NASA发现更省钱省时的登月轨道并申请了专利,使用该路径的第一艘航天器或将产生诺奖级的宇宙发现

NASA发现更省钱省时的登月轨道并申请了专利,使用该路径的第一艘航天器或将产生诺奖级的宇宙发现

NASA向美国专利及商标局(uspto)提交了一个前往月球新路线的专利,专利号:10696423。

  • NASA对一个新的高效登月轨道申请了专利,用于将小型航天器送上月球。
  • NASA表示已获得相关专利和技术许可,以确保实现尽可能的最大范围推广
  • 该轨道或将帮助Dapper抵达月球轨道,并反复飞越月球背面的静锥区(cone of silence)。
  • 黑暗时代偏振测定法探路者能够检测到来自最初的原子、恒星、星系、黑洞暗物质等的信号,从而引发关于宇宙进化的重大发现。

月亮看上去虽然距离地球较近,但实际上在宇宙中又相距遥远:太空竞赛结束几十年后,登月仍然是一件非常昂贵的事情,而且难以实现。

然而,NASA的最新发现使登月之旅变得更加轻松。6月30日,美国专利商标局授予并发布了NASA的一系列轨道机动技术专利,美媒《商业内幕》(Business Insider)通过杰夫·斯特克(Jeff Steck)律师的推特得知了这件事情。

该专利技术并不适合载有宇航员或漫游车的大型航天器,而是适用于预算吃紧、拟开展有意义的科学探测的小型任务。利用这一新轨道路径的第一艘航天器可以从月球背面获得空前的发现。

即将开展的任务被称作Dapper,旨在对宇宙最初时期发射的低频无线电波进行首次记录,当时原子、恒星、黑洞和星系才刚刚开始形成,科学家们可以借此发现尚未看到的暗物质的最初信号。

一条性价比高的新登月路径

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该图显示了NASA本次申请专利的登月轨道轨迹,该轨道旨在小型航天器的油耗和速度之间取得平衡。

图片来源:NASA

当1969年NASA将三名宇航员送上月球时,宇航员们仅用了几天时间便着陆了月球表面。但是,这种直接发射的费用极其昂贵,需要一枚重型火箭才能成功摆脱地球强大的引力束缚。

若时间充裕,使用小型火箭的登月轨道则要高效得多。这适合小型航天器。例如,如果一艘航天器环绕地球运动足够的时间,便可以获得地球的一部分动量,通过引力弹弓飞往月球,而这几乎不需要花费燃料。

轨道修正和在太空中的机动操作仍需要燃料,但是航天器携带的每一盎司重量都是极其昂贵的。

Dapper的体积和微波炉差不多,对于这样的紧凑型航天器来说,轨道演算是非常棘手的,因为容错余地非常小。面对从NASA探索者计划(Explorers program)中以1.5亿美元的相对较少的预算完成Dapper飞行任务的的额外挑战,任务概念背后的团队意识到他们无法购买自己的火箭来登上月球轨道。

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的天体物理学家,Dapper任务负责人杰克·伯恩斯(Jack Burns)告诉《商业内幕》:“登月轨道是必要的。我们需要维持较低的发射成本,并找到一种廉价的登月方法。”

他们从确定可以负担得起的飞行开始:先到达地球同步轨道(geosynchronous orbit)或高地球轨道(high earth orbit),即距地球赤道约22236英里的区域(约为地月球距离的十分之一),是通讯卫星和其他和其它用途的地球同步卫星的共同目的地。这类任务足以附带上 Dapper这样的小型任务。

伯恩斯说:“如果我们能够发射到高地球轨道、地球同步轨道上,那么我们可以仅使用少量的燃料就可以完成剩余的路程。”

通过数字演算之后,任务团队发现了一条通往月球的低能量新轨道,专利中将其描述为“将航天器从地球同步转移轨道转移到月球轨道的途径”。该轨道借助地球和月球的引力在适当的时候加快或减慢Dapper的速度,从而减少了所需的推进剂的使用量。NASA表示,这种引力辅助的新方法将飞行时间控制在大约2.5个月,而其他类似途径可能需要6个月的时间。

该轨道还具有多种选择,以便使航天器在几乎任意时间从任意角度进入月球的任意轨道。同也避免了地球周围的辐射区域,即“范艾伦辐射带”(Van Allen belts),该辐射带会对敏感的电子设备造成损害。

为什么NASA对登月轨道申请专利和许可

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1968年,阿波罗8号宇航员拍摄的地球从月球上方升起的照片。NASA将这幅著名的图片称作“地出(Earthrise)。

图片来源:NASA

对登月轨道申请专利似乎有些奇怪,但伯恩斯表示,这与其他任何发明都没有什么不同。他说:“这是对行星轨迹进行数值建模的结果。这其实就是一项知识产权。”

NASA的高管丹•洛克尼(Dan Lockney)表示,NASA的专利和许可发明实现了技术的“最大范围推广”。

NASA代表克莱尔·斯凯利(Clare Skelly)表示:“获得专利和技术许可是NASA和其他政府机构用来确保获得政府资助的创新的一种途径。”

NASA的专利授权费最高可达50,000美元,但通常索价5,000至10,000美元,外加专利使用费。NASA的许可网站显示:“通过预付费用,NASA寻求收回其在专利申请和维护成本方面的部分投资。”

换句话说:做繁琐的专利工作,然后收取最低限度的费用,这是推广NASA劳动成果的一种正式且与行业兼容的做法。

在非正式的情况下,NASA的计划也让私人公司和其他国家避免以过高的价格囤积重要的太空技术,这有助于促进美国的太空任务和国际合作。(NASA偶尔也会向公共领域发布专利。)

伯恩斯表示,他不认为NASA会从新登月轨道专利中“赚到任何钱”,因为这通常是历史记录的问题。

他说:“这只是一个标志,表明这是你的知识产权:你做成了这件事,你是它的创造者。因此,至少当人们使用它时,他们会给予肯定。”

参考:

https://www.businessinsider.com/nasa-patent-moon-travel-farside-lunar-orbit-dapper-dark-ages-2020-8

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