Около 30 лет назад молодой инженер Кристофер Уокер, находился дома и готовил шоколадный пудинг, когда ему позвонили. Посреди разговора он выключил плиту и накрыл форму плёнкой, чтобы сохранить пудинг свежим. Когда он вернулся, то заметил, что плёнка под воздействием воздуха создала выпуклую форму, в которой он увидел отражение лампочки — именно это наблюдение вдохновило его на идею, которая может привести к прорыву в области связи в космосе.
Так родился проект Large Balloon Reflector (LBR), — надувное устройство, способное создавать широкие апертуры для сбора сигналов, весом гораздо меньше современных развёртываемых антенн. Благодаря программе Innovative Advanced Concepts (NIAC) NASA, которая финансирует потенциально революционные проекты, идеи Уокера начинают претворяться в реальность.
Источник: Dr. Christopher Walker, NIAC Fellow / FreeFall Aerospace
Суть концепции заключается в использовании поверхности надутой сферической конструкции в качестве параболической антенны. Около трети шара покрыто лёгким алюминием, что придает ему отражательные свойства.
Благодаря финансированию от NIAC и гранту от Научной лаборатории ВМС США, Уокер смог разработать и продемонстрировать работу надувной антенны LBR диаметром около 10 метров, которая была запущена в стратосферу на воздушном шаре. Для сравнения, апертура космического телескопа «Джеймса Уэбб» имеет диаметр около 6,5 метров.
Как отмечает Уокер, было мало программ, кроме NIAC, где этот проект мог претвориться в жизнь и вначале ему было страшно поделиться своей идеей с коллегами, так как она звучала довольно смело.
В параболические антеннах используются их вогнутах форма для сбора и концентрации электромагнитного излучения. Чем больше диаметр или апертура антенны, тем более эффективно она может собирать и передавать сигнал на большие расстояния.
В астрономии большое преимущество представляет возможность размещения телескопов в космосе за пределами атмосферы Земли, которая зачастую искажает или ухудшает сигналы, приходящие из космоса. Однако традиционные большие рефлекторные антенны оказываются тяжёлыми и неудобными для транспортировки, что создаёт проблемы при запуске и неосуществимость проектов телескопов с колоссально большой апертурой.
Надувное устройство LBR эффективно решает обе проблемы. Изготовленное из тонкой плёнки, оно надувается, образуя стабильную параболическую форму, и не требует массивного и сложного развёртываемого оборудования. Кроме того, LBR можно складывать для удобного хранения и транспортировки.
В 2018 году компания Freefall Aerospace, основанная Уокером, продемонстрировала потенциал LBR на борту стратосферного воздушного шара NASA, где была запущена модель антенны диаметром 1 метр на высоту почти 50 километров.
Следующий шаг — демонстрация высокоскоростной связи на низкой околоземной орбите в рамках программы CubeSat Launch Initiative NASA.После запуска на низкую околоземную орбиту система развёртывания надувной антенны высвободит её из кубсата, надует до диаметра около полуметра и будет передавать фотографии Земли в высоком разрешении. Запуск этой миссии запланирован на ракете Alpha компании Firefly Aerospace в рамках миссии Educational Launch of Nanosatellites (ELaNa) 43, точная дата запуска пока что неизвестна.
Технология надувных антенн открывает новые перспективы для космических и лунных миссий: научный центр NASA Goddard Space Flight Center будет использовать надувную антенну для передачи данных от тетрагерцового спектрометра, предназначенного для поиска воды на Луне.