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Les fusées chimiques ou les voiles solaires sont-elles meilleures pour le retour des ressources que les astéroïdes ?

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Les fusées chimiques ou les voiles solaires sont-elles meilleures pour le retour des ressources que les astéroïdes ?

Si et quand nous lançons l’industrie minière d’astéroïdes au large de la Terre, l’une des décisions les plus importantes à prendre dans la structure de toute mission d’extraction d’astéroïdes sera de savoir comment récupérer les ressources là où se trouvent toutes nos autres infrastructures – quelque part autour de la Terre. Cette décision se concentrera généralement sur l’une des deux méthodes de propulsion – les fusées chimiques, comme celles que nous utilisons déjà pour nous emmener dans l’espace en premier lieu, ou les voiles solaires, qui bien que plus lentes et incapables de nous transporter en orbite, ne le font pas. ne nécessite aucun carburant. Alors, quelle est la meilleure méthodologie de propulsion pour ces futures missions ? Une étude menée par des chercheurs de l’Université de Glasgow a examiné ces deux scénarios et a proposé une réponse claire : des voiles solaires.

Pour répondre à ces types de questions théoriques, il est nécessaire d’imposer des limites aux réponses. Par exemple, il y a des milliards d’astéroïdes dans le système solaire, il est donc réaliste de ne regarder que ceux connus sous le nom d’astéroïdes proches de la Terre (NEA). Mais même ainsi, il existe plus de 30 000 NEA connus. C’était impossible pour l’auteur principal Merrill Vergig, qui avait un doctorat à l’époque. Une étudiante universitaire et ses collègues calculent les chemins optimaux pour chacun d’eux.

Ils ont donc divisé la zone autour de la Terre en paramètres orbitaux généraux : distance du demi-axe principal, excentricité et inclinaison. Avec ces trois paramètres, il est plus facile d’avoir une idée de ce à quoi ressemblerait l’orbite de transit d’un astéroïde donné dans cette région de l’espace, dont certains seront très proches de la Terre sur sa trajectoire orbitale.

D’autres contraintes étaient également nécessaires, comme calculer uniquement le coût et les avantages du retour des matériaux de l’astéroïde, et non exploiter l’astéroïde lui-même. L’acquisition et l’installation d’équipements miniers à cet endroit ont été considérées comme sortant du cadre de cet article. De plus, il doit y avoir un temps d’attente sur l’astéroïde lui-même pour que la mission de retour ait le temps de s’approvisionner en matériel qu’elle transportera.

Cette substance était, de ce fait, volatile. Les volatils, tels que l’eau, ont été au centre des discussions sur l’exploitation minière des astéroïdes, car ils constituent la base du carburant de fusée qui serait nécessaire pour l’exploration loin dans le système solaire et coûterait beaucoup d’argent à extraire de la Terre elle-même. De plus, les fusées chimiques peuvent alors utiliser certains de ces volatils comme leur propre carburant pour retourner dans le système terrestre.

Quelques contraintes sont mises en place, notamment le retour des volatils en orbite géostationnaire (GEO), certaines hypothèses sur les coûts de lancement basées sur les coûts prévus pour le Starship et la détermination d’une métrique si importante pour les études économiques : la valeur actuelle nette (NPV). La VAN est le score par rapport auquel les solutions seront jugées et sur la base de divers facteurs calculés. Ceux-ci incluent une variété de coûts, tels que le coût de lancement, le coût de développement, le coût de fabrication et le coût opérationnel. Les revenus seront calculés sur la base de la valeur attendue des matières volatiles livrées en orbite. Lorsque les revenus dépassent le coût de la mission, la VAN devient positive, ce qui dans ce cas indique si une mission vers un astéroïde dans cette région en vaut la peine.

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Pour faire cette détermination, les auteurs ont utilisé une technique appelée algorithme génétique pour résoudre un problème d’optimisation. Essentiellement, ils ont donné à l’algorithme un ensemble de paramètres, tels que la mécanique orbitale, les masses des engins spatiaux et la quantité de volatils renvoyés, et ont demandé à l’algorithme d’optimiser cette VAN très importante. Le résultat de l’algorithme était très clair – les voiles solaires ont des VAN positives pour une variété de régions dans l’espace proche de la Terre.

Cela était principalement dû à certaines des faiblesses des missiles chimiques. Ils ont dû utiliser certains des matériaux qui ont été rendus pour retourner à GEO. Et bien que leur temps d’orbite de transfert ait été plus court, un autre facteur de la VAN, le taux d’actualisation, qui diminue la valeur attendue d’une ressource plus elle est vendue à l’avenir, ne prend pas assez de valeur sur ce qu’un solaire la voile peut revenir. Mettez-la à égalité avec le missile chimique.

Il existe encore des zones de l’espace proche de la Terre où même les voiles solaires n’ont pas été rentables. Les auteurs suggèrent donc que les futurs mineurs d’astéroïdes examinent les astéroïdes dans les zones spécifiques qu’ils décrivent comme rentables s’ils recherchent leur premier site minier majeur. De plus, les chercheurs ont apporté quelques modifications à leur structure de mission de base d’origine, comme s’arrêter à la porte de la Lune, ajouter un deuxième vol et exécuter une série de simulations variables, appelées simulations de Monte Carlo, qui testeraient l’étendue de ces opérations. . Divers régimes étaient rentables.

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Les volatiles renvoyés par l’astéroïde seront utilisés pour faire le plein en orbite, comme le montre cette vidéo UT.

L’ajout d’un deuxième vol et d’un arrêt à Lunar Gateway au lieu de GEO a ajouté une valeur significative à chaque type d’ingénierie de mission. La simulation de Monte Carlo a également montré que sa rentabilité était compatible avec de faibles coûts d’entrée et des changements dans les revenus de sortie. Dans l’ensemble, bien qu’il existe des cibles lucratives potentielles pour chaque type de système de propulsion, les voiles solaires semblent être le grand gagnant entre les deux. C’est maintenant à ceux qui espèrent construire le premier empire minier d’astéroïdes d’écouter.

Apprendre encore plus:
Virgig et al – Évaluation économique d’une propulsion à haute propulsion et d’une voile solaire pour l’extraction d’astéroïdes géocroiseurs
Utah- Qu’est-ce qu’une voile solaire ?
Utah- Comment maintenez-vous la voile solaire stable?
Utah- Un nouveau type de voile solaire pourrait nous permettre d’explorer des endroits difficiles d’accès dans le système solaire

image principale :
Représentation d’artiste d’un champ d’astéroïdes.
Crédit : NASA/JPL/Caltech

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La synthèse de deux nouveaux carbures offre une perspective sur la manière dont les structures carbonées complexes existent sur d'autres planètes

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La synthèse de deux nouveaux carbures offre une perspective sur la manière dont les structures carbonées complexes existent sur d'autres planètes

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Structure cristalline de HP-CaC2 Avec une moyenne cumulative de 44(1). Modèle boule-et-bâton avec cellule unitaire définie ; Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues sur deux sites cristallographiques distincts, C1 (site Wyckoff de 4 g) et C2 (4 h), respectivement. (b) Géométrie d'un nanoruban polyacyne déprotoné ; Les distances C–C et les angles sont étiquetés CCC. Les coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée sont représentées dans des plans perpendiculaires (c) et parallèles (d) aux nanorubans de polyacène. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Structure cristalline de HP-CaC2 Avec une moyenne cumulative de 44(1). Modèle boule-et-bâton avec cellule unitaire définie ; Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues sur deux sites cristallographiques distincts, C1 (site Wyckoff de 4 g) et C2 (4 h), respectivement. (b) Géométrie d'un nanoruban polyacyne déprotoné ; Les distances C–C et les angles sont étiquetés CCC. Les coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée sont représentées dans des plans perpendiculaires (c) et parallèles (d) aux nanorubans de polyacène. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Des chercheurs de l'Université de Bayreuth ont acquis de nouvelles connaissances dans le domaine de la chimie du carbone à haute pression : ils ont synthétisé deux nouveaux carbures – des composés de carbone et d'un autre élément chimique – dotés de structures uniques. Les résultats pourraient fournir une explication inattendue de la répartition généralisée des hydrocarbures aromatiques polycycliques dans l’univers. La recherche est publié Dans le magazine Communications naturelles.

Les carbures sont des composés de carbone et d'un autre élément chimique. Les carbures nouvellement synthétisés ressemblent à des composés de type organométallique et pourraient fournir de nouvelles informations sur le comportement de structures carbonées complexes sous des pressions et des températures extrêmement élevées.

La possibilité de l’existence ou de la formation de tels composés dans les conditions intérieures de la planète pourrait avoir des implications importantes pour les sciences de la Terre et l’astrobiologie, où ils pourraient être à l’origine d’hydrocarbures et jouer un rôle dans l’origine de la vie.

Sous la direction du professeur Leonid Dobrovinsky de l'Institut géologique bavarois et du professeur Dr Natalia Dobrovinskaya du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, des recherches sur de nouveaux composés carbonés révèlent qu'ils contiennent des éléments structurels similaires à ceux trouvés dans des composés complexes. composés organiques. Molécules, mais déprotonées (c'est-à-dire qu'elles ne contiennent pas d'hydrogène).

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé des cellules à enclume en diamant qui ont compressé de minuscules cristaux de carbure de calcium à des pressions de l'ordre du gigapascal à trois chiffres et les ont simultanément chauffés à des températures d'environ 3 000 degrés Celsius. Ces conditions sont cohérentes avec celles trouvées à une profondeur de 2 900 km à l’intérieur de la Terre. Le changement de pression et de température a entraîné la formation de carbure de calcium en deux nouveaux carbures : le polymorphe haute pression de CaC2 Et la Californie3C7.

Structure cristalline du Ca3C7 Avec une moyenne cumulative de 38 (1). Projection de la structure de Ca3C7 le long de l'axe a, en se concentrant sur des chaînes 2D d'atomes de carbone alignées le long de l'axe b. Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues dans les deux positions cristallographiques distinctes C1 (4c) et C2 (8d), respectivement. Les atomes de carbone, appelés C3(8d) et C4(8d), sont représentés par des sphères grises. (b) Géométrie de la chaîne discrète semi-poly (indénoindène) (p-PInIn) étiquetée avec les distances C-C et les angles C-C-C. c, d Des coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée dans les deux plans différents contenant les chaînes p-PInIn sont présentées. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Structure cristalline du Ca3C7 Avec une moyenne cumulative de 38 (1). Projection de la structure de Ca3C7 le long de l'axe a, en se concentrant sur des chaînes 2D d'atomes de carbone alignées le long de l'axe b. Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues dans les deux positions cristallographiques distinctes C1 (4c) et C2 (8d), respectivement. Les atomes de carbone, étiquetés C3(8d) et C4(8d), sont représentés par des sphères grises. (b) Géométrie de la chaîne discrète semi-poly (indénoindène) (p-PInIn) étiquetée avec les distances C-C et les angles C-C-C. c, d Montrer les sections efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée dans les deux plans différents contenant les chaînes p-PInIn. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Bien que le polymorphisme haute pression de CaC2 Il a la même composition chimique que la substance primaire, mais en diffère par la disposition spatiale des atomes et par ses propriétés chimiques. Le polymorphe possède des chaînes carbonées qui peuvent exister dans des conditions bien au-delà de celles connues pour exister dans les composés organiques conventionnels.

Il est possible que la formation de tels composés dans les conditions présentes à l’intérieur des planètes ait joué un rôle dans l’origine de la vie, car ils pourraient être à l’origine des hydrocarbures.

Le composé de formule chimique Ca3C7 Ils n’ont jamais été observés auparavant, leur synthèse et l’élucidation de leur structure représentent donc une avancée importante dans la compréhension du comportement des matériaux à base de carbone dans des conditions extrêmes.

« Nos découvertes repoussent non seulement les limites de la chimie connue du carbone, mais offrent également une nouvelle perspective sur la manière dont les structures complexes du carbone existent au plus profond de la Terre et peut-être sur d'autres planètes », a expliqué le professeur Leonid Dobrovinsky, chercheur principal de l'étude. Des cadavres. »

Le professeur Natalia Dobrovinskaya a ajouté : « Les similitudes entre ces carbures à haute pression et les composés organométalliques déprotonés ouvrent des possibilités passionnantes pour la conception de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques, magnétiques et optiques uniques. »

Plus d'information:
Sayana Kandarkhayeva et al., Extension de la chimie du carbone à haute pression via la synthèse de CaC2 Et la Californie3C7 Avec du polyacène déprotoné et des nanorubans de type poly(indinoindine), Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Informations sur les magazines :
Communications naturelles


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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut.
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut. CMSA

Les membres de l'équipage à bord de la station spatiale chinoise ont terminé avec succès les réparations après que des débris ont provoqué une panne de courant partielle dans l'installation, ont révélé mercredi des responsables de l'Agence chinoise pour l'espace habité (CMSA) lors d'une conférence de presse.

Les débris spatiaux ont heurté les câbles d'alimentation reliés aux ailes solaires du module central et ont été réparés par les astronautes lors de deux sorties dans l'espace à la station spatiale Tiangong, la plus récente au début du mois dernier.

L'équipage devrait revenir sur Terre le 30 avril après que les opérations de la station auront été transférées à l'équipage entrant de Shenzhou-18. Les médias d'État ont rapporté.

La CMSA s'efforce d'améliorer les procédures d'avertissement et d'évitement des collisions spatiales et a réduit le taux de fausses alarmes de 30 %, ont indiqué des responsables de l'agence. Dans le cadre d'une autre mesure visant à améliorer la sécurité, la caméra haute définition installée sur le bras robotique de Tiangong, ainsi que les caméras portables utilisées par les astronautes lors des sorties dans l'espace, seront utilisées pour examiner attentivement l'état de l'extérieur de la station afin de vérifier et d'analyser toute frappe. Mécanisme d'impact de petits débris.

La station spatiale chinoise orbite à environ 280 milles au-dessus de la Terre et à environ 30 milles au-dessus de la Station spatiale internationale. Cela place les deux installations en orbite proche de la Terre, là où se trouvent la plupart des déchets spatiaux dangereux.

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Les débris spatiaux sont constitués de satellites déclassés, de parties de fusées usées et d'un grand nombre de petits fragments résultant de collisions aléatoires impliquant ces objets. Ils voyagent autour de la Terre à une vitesse fulgurante et toute frappe sur l’une ou l’autre station spatiale peut potentiellement causer des dégâts considérables.

Les opérateurs des deux installations orbitales disposent de systèmes pour surveiller les déchets les plus gros, et si l'un d'entre eux est considéré comme étant sur le point d'entrer en collision avec une station, l'installation est déplacée vers une orbite supérieure ou inférieure pour l'éviter.

Lors d'un incident dramatique survenu en 2021, les membres de l'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se réfugier dans leur vaisseau spatial lorsqu'un nuage de débris spatiaux dangereux – créé par un essai antimissile russe qui a détruit un vieux satellite – s'est approché de manière alarmante de la station. . Heureusement, la Station spatiale internationale a pu éviter tout dommage et l'équipage a été autorisé à reprendre ses fonctions normales.

Alors que de plus en plus de déchets spatiaux apparaissent constamment, un certain nombre d'entreprises explorent différentes façons de les éliminer afin de rendre les opérations en orbite proche de la Terre plus sûres, non seulement pour les stations spatiales, mais également pour les satellites opérationnels qui alimentent les services vitaux sur Terre. .

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

Les chercheurs ont identifié une enzyme capable de s’assembler en complexes aux géométries fractales. Les fractales – des modèles hiérarchiques dans lesquels des caractéristiques structurelles à des échelles plus grandes sont répétées à des échelles plus petites – sont bien connues au niveau macroscopique, mais on n'a pas encore observé qu'elles se formaient spontanément à partir de molécules biologiques au niveau moléculaire dans des cellules ou in vitro.

Maintenant, George K. une. Hochberg de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre et de l'Université Philips de Marburg, Jan M. Schuller de l'Université Philips de Marburg et leurs collègues ont découvert que l'enzyme citrate synthase extraite des cyanobactéries Staphylocoque long Les complexes se forment selon un motif fractal appelé triangle de Sierpiński (nature 2024, identification numérique : 10.1038/s41586-024-07287-2). Les triangles de Sierpiński sont constitués de petits triangles équilatéraux imbriqués dans des triangles équilatéraux plus grands.

Forme motivationnelle de S. rectangle La citrate synthase est l'hexadécane. Ces hexamères peuvent s'assembler en triangles de Sierpiński avec 18 ou 54 copies de la protéine (3 ou 9 hexamères). Pour former des fractales, l’enzyme tourne dans le sens opposé à celui dans lequel elle tourne pour lier le substrat pendant la catalyse. Les fractales « corrigent quelque chose d’une manière qui rend la stimulation difficile », explique Hochberg.

L’enzyme ne forme ces structures plus grandes que la nuit, lorsque le pH des cyanobactéries est approximativement neutre. « Il est possible que cette chose soit un accident inoffensif, car elle ne crée cette structure folle qu'à un moment de la journée où vous n'avez de toute façon pas besoin de l'enzyme », explique Hochberg. Le 18-mer se forme à des concentrations si faibles que Hochberg est convaincu qu’il est présent dans les cellules. Il pense que le 54-mer ne s’est peut-être pas formé physiologiquement.

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Les chercheurs ont utilisé la reconstruction de la protéine ancestrale pour étudier comment l’enzyme a développé sa capacité à former des fractales. L'acide glutamique et l'histidine nécessaires à l'interface de formation des fractales étaient présents dans des protéines ancestrales qui ne formaient pas de fractales. Le remplacement de la glutamine par la leucine a supprimé l’interaction qui empêchait la formation fractale. Ce changement les a incités à se rassembler.

« C'est étrange d'un point de vue évolutionniste », dit Hochberg. « Ce que cela signifie, c'est que tous les liens positifs qui unissent cette chose étaient déjà là. »

« C'est un excellent exemple de la façon dont les caprices de l'évolution peuvent conduire à la formation de structures qui seraient autrement difficiles à réaliser grâce à la conception de protéines, car les contacts interfaciaux, les conflits stériques et la flexibilité angulaire doivent être programmés dans une hiérarchie de facteurs non covalents. interactions », a écrit François Panix, qui a conçu des matériaux contenant la protéine On à l’Université de Washington, a déclaré dans un e-mail : « Un seul élément constitutif est exposé lorsqu’il s’assemble en une fractale. »

L'élimination de la capacité de l'enzyme à former des fractales n'a eu aucun effet notable sur les cellules, explique Hochberg. « Il est si facile de produire ces choses pour l'évolution en une seule étape mutationnelle, que nous devrions en fait nous attendre à ce que cela se produise parfois par hasard », dit-il. Si quelqu'un découvre un assemblage étrange similaire dans un autre organisme, il pourrait se demander s'il ne s'agit que d'un accident inoffensif, explique Hochberg.

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