Может ли кубсат самостоятельно долететь до Луны с НОО?

Давайте рассмотрим несколько возможных примеров, основываясь на ответе @ben и ответе @ Knudsen .

Мы знаем, что кубсаты MarCo могли перемещаться с Земли на Марс с

• управление ориентацией с помощью реактивных колес и двигателей холодного газа
• научные данные и коллекция изображений
• связь напрямую с Землей через уникальную выдвижную плоскую антенну с высоким коэффициентом усиления
• 70 Вт солнечной энергии на расстоянии 1 а.е. от двух развертываемых солнечных панелей плюс аккумуляторная батарея
• стандартный форм-фактор 6U

для получения дополнительной информации см. этот ответ и ссылки в нем.

Итак, давайте примем дизайн MarCo. Они не предоставили собственную двигательную установку, поэтому давайте добавим силовую установку непосредственно к начальной конфигурации MarCo 6U, 14 кг и назовем ее 10U и 22 кг. Дополнительный объем 4U в основном предназначен для двигателей и дополнительного топлива, дополнительный бюджет в 8 кг массы предназначен для двигателей и дополнительных солнечных панелей для большей электроэнергии, особенно вблизи Марса, и еще целую кучу топлива!

В поисках, по крайней мере, существующих электрических двигательных установок кубсатов, которые вы могли бы установить в кубсат 3U сегодня (или в ближайшее время), первое, что мне попалось в поисках, — это IFM Nano Thruster для кубсатов . Я уверен, что есть и другие варианты, давайте просто используем это в качестве примера. Согласно этой странице:

Dynamic thrust range        10 μN to 0.5 mN
Nominal thrust              350 μN
Specific impulse            2,000 to 5000 s
Propellant mass             250 g
Total impulse               more than 5,000 Ns
Power at nominal thrust     35 W incl. neutralizer

У нашего кубсата будет достаточно электроэнергии для двух двигателей по 1 а.

Два наших готовых двигателя с топливными баками по 250 г каждый могут обеспечить суммарный импульс до 10 000 ньютон-секунд. При средней массе около 20 кг это обеспечивает дельта-v только 500 м/с. Но сколько нам нужно?

К счастью, уже есть миссия, которая решает эту проблему! Ответы на Переход с НОО на Луну с использованием только ионных двигателей малой тяги — возможно ли это? скажите, что миссия SMART-1 это уже сделала!

Согласно этой статье двигательная установка, используемая для обеспечения траектории от GTO до Луны (аварийная посадка), продемонстрировала общее дельта-v около 3900 м/с.

К счастью, мы добавили 8 кг к нашему бюджету массы, поэтому, если бы мы добавили дополнительные 5 кг топлива, мы получили бы общий импульс в 100 000 ньютон-секунд и дельта-v около 5000 м/с.

Заключение:

Предварительный расчет, начиная с кубсата, подобного MarCo, с продемонстрированной способностью долетать от Земли до Марса, увеличенного с 6U 14 кг до 10U 22 кг с двумя существующими конструкциями двигателей и еще 5 кг топлива, мы можем добраться от GTO до Луны, используя солнечно-электрическую тягу.

Дополнительная дельта-v позволяет маневрировать вблизи Луны, осматривать достопримечательности и делать селфи.

В качестве альтернативы вы можете использовать дополнительную дельта-V, чтобы поднять себя с LEO на GTO, что позволяет использовать более стандартный вариант развертывания кубсата, если угол наклона не слишком высок. Для этого, вероятно, потребуется еще несколько кг топлива, так что это маргинально. Лучшим способом продолжить было бы подключить один из многих существующих запусков к GTO, подобно тому, как MarCo подключается к переходной орбите к Марсу.

Источник: MarCO: Mars Cube One

ниже: Источник: запись в блоге Планетарного общества Эмили Лакдавалла MarCO: CubeSats to Mars!

Нашел в этом ответе .

КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ МАРКО: инженер Джоэл Стейнкраус стоит рядом с обоими космическими аппаратами Mars Cube One (MarCO) в Лаборатории реактивного движения НАСА. Тот, что слева, сложен так, как он будет храниться на ракете; у того, что справа, солнечные батареи полностью развернуты, а сверху установлена ​​антенна с высоким коэффициентом усиления.

Альтернативная двигательная установка будущего с еще более высоким Isp и, следовательно, требующая меньшей массы топлива:

• http://neumannspace.com/science/
• https://spacenews.com/more-startups-are-pursuing-cubesats-with-electric-thrusters/
• Начнут ли двигатель Неймана испытания на борту МКС где-то в 2018 году?
• В какую сторону направит двигатель Неймана (на МКС), какова будет его максимально возможная тяга?

Обнадеживающее видео:

Очень возможно

Кубсаты небольшие - обычно базовый куб имеет квадратный размер 10 см, а кубсаты весом менее 1,5 кг и более могут быть изготовлены из комбинаций этого базового размера. На Луну были отправлены гораздо более крупные космические корабли, и я полагаю, что существует любое количество возможных пусковых установок и двигательных установок, позволяющих это сделать. На самом деле, в настоящее время над ним работают несколько групп:

• Конкурс ЕКА
• Технический колледж Вермонта
• Лаборатория реактивного движения

Кубсаты уже побывали на Марсе в рамках миссии спускаемого аппарата InSight.

Самоходный

Из вашего вопроса неясно, спрашиваете ли вы о самоходном кубсат, возможно, начиная с НОО? Если это так, проверьте эту недавнюю статью . Многие необходимые уравнения объясняются внутри. Концепция кубсатов со значительными двигательными возможностями новее, но, по-видимому, можно было бы добавить модули, содержащие достаточно топлива, чтобы кубсат мог добраться до Луны.

Что вам нужно для изучения?

Может быть, начать с уравнения жизни и ракеты и их соответствующих формулировок. Это хороший учебник по орбитальной механике , если вы начинаете с нуля.

Да, но это еще не сделано.

НАСА в настоящее время отправляет три миссии CubeSat, о которых я знаю, на Луну на EM-1 где-то в 2020 году (согласно текущим оценкам временной шкалы SLS). Я считаю, что все они космические корабли 6U. http://exploredeepspace.com/news/the-cubesats-of-slss-em-1/

Три миссии:

• ЛунаХ: http://lunahmap.asu.edu/
• Лунный: IceCube https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_IceCube
• SkyFire: https://en.wikipedia.org/wiki/SkyFire_(космический корабль)

Все три будут использовать солнечные электрические двигатели для изменения орбиты. Однако только LunaH и Lunar IceCube фактически установят орбиты вокруг Луны.

Дальнейшее изучение орбитальной механики поможет оценить компромисс между дельта-v, обеспечиваемой ракетой-носителем, системами солнечной энергии и оптимизацией траектории с малой тягой.