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NASA發現更省錢省時的登月軌道并申請了專利,使用該路徑的第一艘航天器或將產生諾獎級的宇宙發現

Ashin 2023/01/12

NASA向美國專利及商標局(uspto)提交了一個前往月球新路線的專利,專利號:10696423。

NASA 對一個新的高效登月軌道申請了專利,用于將小型航天器送上月球。

NASA 表示已獲得相關專利和技術許可,以確保實現盡可能的 最大范圍推廣

該軌道或將幫助Dapper 抵達月球軌道,并反復飛越月球背面的 靜錐區 (cone of silence )。

黑暗時代偏振測定法探路者 能夠檢測到來自最初的原子、恒星、星系、黑洞暗物質等的信號,從而引發關于宇宙進化的重大發現。

月亮看上去雖然距離地球較近,但實際上在宇宙中又相距遙遠:太空競賽結束幾十年后,登月仍然是一件非常昂貴的事情,而且難以實現。

然而,NASA的最新發現使登月之旅變得更加輕松。6月30日,美國專利商標局授予并發布了NASA的一系列軌道機動技術專利,美媒《商業內幕》(Business Insider)通過杰夫·斯特克(Jeff Steck)律師的推特得知了這件事情。

該專利技術并不適合載有宇航員或漫游車的大型航天器,而是適用于預算吃緊、擬開展有意義的科學探測的小型任務。利用這一新軌道路徑的第一艘航天器可以從月球背面獲得空前的發現。

即將開展的任務被稱作Dapper,旨在對宇宙最初時期發射的低頻無線電波進行首次記錄,當時原子、恒星、黑洞和星系才剛剛開始形成,科學家們可以借此發現尚未看到的暗物質的最初信號。

一條性價比高的新登月路徑

該圖顯示了NASA本次申請專利的登月軌道軌跡,該軌道旨在小型航天器的油耗和速度之間取得平衡。

當1969年NASA將三名宇航員送上月球時,宇航員們僅用了幾天時間便著陸了月球表面。但是,這種直接發射的費用極其昂貴,需要一枚重型火箭才能成功擺脫地球強大的引力束縛。

若時間充裕,使用小型火箭的登月軌道則要高效得多。這適合小型航天器。例如,如果一艘航天器環繞地球運動足夠的時間,便可以獲得地球的一部分動量,通過引力彈弓飛往月球,而這幾乎不需要花費燃料。

軌道修正和在太空中的機動操作仍需要燃料,但是航天器攜帶的每一盎司重量都是極其昂貴的。

Dapper的體積和微波爐差不多,對于這樣的緊湊型航天器來說,軌道演算是非常棘手的,因為容錯余地非常小。面對從NASA探索者計劃(Explorers program)中以1.5億美元的相對較少的預算完成Dapper飛行任務的的額外挑戰,任務概念背后的團隊意識到他們無法購買自己的火箭來登上月球軌道。

科羅拉多大學博爾德分校(University of Colorado Boulder)的天體物理學家,Dapper任務負責人杰克·伯恩斯(Jack Burns)告訴《商業內幕》:「登月軌道是必要的。我們需要維持較低的發射成本,并找到一種廉價的登月方法。」

他們從確定可以負擔得起的飛行開始:先到達地球同步軌道(geosynchronous orbit)或高地球軌道(high earth orbit),即距地球赤道約22236英里的區域(約為地月球距離的十分之一),是通訊衛星和其他和其它用途的地球同步衛星的共同目的地。這類任務足以附帶上 Dapper這樣的小型任務。

伯恩斯說:「如果我們能夠發射到高地球軌道、地球同步軌道上,那麼我們可以僅使用少量的燃料就可以完成剩余的路程。」

通過數字演算之后,任務團隊發現了一條通往月球的低能量新軌道,專利中將其描述為「將航天器從地球同步轉移軌道轉移到月球軌道的途徑」。該軌道借助地球和月球的引力在適當的時候加快或減慢Dapper的速度,從而減少了所需的推進劑的使用量。NASA表示,這種引力輔助的新方法將飛行時間控制在大約2.5個月,而其他類似途徑可能需要6個月的時間。

該軌道還具有多種選擇,以便使航天器在幾乎任意時間從任意角度進入月球的任意軌道。同也避免了地球周圍的輻射區域,即「范艾倫輻射帶」(Van Allen belts),該輻射帶會對敏感的電子設備造成損害。

為什麼 NASA 對登月軌道申請專利和許可

1968年,阿波羅8號宇航員拍攝的地球從月球上方升起的照片。NASA將這幅著名的圖片稱作「地出(Earthrise)。

對登月軌道申請專利似乎有些奇怪,但伯恩斯表示,這與其他任何發明都沒有什麼不同。他說:「這是對行星軌跡進行數值建模的結果。這其實就是一項知識產權。」

NASA的高管丹•洛克尼(Dan Lockney)表示,NASA的專利和許可發明實現了技術的「最大范圍推廣」。

NASA代表克萊爾·斯凱利(Clare Skelly)表示:「獲得專利和技術許可是NASA和其他政府機構用來確保獲得政府資助的創新的一種途徑。」

NASA的專利授權費最高可達50,000美元,但通常索價5,000至10,000美元,外加專利使用費。NASA的許可網站顯示:「通過預付費用,NASA尋求收回其在專利申請和維護成本方面的部分投資。」

換句話說:做繁瑣的專利工作,然后收取最低限度的費用,這是推廣NASA勞動成果的一種正式且與行業兼容的做法。

在非正式的情況下,NASA的計劃也讓私人公司和其他國家避免以過高的價格囤積重要的太空技術,這有助于促進美國的太空任務和國際合作。(NASA偶爾也會向公共領域發布專利。)

伯恩斯表示,他不認為NASA會從新登月軌道專利中「賺到任何錢」,因為這通常是歷史記錄的問題。

他說:「這只是一個標志,表明這是妳的知識產權:妳做成了這件事,妳是它的創造者。因此,至少當人們使用它時,他們會給予肯定。」

參考:

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

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