Введение

Конкурсы премий NASA на космические соревнования The Centennial Challenges – это конкурсы, стимулирующие технологические достижения американских команд, не финансируемые государством.

Происхождение

Программа NASA Centennial Challenge Program (CCP) напрямую вовлекает широкую общественность в процесс разработки передовых технологий, представляющих ценность для миссий NASA и аэрокосмического сообщества. CCP предлагает конкурсы в форме соревнований, предусматривающие денежные призы для отдельных лиц или команд, достигших поставленной технологической цели. Эти призовые конкурсы получили название "Centennial" в честь 100-летия первого полета братьев Райт в 1903 году. Пионерские изобретения братьев Райт воплощают дух этих соревнований. Программа Centennial Challenges опирается на долгую историю конкурсов за технологические призы, включая приз за определение долготы (победитель – Джон Харрисон), приз Ортега (победитель – Чарльз Линдберг), Ansari X PRIZE (победитель – Scaled Composites) и DARPA Grand Challenge (победители – Стэнфордский университет в 2005 году и Университет Карнеги-Меллона в 2007 году). Ключевым преимуществом призов перед традиционными грантами является то, что финансирование выплачивается только при достижении поставленной цели. В отчете комитета Национальной инженерной академии 1999 года рекомендовано, чтобы "Конгресс поощрял федеральные агентства к более активному экспериментированию с конкурсами на призы за достижения в науке и технике". Исследование NASA Space Architect 2003 года, проведенное при поддержке Фонда X PRIZE, привело к созданию программы Centennial Challenges. Как федеральное агентство, NASA располагает одним из трех крупнейших бюджетов федерального правительства на закупки. Министерство энергетики (DOE) и Министерство обороны (DOD) дополняют эту тройку. С последующим внесением в Конгресс предложения о финансировании "H Prize" для прорывных разработок в области водородного топлива, Министерство энергетики готово присоединиться к NASA и Министерству обороны DARPA в укреплении этого изменения парадигмы, поддерживая растущее число технологических экспериментаторов, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными традиционными государственными подрядчиками и федеральными закупочными службами.

Задача робота-возвращателя образцов

В рамках проекта "Проблема возвращения образцов" необходимо создать автономного робота для передвижения по пересеченной местности, способного находить и извлекать геологические образцы. Цель проекта – развитие автономной робототехники и технологий дистанционного манипулирования. Призовой фонд составляет 1,5 миллиона долларов США. Команда участвовала в соревновании первого уровня, но не достигла успеха. Второй этап конкурса прошел 6–8 июня 2013 года в WPI. Десять команд боролись за приз первого уровня. Команда Survey из Лос-Анджелеса была награждена 5000 долларов за успешное прохождение первого уровня: их робот покинул платформу, извлек образец и вернулся на платформу в течение 15 минут. Ни одна команда не перешла на второй уровень. Третий этап конкурса состоялся 9–14 июня 2014 года в WPI. 17 команд соревновались за призы первого и второго уровней. Команда Mountaineers из Университета Западной Вирджинии (WVU) под руководством доктора Ю Гу успешно выполнила задание первого уровня. Ни одна команда не выполнила задание второго уровня в 2014 году. Четвертый конкурс прошел 8–12 июня 2015 года в WPI. 16 команд соревновались за призы первого и второго уровней. Команда Mountaineers из Университета Западной Вирджинии успешно выполнила задание второго уровня (собрала два образца или набрала 3 балла) и получила приз в размере 100 000 долларов. Ни одна другая команда не выполнила задания первого или второго уровня в 2015 году. Пятый год конкурса был разделен на два этапа. Соревнование первого уровня проходило с 6 по 11 июня 2016 года. Пять новых команд успешно завершили первый уровень. Финальное соревнование второго уровня состоялось 4 и 5 сентября. Команда Mountaineers из Университета Западной Вирджинии собрала 5 образцов на общую сумму 11 баллов и выиграла конкурс, получив приз в размере 750 000 долларов. Координацию осуществляли NASA и Центр робототехники WPI.

Премия за аппарат для восхождения на Марс

Премия MAV – это конкурс, призванный продемонстрировать технологии, которые могут быть применимы в будущих миссиях NASA Science Mission Directorate на Марс. Соревнование будет имитировать марсианскую миссию MAV. Когда NASA в конечном итоге доставит образцы с Марса, потребуется специальная ракетная система – MAV – для запуска этих образцов с поверхности Марса на орбиту для стыковки с космическим аппаратом, который доставит их на Землю. Конкурс MAV Challenge требует высоконадежной и автономной загрузки образцов в ракету, запуска с поверхности и отделения контейнера с образцами. Инновационные технологии, представленные на этом конкурсе, могут быть учтены при планировании будущих миссий по исследованию Марса. Приз за первое место составляет 25 000 долларов, за второе – 15 000 долларов, а за третье – 10 000 долларов. Команды-участницы смогут претендовать на денежные призы только после успешного выполнения всех необходимых заданий. Первый конкурс состоялся в апреле 2015 года. Университет штата Северная Каролина в Роли выиграл 25 000 долларов за первое место, а Государственный университет Тарлтона в Стивенвилле, штат Техас, занял второе место, получив 15 000 долларов. Третье место не было присуждено.

Задача Кубика

Конкурс "Куб-Квест" предлагает призовой фонд в размере 5 миллионов долларов командам, которые выполнят задачу по проектированию, созданию и доставке небольших спутников, соответствующих требованиям для полетов и способных выполнять сложные задачи вблизи Луны и за ее пределами. Команды Cube Quest получат возможность побороться за место в качестве вторичной полезной нагрузки на первой миссии космического корабля NASA Orion, запуск которого будет осуществлен с помощью ракеты-носителя Space Launch System (SLS) агентства. Конкурс состоит из трех этапов: наземные турниры, дерби дальнего космоса и лунное дерби. Наземные турниры будут проводиться каждые четыре-шесть месяцев, предоставляя возможность получить место на первом совместном полете Orion и SLS. Дерби дальнего космоса будет посвящено поиску инновационных решений для связи в дальнем космосе с использованием небольших космических аппаратов, а лунное дерби – в основном системам двигательных установок для небольших космических аппаратов и связи вблизи Земли.

Проблема "зеленого полета"

Проект "Зеленый полет", спонсируемый Google, заключался в создании самолета, способного пролететь 200 миль менее чем за два часа, используя энергию, эквивалентную одному галлону бензина на пассажира. За приз в 1 650 000 долларов США боролись с 25 сентября по 1 октября 2011 года в аэропорту округа Сонома имени Чарльза М. Шульца в Санта-Розе, штат Калифорния. Фонд CAFE был партнерской организацией, сотрудничавшей с Программой "Столетние вызовы" NASA для проведения этого соревнования. 1 октября 2011 года CAFE организовал день открытых дверей для публики, чтобы ознакомиться с самолетами и познакомиться с командами-участницами. Выставка Google Green Flight Challenge проходила 3 октября 2011 года в Исследовательском центре NASA Ames в Саннивейле, штат Калифорния. Бесплатные билеты были доступны на сайте выставки. На выставке были представлены самолеты-участники, вручены чеки победителям и продемонстрированы другие технологии в области зеленой энергетики.

Сильная привязка

Этот конкурс заключался в создании сверхпрочных тросов – важнейшего компонента космического лифта. В 2005 году команда, построившая самый прочный трос, должна была получить 50 000 долларов США. В последующие годы от каждого победителя требовалось превзойти результат предыдущего на 50%. Ни один из представленных тросов не превзошел базовый уровень, доступный в коммерческой продаже, и в 2006 году размер приза был увеличен до 200 000 долларов США. В 2007 году призовой фонд для этого конкурса был увеличен до 500 000 долларов США. Конкурс Strong Tether Centennial Challenge 2011 года прошел на конференции по космическим лифтам в Редмонде, штат Вашингтон, 12 августа 2011 года. Конференция по космическим лифтам, спонсируемая Microsoft, The Leeward Space Foundation и The International Space Elevator Consortium, проводит конкурс тросов уже пять лет, но победитель до сих пор не определен.

Задача с мощным лучем

Конкурсы Power Beam проводились в 2005, 2006, 2007 и 2009 годах. Они были направлены на применение в области космических лифтов. Команды строили механические устройства (климеры), способные подниматься по вертикальному кабелю. Питание устройства не было автономным, а оставалось на земле. Техническая задача заключалась в эффективной и надежной передаче энергии климеру и преобразовании ее в механическое движение. Это был конкурс на создание робота-климера, работающего от беспроводной энергии. В рамках конкурса робот должен был поднять значительный груз за ограниченное время. В первом конкурсе 2005 года планировалось наградить 50 000 долларов США, 20 000 долларов США и 10 000 долларов США трем лучшим командам, достигшим минимальной отметки в 1 м/с. Однако ни одна команда не выполнила этот стандарт, и только две команды смогли подняться, используя энергию луча. Призовой фонд также был увеличен до 200 000 долларов США в 2006 году, но ни одна команда не смогла выполнить все требования. Подробную информацию о Power Beam Challenge и других задачах, связанных с технологиями космических лифтов, можно найти в Elevator:2010. В 2007 году призовой фонд конкурса был увеличен до 500 000 долларов США. В конкурсе 2009 года участники поднимали свои устройства, работающие на лазерной энергии, по кабелю высотой один километр, подвешенному к вертолету. Компания LaserMotive LLC получила 900 000 долларов США в конкурсе Power Beaming Challenge 2009 года.

Вертикальные и лунные испытания

Также объявленный на выставке XPrize Cup Expo и проводимый XPrize Foundation, этот приз предназначен для суборбитальной ракеты с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой (VTVL), способной достигать высот и энергий запуска, эквивалентных тем, что потребовались бы для лунного посадочного модуля. Задача Vertical Lander Challenge предполагает минимальную высоту 50 метров, горизонтальное перемещение на 100 метров, время полета 90 секунд, приземление на ровную поверхность и, после дозаправки, возвращение в исходную точку. Более сложная задача Lunar Lander Challenge увеличивает время полета до 180 секунд и требует приземления на каменистую поверхность. Первый приз VLC составляет 350 000 долларов, а первый приз LLC превышает эту сумму. В 2006 году на Wirefly X PRIZE Cup Armadillo Aerospace была единственной командой, сумевшей принять участие. Их аппарат "Pixel" успешно выполнил один этап задания с третьей попытки, но потерпел крушение вскоре после взлета при возвращении, в результате чего все призы остались невостребованными. В 2008 году Armadillo Aerospace успешно выполнила условия приза первого уровня VLC. В 2009 году первый приз второго уровня выиграла Masten Space Systems, а второй приз второго уровня достался Armadillo Aerospace.

Ночная роверная задача

Задача "Ночной Ровер" заключается в создании робота, работающего на солнечной энергии, который способен функционировать на накопленной энергии в течение значительного времени. Цель конкурса – стимулировать разработку аккумуляторных технологий для экстремальных условий, предназначенных для использования в космических миссиях. Призовой фонд составляет 1,5 миллиона долларов США. NASA сотрудничает с некоммерческой организацией Clean Tech Open в рамках этого конкурса. Требования к подаче заявок представлены здесь. По состоянию на октябрь 2013 года конкурс "Ночной Ровер" был закрыт в связи с отсутствием зарегистрированных участников.

Проблема беспилотных летательных аппаратов

В октябре 2012 года НАСА объявило о конкурсе, целью которого являлась разработка ключевых технологий, необходимых для интеграции беспилотных летательных аппаратов в Национальную систему воздушного пространства. Основной упор делался на демонстрацию высокого уровня эксплуатационной надежности и способности к обнаружению и предотвращению столкновений с другими воздушными судами ("sense and avoid"). Конкурс должен был состоять из двух этапов: первый этап планировался на весну 2014 года, а второй – через год после успешного завершения первого. Общий призовой фонд первого этапа составлял 500 000 долларов США, а второго – 1 миллион долларов США. В мае 2013 года НАСА объявило о выборе компании Development Projects Inc. из Дейтона, штат Огайо, в качестве организации, ответственной за управление конкурсом. В ноябре 2014 года НАСА отменило соревнование Airspace Operations Challenge (AOC) по эксплуатации беспилотных авиационных систем (UAS) в связи с возникшими непредвиденными техническими и операционными сложностями, а также дополнительными затратами. Исторически конкурсы NASA Centennial Challenges были связаны с высоким риском, но при этом позволяли достигать значительных результатов при минимальном государственном финансировании. НАСА проанализировало ожидаемые результаты AOC и пришло к выводу, что проведение конкурса в запланированном формате стало нецелесообразным с точки зрения сроков и затрат. Решение НАСА об отмене AOC не было связано с техническим прогрессом или результатами зарегистрированных команд.

Проблема конверсии CO2

"Вызов по преобразованию CO2" – это соревнование, целью которого является преобразование углекислого газа в сахара для использования в качестве сырья в биопроизводстве в космосе и на Марсе. Конкурс стартовал в 2018 году, чтобы стимулировать создание технологий, воспроизводящих процесс, который растения регулярно осуществляют, но с использованием небиологической системы. В 2019 году пять команд – из Калифорнийского университета, Принстонского университета, Университета Ратгерса, Air Company и Dioxide Materials – были удостоены приза в размере 50 000 долларов за первый этап конкурса, посвященному разработке системы, способной осуществить данное химическое превращение. Второй этап конкурса завершился в 2021 году, и три команды разделили призовой фонд в 750 000 долларов.