходимы, новая конструкция показывает, что тот же эффект левитации возможен при одинаковой температуре с обеих сторон. 

Их крошечные диски были способны не только выдерживать левитированный "полет", но и 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 эти крошечные корабли смогут назвать мезосферу своим домом. 

Кроме того, это исследование проводилось в контролируемых лабораторных условиях, поэтому еще неизвестно, смогут ли эти космические корабли 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.