Nowoczesne silniki rakietowe dobrze radzą sobie z zadaniem wynoszenia sprzętu na orbitę, ale zupełnie nie nadają się do długotrwałych podróży kosmicznych. Dlatego od ponad dekady naukowcy pracują nad stworzeniem alternatywnych silników kosmicznych, które mogłyby przyspieszać statki do rekordowych prędkości. Przyjrzyjmy się siedmiu głównym pomysłom z tego obszaru.

EmDrive

Aby się ruszyć, trzeba się od czegoś odepchnąć – ta zasada jest uważana za jeden z niewzruszonych filarów fizyki i astronautyki. Od czego dokładnie się odepchnąć – z ziemi, wody, powietrza czy strumienia gazu, jak w przypadku silników rakietowych – nie jest tak ważne.

Dobrze znany eksperyment myślowy: wyobraź sobie, że astronauta poleciał w kosmos, ale kabel łączący go ze statkiem nagle pękł i mężczyzna zaczyna powoli odlatywać. Ma tylko skrzynkę z narzędziami. Jakie są jego działania? Prawidłowa odpowiedź: musi wyrzucić narzędzia ze statku. Zgodnie z prawem zachowania pędu, osoba zostanie odrzucona od narzędzia z dokładnie taką samą siłą, z jaką narzędzie jest od człowieka, więc będzie stopniowo zbliżał się do statku. To napęd odrzutowy - jedyny możliwy sposób poruszania się w pustej przestrzeni. To prawda, że ​​EmDrive, jak pokazują eksperymenty, ma pewne szanse na obalenie tego niezachwianego stwierdzenia.

Twórcą tego silnika jest brytyjski inżynier Roger Schaer, który w 2001 roku założył własną firmę Satellite Propulsion Research. Konstrukcja EmDrive jest bardzo ekstrawagancka i ma kształt metalowego wiadra, uszczelnionego na obu końcach. Wewnątrz tego wiadra znajduje się magnetron, który emituje fale elektromagnetyczne - takie same jak w konwencjonalnej kuchence mikrofalowej. I okazuje się, że wystarczy to do stworzenia bardzo małego, ale całkiem zauważalnego ciągu.

Sam autor tłumaczy działanie swojego silnika różnicą ciśnień promieniowania elektromagnetycznego na różnych końcach „wiadra” – na węższym końcu jest to mniej niż na szerokim. To tworzy pchnięcie skierowane w kierunku wąskiego końca. Możliwość takiej pracy silnika była kwestionowana niejednokrotnie, ale we wszystkich eksperymentach instalacja Shaera wykazuje obecność ciągu w zamierzonym kierunku.

Wśród eksperymentatorów, którzy testowali „wiadro” Schaera, znalazły się takie organizacje jak NASA, Uniwersytet Techniczny w Dreźnie i Chińska Akademia Nauk. Wynalazek przetestowano w różnych warunkach, w tym w próżni, gdzie wykazał ciąg 20 mikroniutonów.

To bardzo mało w porównaniu z chemicznymi silnikami odrzutowymi. Ale biorąc pod uwagę, że silnik Shaera może działać przez dowolnie długi czas, ponieważ nie potrzebuje paliwa (baterie słoneczne mogą zapewnić magnetron), potencjalnie jest w stanie rozpędzić statek kosmiczny do ogromnych prędkości, mierzonych jako procent prędkość światła.

Aby w pełni udowodnić sprawność silnika, konieczne jest wykonanie znacznie większej liczby pomiarów i pozbycie się skutków ubocznych, które mogą być generowane np. przez zewnętrzne pola magnetyczne. Jednak alternatywne możliwe wyjaśnienia anomalnego ciągu silnika Shaera, który ogólnie narusza zwykłe prawa fizyki, są już przedstawiane.

Na przykład proponuje się wersje, w których silnik może wytwarzać ciąg dzięki interakcji z fizyczną próżnią, która na poziomie kwantowym ma niezerową energię i jest wypełniona wirtualnymi cząstkami elementarnymi, które stale rodzą się i znikają. Kto ostatecznie okaże się racją – autorów tej teorii, sam Shaer czy inni sceptycy, dowiemy się w niedalekiej przyszłości.

żagiel słoneczny

Jak wspomniano powyżej, promieniowanie elektromagnetyczne wywiera ciśnienie. Oznacza to, że teoretycznie można go przerobić na ruch – np. za pomocą żagla. Tak jak statki z minionych wieków łapały wiatr w żagle, tak statki kosmiczne przyszłości łapały w żagle słońce lub inne światło gwiazd.

Problem jednak w tym, że ciśnienie światła jest niezwykle niskie i maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła. Dlatego, aby był skuteczny, taki żagiel musi mieć bardzo niską wagę i bardzo dużą powierzchnię. A to zwiększa ryzyko zniszczenia całej konstrukcji w przypadku napotkania asteroidy lub innego obiektu.

Próby budowy i wystrzelenia żaglowców słonecznych w kosmos już miały miejsce - w 1993 roku Rosja przetestowała żagle słoneczne na statku kosmicznym Progress, aw 2010 Japonia z powodzeniem przetestowała go w drodze na Wenus. Ale żaden statek nie używał jeszcze żagla jako głównego źródła przyspieszenia. Nieco bardziej obiecujący pod tym względem jest inny projekt – żagiel elektryczny.

elektryczny żagiel

Słońce emituje nie tylko fotony, ale także naładowane elektrycznie cząstki materii: elektrony, protony i jony. Wszystkie z nich tworzą tzw. wiatr słoneczny, który co sekundę unosi z powierzchni gwiazdy około miliona ton materii.

Wiatr słoneczny rozciąga się na miliardy kilometrów i jest odpowiedzialny za niektóre z naturalnych zjawisk na naszej planecie: burze geomagnetyczne i zorzę polarną. Ziemia jest chroniona przed wiatrem słonecznym własnym polem magnetycznym.

Wiatr słoneczny, podobnie jak wiatr powietrzny, jest odpowiedni do podróżowania, wystarczy, że wdmuchnie w żagle. Projekt żagla elektrycznego, stworzony w 2006 roku przez fińskiego naukowca Pekkę Janhunena, zewnętrznie ma niewiele wspólnego z żaglem słonecznym. Ten silnik składa się z kilku długich cienkich kabli, podobnych do szprych koła bez obręczy.

Dzięki wyrzutni elektronowej emitującej przeciwnie do kierunku jazdy kable te uzyskują dodatnio naładowany potencjał. Ponieważ masa elektronu jest w przybliżeniu 1800 razy mniejsza niż masa protonu, ciąg wytworzony przez elektrony nie będzie odgrywał zasadniczej roli. Elektrony wiatru słonecznego również nie mają znaczenia dla takiego żagla. Jednak dodatnio naładowane cząstki - protony i promieniowanie alfa - będą odpychane od kabli, tworząc w ten sposób ciąg odrzutowy.

Chociaż ten ciąg będzie około 200 razy mniejszy niż w przypadku żagla słonecznego, zainteresowała się nim Europejska Agencja Kosmiczna. Faktem jest, że żagiel elektryczny jest znacznie łatwiejszy do zaprojektowania, wyprodukowania, rozmieszczenia i eksploatacji w kosmosie. Dodatkowo za pomocą grawitacji żagiel pozwala również na podróżowanie do źródła wiatru gwiazdowego, a nie tylko z dala od niego. A ponieważ powierzchnia takiego żagla jest znacznie mniejsza niż powierzchnia Słońca, jest on znacznie mniej podatny na asteroidy i kosmiczne śmieci. Być może za kilka lat zobaczymy pierwsze eksperymentalne statki na żaglu elektrycznym.

silnik jonowy

Przepływ naładowanych cząstek materii, czyli jonów, emitowany jest nie tylko przez gwiazdy. Zjonizowany gaz można również wytwarzać sztucznie. Zwykle cząsteczki gazu są elektrycznie obojętne, ale gdy jego atomy lub cząsteczki tracą elektrony, zamieniają się w jony. W swojej masie całkowitej taki gaz nadal nie ma ładunku elektrycznego, ale poszczególne jego cząstki zostają naładowane, co oznacza, że ​​mogą poruszać się w polu magnetycznym.

W pędniku jonowym gaz obojętny (zwykle ksenon) jest jonizowany przez strumień wysokoenergetycznych elektronów. Wybijają elektrony z atomów i uzyskują ładunek dodatni. Ponadto powstałe jony są przyspieszane w polu elektrostatycznym do prędkości rzędu 200 km/s, czyli 50 razy większej niż prędkość wypływu gazu z chemicznych silników odrzutowych. Jednak nowoczesne silniki jonowe mają bardzo mały ciąg – około 50-100 milinewtonów. Taki silnik nie byłby nawet w stanie zjechać ze stołu. Ale ma poważny plus.

Wysoki impuls właściwy może znacznie zmniejszyć zużycie paliwa w silniku. Do jonizacji gazu wykorzystywana jest energia pozyskiwana z paneli słonecznych, dzięki czemu silnik jonowy jest w stanie pracować bardzo długo – do trzech lat bez przerwy. Przez taki okres będzie miał czas na przyspieszenie statku kosmicznego do prędkości, o jakich nigdy nie śniły się silniki chemiczne.

Silniki jonowe krążyły po Układzie Słonecznym więcej niż raz w ramach różnych misji, ale zwykle jako pomocnicze, a nie podstawowe. Dziś, jako możliwa alternatywa dla silników jonowych, coraz częściej mówi się o silnikach plazmowych.

Silnik plazmowy

Jeśli stopień jonizacji atomów staje się wysoki (około 99%), to taki zagregowany stan materii nazywa się plazmą. Stan plazmy można osiągnąć tylko w wysokich temperaturach, dlatego w silnikach plazmowych zjonizowany gaz jest podgrzewany do kilku milionów stopni. Ogrzewanie odbywa się za pomocą zewnętrznego źródła energii - paneli słonecznych lub bardziej realistycznie małego reaktora jądrowego.

Gorąca plazma jest następnie wyrzucana przez dyszę rakiety, wytwarzając ciąg dziesięciokrotnie większy niż w pędniku jonowym. Jednym z przykładów silnika plazmowego jest projekt VASIMR, który rozwija się od lat 70. XX wieku. W przeciwieństwie do silników jonowych, silniki plazmowe nie zostały jeszcze przetestowane w kosmosie, ale wiąże się z nimi duże nadzieje. To właśnie silnik plazmowy VASIMR jest jednym z głównych kandydatów do załogowych lotów na Marsa.

Silnik fuzyjny

Ludzie próbowali okiełznać energię syntezy termojądrowej od połowy XX wieku, ale jak dotąd nie byli w stanie tego zrobić. Mimo to kontrolowana fuzja termojądrowa jest nadal bardzo atrakcyjna, ponieważ jest źródłem ogromnej energii pozyskiwanej z bardzo taniego paliwa – izotopów helu i wodoru.

W chwili obecnej istnieje kilka projektów dotyczących konstrukcji silnika odrzutowego napędzanego fuzją termojądrową. Za najbardziej obiecujący uważa się model oparty na reaktorze z magnetyczną osłoną plazmy. Reaktor termojądrowy w takim silniku byłby bezciśnieniową cylindryczną komorą o długości 100–300 metrów i średnicy 1–3 metrów. Paliwo musi być dostarczane do komory w postaci plazmy wysokotemperaturowej, która pod wystarczającym ciśnieniem wchodzi w reakcję syntezy jądrowej. Cewki systemu magnetycznego umieszczone wokół komory powinny zapobiegać kontaktowi tej plazmy ze sprzętem.

Strefa reakcji termojądrowej znajduje się wzdłuż osi takiego cylindra. Za pomocą pól magnetycznych przez dyszę reaktora przepływa niezwykle gorąca plazma, wytwarzając ogromny ciąg, wielokrotnie większy niż w silnikach chemicznych.

Silnik antymaterii

Cała otaczająca nas materia składa się z fermionów - cząstek elementarnych o spinie połówkowym. Są to np. kwarki tworzące protony i neutrony w jądrach atomowych, a także elektrony. Każdy fermion ma swoją własną antycząstkę. Dla elektronu jest to pozyton, dla kwarka jest to antykwark.

Antycząstki mają taką samą masę i taki sam spin jak ich zwykli „towarzysze”, różniąc się znakiem wszystkich innych parametrów kwantowych. Teoretycznie antycząstki mogą tworzyć antymaterię, ale do tej pory antymateria nie została zarejestrowana nigdzie we Wszechświecie. Dla nauk podstawowych jest to wielkie pytanie, dlaczego jej tam nie ma.

Ale w laboratorium możesz uzyskać pewną ilość antymaterii. Na przykład niedawno przeprowadzono eksperyment porównujący właściwości protonów i antyprotonów, które były przechowywane w pułapce magnetycznej.

Kiedy antymateria spotyka się ze zwykłą materią, następuje proces wzajemnej anihilacji, któremu towarzyszy przypływ kolosalnej energii. Jeśli więc weźmiemy kilogram materii i antymaterii, to ilość energii uwolnionej podczas ich spotkania będzie porównywalna z wybuchem Car Bomby, najpotężniejszej bomby wodorowej w historii ludzkości.

Ponadto znaczna część energii zostanie uwolniona w postaci fotonów promieniowania elektromagnetycznego. W związku z tym istnieje chęć wykorzystania tej energii do podróży kosmicznych poprzez stworzenie silnika fotonowego podobnego do żagla słonecznego, tylko w tym przypadku światło będzie generowane przez wewnętrzne źródło.

Aby jednak efektywnie wykorzystać promieniowanie w silniku odrzutowym, konieczne jest rozwiązanie problemu stworzenia „zwierciadła”, które byłoby w stanie odbijać te fotony. W końcu statek musi się jakoś odepchnąć, aby wytworzyć ciąg.

Żaden nowoczesny materiał nie jest w stanie po prostu wytrzymać promieniowania powstającego w przypadku takiej eksplozji i natychmiastowo wyparować. W swoich powieściach science fiction bracia Strugatscy rozwiązali ten problem, tworząc „absolutny reflektor”. Nic takiego nigdy nie zostało zrobione w prawdziwym życiu. To zadanie, podobnie jak kwestie tworzenia dużej ilości antymaterii i jej długoterminowego przechowywania, to sprawa fizyki przyszłości.

21 lipca 2011 roku amerykański statek kosmiczny Atlantis wykonał swoje ostatnie lądowanie, które położyło kres długiemu i interesującemu programowi Space Transportation System. Z różnych przyczyn technicznych i ekonomicznych podjęto decyzję o zaprzestaniu eksploatacji systemu promu kosmicznego. Jednak idea statku kosmicznego wielokrotnego użytku nie została porzucona. Obecnie powstaje jednocześnie kilka podobnych projektów, a niektóre z nich zdążyły już pokazać swój potencjał.

Projekt promu kosmicznego miał kilka głównych celów. Jednym z głównych było obniżenie kosztów lotu i przygotowania do niego. Możliwość wielokrotnego użycia tego samego statku teoretycznie dawała pewne korzyści. Dodatkowo charakterystyczny wygląd techniczny całego kompleksu pozwolił na znaczne zwiększenie dopuszczalnych gabarytów i masy użytkowej. Unikalną cechą STS była możliwość powrotu statku kosmicznego na Ziemię w jego ładowni.

Jednak podczas operacji okazało się, że nie wszystkie zadania zostały wykonane. Tak więc w praktyce przygotowanie statku do lotu okazało się zbyt długie i kosztowne – według tych parametrów projekt nie spełniał pierwotnych wymagań. W wielu przypadkach statek wielokrotnego użytku nie mógł w zasadzie zastąpić „zwykłych” pojazdów nośnych. Wreszcie, stopniowe moralne i fizyczne starzenie się sprzętu doprowadziło do najpoważniejszych zagrożeń dla załóg.

W rezultacie podjęto decyzję o zakończeniu działalności kompleksu Systemu Transportu Kosmicznego. Ostatni 135 lot odbył się latem 2011 roku. Cztery dostępne statki zostały wycofane z eksploatacji i przekazane do muzeów jako niepotrzebne. Najbardziej znaną konsekwencją takich decyzji był fakt, że amerykański program kosmiczny przez kilka lat pozostawał bez własnego załogowego statku kosmicznego. Do tej pory astronauci muszą dostać się na orbitę za pomocą rosyjskiej technologii.

Ponadto na czas nieokreślony cała planeta została pozbawiona używanych systemów wielokrotnego użytku. Jednak pewne środki są już podejmowane. Do tej pory amerykańskie przedsiębiorstwa opracowały jednocześnie kilka projektów statków kosmicznych wielokrotnego użytku. Przynajmniej wszystkie nowe próbki zostały już poddane testom. W dającej się przewidzieć przyszłości będą również mogły wejść w pełną eksploatację.

Boeing X-37

Głównym elementem kompleksu STS był samolot orbitalny. Ta koncepcja jest obecnie stosowana w projekcie X-37 Boeinga. W późnych latach dziewięćdziesiątych Boeing i NASA zaczęli badać temat statków kosmicznych wielokrotnego użytku, zdolnych do orbitowania i latania w atmosferze. Na początku ostatniej dekady prace te doprowadziły do ​​uruchomienia projektu X-37. W 2006 roku prototyp nowego typu przeszedł testy w locie ze zrzutem z samolotu przewoźnika.

Boeing X-37B w owiewce rakiety nośnej. Zdjęcie Sił Powietrznych USA

Program zainteresował Siły Powietrzne USA i od 2006 r. jest realizowany w ich interesie, choć z pewną pomocą NASA. Według oficjalnych danych Siły Powietrzne chcą uzyskać obiecujący samolot orbitalny, zdolny do wystrzeliwania różnych ładunków w kosmos lub przeprowadzania różnych eksperymentów. Według różnych szacunków, obecny projekt X-37B może być wykorzystany także w innych misjach, w tym związanych z rozpoznaniem czy pełnoprawną pracą bojową.

Pierwszy lot kosmiczny X-37B odbył się w 2010 roku. Pod koniec kwietnia rakieta Atlas V wystrzeliła urządzenie na określoną orbitę, gdzie pozostawało przez 224 dni. Lądowanie „jak samolot” miało miejsce na początku grudnia tego samego roku. W marcu następnego roku rozpoczął się drugi lot, który trwał do czerwca 2012 roku. W grudniu odbyło się kolejne wodowanie, a trzecie lądowanie odbyło się dopiero w październiku 2014 roku. Od maja 2015 do maja 2017 eksperymentalny X-37B wykonał swój czwarty lot. 7 września ubiegłego roku rozpoczął się kolejny lot testowy. Kiedy się kończy, nie jest określone.

Według kilku oficjalnych danych, celem lotów jest zbadanie działania nowej technologii na orbicie, a także przeprowadzenie różnych eksperymentów. Nawet jeśli doświadczone X-37B rozwiązują zadania wojskowe, klient i wykonawca nie ujawniają takich informacji.

W obecnej formie produkt Boeing X-37B to samolot rakietowy o charakterystycznym wyglądzie. Wyróżnia się dużym kadłubem i średnimi samolotami. Używany jest silnik rakietowy; sterowanie odbywa się automatycznie lub za pomocą poleceń z ziemi. Według znanych danych w kadłubie przewidziano przedział ładunkowy o długości ponad 2 mi średnicy ponad 1 m, który może pomieścić do 900 kg ładunku.

W tej chwili doświadczony X-37B jest na orbicie i rozwiązuje przydzielone zadania. Nie wiadomo, kiedy powróci na Ziemię. Nie podano również informacji o dalszym przebiegu projektu pilotażowego. Podobno nowe wiadomości o najciekawszym rozwoju pojawią się dopiero przy kolejnym lądowaniu prototypu.

SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser

Inną wersją samolotu orbitalnego jest Dream Chaser firmy SpaceDev. Projekt ten był rozwijany od 2004 roku, aby wziąć udział w programie NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), ale nie mógł przejść pierwszego etapu selekcji. Jednak firma deweloperska wkrótce zgodziła się na współpracę z United Launch Alliance, która była gotowa zaoferować swój samolot startowy Atlas V. Później pojawiło się porozumienie z Lockheed Martin w sprawie wspólnej budowy sprzętu doświadczalnego.

Doświadczony samolot orbitalny Dream Chaser. Zdjęcie autorstwa NASA

W październiku 2013 r. prototyp lotu Dream Chaser został zrzucony z helikoptera lotniskowca, po czym wszedł do lotu szybowcowego i wykonał lądowanie poziome. Pomimo awarii podczas lądowania prototyp potwierdził cechy konstrukcyjne. W przyszłości na trybunach przeprowadzono kilka innych testów. Zgodnie z ich wynikami projekt został sfinalizowany, a w 2016 roku rozpoczęto budowę prototypu do lotów kosmicznych. W połowie ubiegłego roku NASA, Sierra Nevada i ULA podpisały umowę na przeprowadzenie dwóch lotów orbitalnych w latach 2020-21.

Nie tak dawno twórcy Dream Chasera otrzymali pozwolenie na uruchomienie pod koniec 2020 roku. W przeciwieństwie do wielu innych nowoczesnych rozwiązań, pierwsza misja kosmiczna tego statku zostanie przeprowadzona z prawdziwym ładunkiem. Statek będzie musiał dostarczyć określone ładunki na Międzynarodową Stację Kosmiczną.

W swojej obecnej formie statek kosmiczny wielokrotnego użytku Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser jest samolotem o charakterystycznym wyglądzie, przypominającym wyglądem niektóre rozwiązania amerykańskie i zagraniczne. Maszyna ma całkowitą długość 9 m i jest wyposażona w skrzydła o rozpiętości delta 7 m. Aby zapewnić kompatybilność z istniejącymi pojazdami nośnymi, w przyszłości zostanie opracowane składane skrzydło. Masa startowa określona jest na poziomie 11,34 t. Dream Chaser będzie w stanie dostarczyć na ISS 5,5 tony ładunku i powrócić na Ziemię nawet do 2 t. Deorbitacja „jak samolot” wiąże się z mniejszymi przeciążeniami, co, zgodnie z oczekiwaniami mogą być przydatne do dostarczenia niektórych urządzeń i próbek w ramach indywidualnych eksperymentów.

Smok SpaceX

Z wielu powodów idea samolotu orbitalnego nie jest obecnie zbyt popularna wśród twórców nowej technologii kosmicznej. Wygodniejszy i bardziej opłacalny jest teraz statek wielokrotnego użytku o „tradycyjnym” wyglądzie, wystrzelony na orbitę za pomocą rakiety nośnej i powracający na Ziemię bez użycia skrzydeł. Najbardziej udanym opracowaniem tego rodzaju jest produkt Dragon od SpaceX.

Statek towarowy SpaceX Dragon (misja CRS-1) w pobliżu ISS. Zdjęcie autorstwa NASA

Prace nad projektem Dragon rozpoczęły się w 2006 roku i były prowadzone w ramach programu COTS. Celem projektu było stworzenie statku kosmicznego z możliwością wielokrotnych startów i powrotów. Pierwsza wersja projektu zakładała stworzenie statku transportowego, a w przyszłości planowano na jego podstawie opracować załogową modyfikację. Do tej pory Dragon w wersji „ciężarowej” wykazał pewne rezultaty, natomiast oczekiwany sukces wersji załogowej statku nieustannie przesuwa się w czasie.

Pierwszy demonstracyjny start sondy transportowej Dragon odbył się pod koniec 2010 roku. Po wszystkich wymaganych ulepszeniach NASA zleciła pełnoprawne uruchomienie takiego urządzenia w celu dostarczenia ładunku na Międzynarodową Stację Kosmiczną. 25 maja 2012 Dragon pomyślnie zadokował na ISS. Następnie przeprowadzono kilka nowych startów z dostawą towarów na orbitę. Najważniejszym etapem programu było uruchomienie 3 czerwca 2017 roku. Po raz pierwszy w programie miało miejsce ponowne wodowanie naprawionego statku. W grudniu kolejny statek kosmiczny, lecący już na ISS, poleciał w kosmos. Biorąc pod uwagę wszystkie dotychczasowe testy, produkty Dragon wykonały 15 lotów.

W 2014 roku SpaceX ogłosiło załogowy statek kosmiczny Dragon V2. Twierdzono, że pojazd ten, będący ewolucją istniejącej ciężarówki, będzie w stanie dostarczyć na orbitę do siedmiu astronautów lub wrócić do domu. Poinformowano również, że w przyszłości nowy statek może być używany do latania wokół Księżyca, w tym z turystami na pokładzie.

Jak to często bywa z projektami SpaceX, projekt Dragon V2 był kilkakrotnie cofany. Tak więc z powodu opóźnień z rzekomym lotniskowcem Falcon Heavy data pierwszych testów przesunęła się na 2018 rok, a pierwszy załogowy lot stopniowo „oddalał się” na 2019 rok. Wreszcie kilka tygodni temu firma deweloperska ogłosiła zamiar rezygnacji z certyfikacji nowego „Smoka” do lotów załogowych. W przyszłości takie zadania mają być rozwiązywane za pomocą systemu wielokrotnego użytku BFR, który jeszcze nie powstał.

Pojazd transportowy Dragon ma łączną długość 7,2 m przy średnicy 3,66 m. Masa sucha wynosi 4,2 t. Jest w stanie dostarczyć na ISS ładunek o masie 3,3 tony i zwrócić do 2,5 tony ładunku. Aby pomieścić niektóre ładunki, proponuje się zastosowanie szczelnego przedziału o objętości 11 metrów sześciennych i nieciśnieniowej objętości 14 metrów sześciennych. Przedział bezciśnieniowy spada podczas schodzenia i spala się w atmosferze, podczas gdy druga objętość ładunku wraca na Ziemię i spada na spadochronach. Aby skorygować orbitę, urządzenie wyposażono w 18 silników Draco. Działanie systemów zapewnia para paneli słonecznych.

Podczas opracowywania załogowej wersji „Smoka” wykorzystano niektóre jednostki bazowego statku transportowego. Jednocześnie uszczelniony przedział musiał zostać wyraźnie przeprojektowany, aby rozwiązać nowe problemy. Zmianie uległy również inne elementy statku.

Lockheed Martin Orion

W 2006 roku NASA i Lockheed Martin zgodzili się zbudować zaawansowany statek kosmiczny wielokrotnego użytku. Projekt został nazwany na cześć jednej z najjaśniejszych konstelacji - Oriona. Na przełomie dekady, po zakończeniu części prac, kierownictwo Stanów Zjednoczonych zaproponowało rezygnację z tego projektu, ale po wielu dyskusjach został on uratowany. Prace były kontynuowane i do chwili obecnej przyniosły pewne rezultaty.

Statek perspektywiczny Orion w przedstawieniu artysty. Rysunek NASA

Zgodnie z pierwotną koncepcją statek Orion miał być używany w różnych misjach. Z jego pomocą miała dostarczać ładunki i ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Z odpowiednim sprzętem mógłby polecieć na Księżyc. Opracowano również możliwość lotu na jedną z asteroid, a nawet na Marsa. Niemniej jednak rozwiązanie takich problemów przypisano odległej przyszłości.

Zgodnie z planami minionej dekady, pierwszy testowy start sondy Orion miał nastąpić w 2013 roku. W 2014 roku planowali wystartować z astronautami na pokładzie. Lot na Księżyc mógłby się odbyć przed końcem dekady. Harmonogram został następnie dostosowany. Pierwszy lot bezzałogowy przełożono na 2014 rok, a załogowy start na 2017 rok. Misje księżycowe zostały przełożone na lata dwudzieste. Do tej pory loty z załogą zostały również przeniesione na następną dekadę.

5 grudnia 2014 roku miało miejsce pierwsze testowe uruchomienie Oriona. Statek z symulatorem ładunku został wyniesiony na orbitę za pomocą rakiety nośnej Delta IV. Kilka godzin po wystrzeleniu wrócił na Ziemię i wodował w określonym obszarze. Nie dokonano jeszcze żadnych nowych premier. Jednak specjaliści Lockheed Martin i NASA nie czekali bezczynnie. W ciągu ostatnich kilku lat zbudowano szereg prototypów do przeprowadzania określonych testów w warunkach naziemnych.

Zaledwie kilka tygodni temu rozpoczęła się budowa pierwszego statku kosmicznego Orion do lotów załogowych. Jego uruchomienie planowane jest na przyszły rok. Zadanie wyniesienia statku na orbitę zostanie powierzone obiecującemu pojazdowi nośnemu Space Launch System. Zakończenie bieżących prac pokaże realne perspektywy całego projektu.

Projekt Orion przewiduje budowę statku o długości ok. 5 mi średnicy ok. 3,3 m. Cechą charakterystyczną tego aparatu jest duża objętość wewnętrzna. Pomimo zainstalowania niezbędnego sprzętu i instrumentów, wewnątrz szczelnego przedziału pozostaje nieco mniej niż 9 metrów sześciennych wolnej przestrzeni, odpowiedniej do zainstalowania niektórych urządzeń, w tym siedzeń załogi. Statek będzie mógł zabrać na pokład do sześciu astronautów lub określony ładunek. Całkowita masa statku została określona na poziomie 25,85 tony.

Systemy suborbitalne

Obecnie realizowanych jest kilka ciekawych programów, które nie przewidują wystrzelenia ładunku na orbitę Ziemi. Obiecujące modele sprzętu wielu amerykańskich firm będą mogły wykonywać tylko loty suborbitalne. Technika ta ma być wykorzystywana do niektórych badań lub podczas rozwoju turystyki kosmicznej. Nowe projekty tego typu nie są rozpatrywane w kontekście rozwoju pełnoprawnego programu kosmicznego, ale wciąż budzą zainteresowanie.

Statek suborbitalny SpaceShipTwo pod skrzydłem samolotu transportowego White Knight Two. Zdjęcia Virgin Galactic / virgingalactic.com

Projekty SpaceShipOne i SpaceShipTwo firm Scale Composites i Virgin Galactic proponują budowę kompleksu składającego się z samolotu nośnego i orbitalnego. Od 2003 roku oba typy sprzętu wykonały znaczną liczbę lotów testowych, podczas których opracowano różne cechy konstrukcyjne i metody działania. Przewiduje się, że statek typu SpaceShipTwo będzie w stanie zabrać na pokład do sześciu pasażerów turystycznych i podnieść ich na wysokość co najmniej 100-150 km, tj. powyżej dolnej granicy przestrzeni kosmicznej. Start i lądowanie muszą odbywać się z „tradycyjnego” lotniska.

Blue Origin pracuje nad inną wersją systemu przestrzeni suborbitalnej od połowy ostatniej dekady. Proponuje, aby takie loty wykonywać kombinacją rakiety nośnej i statku kosmicznego typu używanego w innych programach. Jednocześnie zarówno rakieta, jak i statek muszą być wielokrotnego użytku. Kompleks nazwano New Shepard. Od 2011 roku rakiety i statki nowego typu regularnie wykonują loty testowe. Udało się już wysłać statek kosmiczny na wysokość ponad 110 km, a także zapewnić bezpieczny powrót zarówno statku, jak i rakiety nośnej. W przyszłości system New Shepard powinien być jedną z innowacji w dziedzinie turystyki kosmicznej.

Przyszłość wielokrotnego użytku

Przez trzy dekady, od początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, głównym środkiem dostarczania ludzi i ładunków na orbitę w arsenale NASA był kompleks Space Transportation System / Space Shuttle. Ze względu na moralną i fizyczną przestarzałość, a także ze względu na niemożność uzyskania wszystkich pożądanych rezultatów, eksploatację promów przerwano. Od 2011 roku Stany Zjednoczone nie mają działającego statku kosmicznego wielokrotnego użytku. Co więcej, nie mają jeszcze własnego załogowego statku kosmicznego, w wyniku czego astronauci muszą latać na obcej technologii.

Pomimo zakończenia działalności kompleksu Space Transportation System, amerykańska astronautyka nie rezygnuje z samej idei statku kosmicznego wielokrotnego użytku. Taka technika wciąż cieszy się dużym zainteresowaniem i może być wykorzystywana w wielu różnych misjach. W tej chwili NASA i wiele organizacji komercyjnych opracowuje jednocześnie kilka obiecujących statków kosmicznych, zarówno samolotów orbitalnych, jak i systemów z kapsułami. W tej chwili projekty te są na różnych etapach i pokazują różne sukcesy. W bardzo niedalekiej przyszłości, nie później niż na początku lat dwudziestych, większość nowych rozwiązań osiągnie etap lotów testowych lub pełnoprawnych, co pozwoli na ponowne zbadanie sytuacji i wyciągnięcie nowych wniosków.

Według stron internetowych:
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/

klawisz kontrolny Wchodzić

Zauważyłem osz s bku Zaznacz tekst i kliknij Ctrl+Enter

Wiele krajów zaawansowanych technologicznie, w szczególności kraje Unii Europejskiej (m.in. Francja, Niemcy, Wielka Brytania), a także Japonia, Chiny, Ukraina, Indie prowadziły i prowadzą badania mające na celu stworzenie własnych próbek systemów kosmicznych wielokrotnego użytku (Hermes, HOPE, Zenger 2, HOTOL, ASSTS, RLV, Skylon, Shenlong, Sura itp. Niestety trudności ekonomiczne rzucają czerwone światło na te projekty, często po znacznych pracach projektowych.

Hermes -opracowany przez Europejską Agencję Kosmiczną projekt statku kosmicznego. Rozwój oficjalnie rozpoczął się w listopadzie 1987 r., choć projekt został zatwierdzony przez rząd francuski już w 1978 r. Projekt miał zwodować pierwszy statek w 1995 r., ale zmiana sytuacji politycznej i trudności finansowe doprowadziły do ​​zamknięcia projektu w 1993 r. Ani jednego statku nie zbudowano.

Europejski statek kosmiczny „Hermes”

HORE - japoński prom kosmiczny. Zaprojektowany od początku lat 80-tych. Został on zaplanowany jako czteromiejscowy kosmolot wielokrotnego użytku z pionowym startem na jednorazowym pojeździe nośnym H-2. Uznano to za główny wkład Japonii w ISS.

Japoński statek kosmiczny NADZIEJA
W 1986 roku japońskie firmy lotnicze rozpoczęły realizację programu prac badawczo-rozwojowych w dziedzinie technologii hipersonicznych. Jednym z głównych kierunków programu było stworzenie bezzałogowego, skrzydlatego pojazdu lotniczego „Nadzieja” (HOPE – tłumaczone jako „Nadzieja”), wystrzelonego na orbitę za pomocą pojazdu startowego „H-2” (H-2), który został zostanie wprowadzony do eksploatacji w 1996 r.
Głównym celem statku jest okresowe zaopatrywanie japońskiego laboratorium wielozadaniowego „JEM” (JEM) w ramach amerykańskiej stacji kosmicznej (obecnie moduł Kibo ISS).
Głównym deweloperem jest Narodowa Agencja Badań Kosmicznych (NASDA) Badania projektowe zaawansowanego statku kosmicznego załogowego zostały przeprowadzone przez National Aerospace Laboratory (NAL) wspólnie z firmami przemysłowymi Kawasaki, Fuji i Mitsubishi. Wariant zaproponowany przez laboratorium NAL został wstępnie przyjęty jako podstawowy.
Do 2003 roku zbudowano kompleks startowy, pełnowymiarowe makiety ze wszystkimi instrumentami, wybrano kosmonautów, prototypowe modele statku kosmicznego HIMES przetestowano w locie orbitalnym. Ale w 2003 roku japoński program kosmiczny został całkowicie zmieniony, a projekt został zamknięty.

X-30 National Aero-Space Plane (NASP) – projekt obiecującego statku kosmicznego wielokrotnego użytku- jednostopniowy system statków kosmicznych (AKS) nowej generacji z poziomym startem i lądowaniem, opracowany przez Stany Zjednoczone w celu stworzenia niezawodnego i prostego środka masowego wystrzeliwania ludzi i ładunków w kosmos. Projekt został zawieszony i obecnie trwają badania nad hipersonicznym bezzałogowym samolotem eksperymentalnym (Boeing X-43) w celu stworzenia odrzutowego silnika hipersonicznego.
Rozwój NASP rozpoczął się w 1986 roku. W swoim przemówieniu z 1986 roku prezydent USA Ronald Reagan ogłosił:
… Orient Express, który powstanie w następnej dekadzie, będzie mógł wystartować z lotniska Dulles i rozpędzając się do 25-krotnej prędkości dźwięku, w ciągu 2 godzin osiągnąć orbitę lub polecieć do Tokio.
Program NASP, finansowany przez NASA i Departament Obrony USA, był realizowany przy udziale McDonnell Douglas, Rockwell International, który pracował nad stworzeniem płatowca i wyposażenia dla jednostopniowego supersonicznego samolotu kosmicznego. Rocketdyne i Pratt & Whitney pracowali nad hipersonicznymi silnikami strumieniowymi.

Statek kosmiczny wielokrotnego użytku X-30
Zgodnie z wymogami Departamentu Obrony USA X-30 miał mieć załogę 2 osobową i przewozić niewielki ładunek. Załogowy samolot kosmiczny z odpowiednimi systemami sterowania i podtrzymywania życia okazał się zbyt duży, ciężki i drogi dla doświadczonego demonstratora technologii. W rezultacie program X-30 został wstrzymany, ale badania w dziedzinie jednostopniowych poziomych pojazdów nośnych i hipersonicznych silników strumieniowych nie ustały w Stanach Zjednoczonych. Obecnie trwają prace nad małym bezzałogowym pojazdem Boeing X-43 „Hyper-X” do testowania silnika strumieniowego.
X-33 - prototypowy jednostopniowy statek powietrzny wielokrotnego użytku, zbudowany w ramach kontraktu NASA przez Lockheed Martin w ramach programu Venture Star. Prace nad programem trwały w latach 1995-2001. W ramach tego programu miał opracować i przetestować hipersoniczny model przyszłego systemu jednostopniowego, a w przyszłości – stworzyć w oparciu o tę koncepcję techniczną pełnoprawny system transportowy.

Jednostopniowy statek kosmiczny X-33 wielokrotnego użytku

Program tworzenia aparatury eksperymentalnej X-33 został uruchomiony w lipcu 1996 r. Dział badawczo-rozwojowy firmy Skunk Works firmy Lockheed Martin Corporation został wykonawcą NASA i wygrał kontrakt na stworzenie całkowicie nowego wahadłowca kosmicznego o nazwie Venture Star. Następnie przetestowano jego ulepszony model, nazwany „X-33” i otoczony gęstą zasłoną tajemnicy. Znanych jest tylko kilka cech urządzenia. Masa startowa -123 tony, długość -20 metrów, szerokość - 21,5 metra. Dwa silniki o całkowicie nowej konstrukcji pozwalają Kh-33 przekraczać prędkość dźwięku o 1,5 raza. Urządzenie jest skrzyżowaniem statku kosmicznego i samolotu stratosferycznego. Prace prowadzono pod hasłem dziesięciokrotnego obniżenia kosztów wystrzelenia ładunku w kosmos, z obecnych 20 000 dolarów za kilogram do ponad dwóch tysięcy. Program został jednak zamknięty w 2001 roku, nie ukończono budowy eksperymentalnego prototypu.

Tak zwany silnik rakietowy klinowo-powietrzny został opracowany dla Venture Star (X-33).
Silnik rakietowy klinowo-powietrzny(ang. Aerospike engine, Aerospike, KVRD) – typ silnika rakietowego z dyszą w kształcie klina, który utrzymuje sprawność aerodynamiczną w szerokim zakresie wysokości nad powierzchnią Ziemi przy różnych ciśnieniach atmosferycznych. KVRD należy do klasy silników rakietowych, których dysze są w stanie zmieniać ciśnienie wychodzącego strumienia gazu w zależności od zmiany ciśnienia atmosferycznego wraz ze wzrostem wysokości lotu (angielska dysza kompensacyjna wysokości). Silnik z dyszą tego typu zużywa o 25-30% mniej paliwa na niskich wysokościach, gdzie zazwyczaj potrzebny jest największy ciąg. Silniki klinowo-powietrzne były od dawna badane jako główna opcja dla jednostopniowych systemów kosmicznych (SSO, ang. Single-Stage-To-Orbit, SSTO), czyli systemów rakietowych, które wykorzystują tylko jeden stopień do dostarczania ładunek na orbitę. Silniki tego typu były poważnym pretendentem do wykorzystania jako główne silniki promu kosmicznego podczas jego tworzenia (patrz: SSME). Jednak od 2012 roku nie jest używany ani produkowany ani jeden silnik tego typu. Najbardziej udane opcje są w fazie rozwoju.

Po lewej stronie znajduje się konwencjonalny silnik rakietowy, po prawej silnik rakietowy z powietrzem klinowym.

Skylon („Skylon”) – nazwa projektu angielskiej firmy Reaction Engines Limited, zgodnie z którą w przyszłości może powstać bezzałogowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku, który zgodnie z oczekiwaniami jego twórców umożliwi tani i niezawodny dostęp do kosmosu. Wstępne badanie tego projektu wykazało, że nie ma w nim błędów technicznych i projektowych. Według szacunków Skylon obniży koszty przeładunku 15-50 razy. Firma obecnie poszukuje finansowania.
Według projektu Skylon będzie w stanie dostarczyć w kosmos około 12 ton ładunku (na niską orbitę równikową)
Skylon będzie mógł wystartować jak konwencjonalny samolot, a po osiągnięciu naddźwiękowej prędkości 5,5 Macha i wysokości 26 kilometrów przełączyć się na tlen z własnych zbiorników, aby wejść na orbitę. Wyląduje też jak samolot. Tak więc brytyjski statek kosmiczny musi nie tylko polecieć w kosmos bez użycia górnych stopni, zewnętrznych dopalaczy czy zrzucanych zbiorników paliwa, ale także wykonać cały lot przy użyciu tych samych silników (w ilości dwóch sztuk) na wszystkich etapach, zaczynając od kołowanie na lotnisko i kończące się na odcinku orbitalnym.
Kluczową częścią projektu jest unikatowa elektrownia – wielotrybowy silnik odrzutowy(Angielski hipersoniczny, wstępnie chłodzony hybrydowy silnik rakietowy do oddychania powietrzem - hipersoniczny połączony silnik odrzutowy / rakietowy z chłodzeniem wstępnym).
Pomimo tego, że projekt ma już ponad 10 lat, nie powstał jeszcze ani jeden pełnowymiarowy działający prototyp silnika przyszłej aparatury, a obecnie projekt „istnieje” tylko w formie koncepcji, dlatego. deweloperzy nie mogli znaleźć funduszy potrzebnych do rozpoczęcia fazy rozwoju i budowy, w 1992 roku ustalono kwotę projektu - około 10 miliardów dolarów. Według twórców Skylon odzyska koszty produkcji, utrzymania i użytkowania, a w przyszłości będzie mógł przynosić zyski.

„Skylon” to obiecujący angielski statek kosmiczny wielokrotnego użytku.
Wielozadaniowy system lotniczy (MAKS)- projekt wykorzystujący metodę startu powietrznego dwustopniowego kompleksu kosmicznego, który składa się z samolotu nośnego (An-225 Mriya) i orbitalnego statku kosmicznego-rakietowego (cosmoplane), zwanego samolotem orbitalnym. Samolot rakietowy orbitalny może być załogowy lub bezzałogowy. W pierwszym przypadku montowany jest wraz z jednorazowym zewnętrznym zbiornikiem paliwa. W drugim zbiorniki ze składnikami paliwa i utleniacza umieszczone są wewnątrz samolotu rakiety. Wariant systemu umożliwia również instalację jednorazowego stopnia rakietowego ładunkowego z komponentami paliwa kriogenicznego i utleniacza zamiast samolotu orbitalnego wielokrotnego użytku.
Rozwój projektu był prowadzony w NPO Molniya od początku lat 80. pod kierownictwem G. E. Lozino-Lozinsky. Projekt został zaprezentowany szerokiej publiczności pod koniec lat 80-tych. Dzięki pełnemu rozmieszczeniu prac projekt mógł zostać wdrożony przed rozpoczęciem prób w locie już w 1988 roku.

W ramach prac inicjatywnych NPO Molniya w ramach projektu powstały mniejsze i pełnoskalowe modele wagowo-wagowe zewnętrznego zbiornika paliwa, wagowo-gabarytowe oraz modele technologiczne kosmolotu. Do tej pory na projekt wydano już około 14 milionów dolarów. Realizacja projektu jest nadal możliwa w przypadku obecności inwestorów.
"Kliper" - wielozadaniowy załogowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku, zaprojektowany przez RSC Energia od 2000 roku w celu zastąpienia statku kosmicznego z serii Sojuz.

Modelka Clippera na pokazie lotniczym w Le Bourget.
W drugiej połowie lat 90. zaproponowano nowy statek zgodnie ze schematem „kadłuba nośnego” - opcją pośrednią między skrzydlatym wahadłowcem a kapsułą balistyczną Sojuz. Obliczono aerodynamikę statku, a jego model przetestowano w tunelu aerodynamicznym. W latach 2000-2002 statek był dalej rozbudowywany, ale trudna sytuacja w branży nie pozostawiała nadziei na wdrożenie. Wreszcie w 2003 roku projekt otrzymał start w życie.
W 2004 roku rozpoczęła się promocja Clippera. Ze względu na niewystarczające środki budżetowe główny nacisk położono na współpracę z innymi agencjami kosmicznymi. W tym samym roku ESA wykazała zainteresowanie Clipperem, ale wymagała radykalnej rewizji koncepcji, aby odpowiadała jej potrzebom – statek musiał lądować na lotniskach jak samolot. Niecały rok później, we współpracy z Biurem Projektowym Sukhoi i TsAGI, opracowano uskrzydloną wersję Clippera. W tym samym czasie w RKK powstał pełnowymiarowy model statku, rozpoczęto prace nad rozplanowaniem wyposażenia.
W 2006 roku, zgodnie z wynikami konkursu, projekt został formalnie przesłany przez Roskosmos do rewizji, a następnie wstrzymany z powodu zakończenia konkursu. Na początku 2009 roku RSC Energia wygrała konkurs na opracowanie bardziej wszechstronnego statku PPTS-PTKNP („Rus”).
„Parom” – holownik międzyoczodołowy wielokrotnego użytku, projektowany w RSC Energia od 2000 roku, który ma zastąpić jednorazowy statek transportowy typu Progress.
„Prom” powinien wznieść się z niskiej orbity referencyjnej (200 km) na orbitę ISS (350,3 km) – stosunkowo proste, z minimalnym wyposażeniem, wystrzeliwane w kosmos za pomocą Sojuz lub Proton i przewożące odpowiednio od 4 do 13 ton ładunku. "Farom" posiada dwie stacje dokujące: jedną do kontenera, drugą do cumowania do ISS. Po umieszczeniu kontenera na orbicie prom, dzięki swojemu układowi napędowemu, schodzi do niego, dokuje z nim i podnosi go na ISS. A po rozładowaniu kontenera Parom opuszcza go na niższą orbitę, gdzie samoczynnie się oddokuje i zwalnia (ma też małe silniki), aby wypalić się w atmosferze. Holownik będzie musiał poczekać na nowy kontener do późniejszego holowania na ISS. I tyle razy. Parom tankuje paliwo z kontenerów i będąc na służbie w ramach ISS, w razie potrzeby przechodzi konserwację zapobiegawczą. Kontener będzie mógł wynieść na orbitę niemal każdy krajowy lub zagraniczny przewoźnik.

Rosyjski koncern kosmiczny Energia planował wypuścić w kosmos pierwszy międzyorbitalny holownik typu Parom w 2009 roku, jednak od 2006 roku nie ma oficjalnych zapowiedzi i publikacji na temat rozwoju tego projektu.

Zarya - wielozadaniowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku, opracowany przez RSC Energia w latach 1986-1989, którego produkcja nigdy nie została uruchomiona ze względu na ograniczenie finansowania programów kosmicznych.
Ogólny układ statku jest podobny do statków z serii Sojuz.
Główną różnicę w stosunku do istniejących statków kosmicznych można nazwać metodą pionowego lądowania z wykorzystaniem silników odrzutowych napędzanych naftą jako paliwem i nadtlenkiem wodoru jako utleniaczem (ta kombinacja została wybrana ze względu na niską toksyczność składników i produktów spalania). Na obwodzie modułu umieszczono 24 silniki desantowe, dysze skierowane były pod kątem do bocznej ściany okrętu.
W początkowej fazie zniżania planowano przeprowadzić hamowanie na skutek hamowania aerodynamicznego do prędkości ok. 50-100 m/s, następnie uruchomiono silniki lądowania, resztę prędkości planowano wygaszenie przez odkształcalne amortyzatory statku i siedzeń załogi.
Wystrzelenie na orbitę miało się odbyć za pomocą zmodernizowanej rakiety Zenit.

Statek kosmiczny Zarya.
Średnica statku miała wynosić 4,1 m, długość 5 m. -270 dni.

Podzieliłem się z Wami informacjami, które "odkopałem" i usystematyzowałem. Jednocześnie wcale nie zubożał i jest gotów dzielić się dalej, przynajmniej dwa razy w tygodniu. Jeśli znajdziesz w artykule błędy lub nieścisłości, daj nam znać. Będę bardzo wdzięczny.

Brak powiązanych postów.

Uwagi

Recenzje (10) dotyczące rozwoju zaawansowanych statków kosmicznych zatrzymały się w połowie.”

E-mail: [e-mail chroniony]
Kołpakow Anatolij Pietrowicz
Podróż na MARS
Zawartość
1. Streszczenie
2. Lewitator statku kosmicznego
3. SE - statyczne źródło energii dla elektrowni
4. Loty na Marsa
5. Zostań na Marsie

adnotacja
Statki kosmiczne odrzutowe (RSC) są mało przydatne podczas długich podróży w kosmos. Potrzebują dużej ilości paliwa, która stanowi dużą część masy RKK. RKK posiadają bardzo małą sekcję przyspieszenia z pokonywaniem nadmiernego przeciążenia oraz bardzo dużą sekcję ruchu w stanie nieważkości. Przyspieszają dopiero do 3 kosmicznej prędkości 14,3 km/s. To zdecydowanie za mało. Z taką prędkością można polecieć na Marsa (150 mln km), niczym rzucony kamień, w zaledwie 120 dni. Ponadto RKK musi mieć również elektrownię do wytwarzania energii elektrycznej potrzebnej do zaspokojenia wszystkich potrzeb tego statku. Ta elektrownia również wymaga paliwa i utleniacza, ale innego rodzaju. Po raz pierwszy na świecie oferuję dwa ważne urządzenia: polilewitator i SE - energoid statyczny. Polilewitator to niewspierany ruch, a SE to elektrownia. Oba te urządzenia wykorzystują nowe, nieznane wcześniej zasady działania. Nie potrzebują paliwa, ponieważ korzystają ze Źródła Mocy, które odkryłem. Źródłem sił jest eter Wszechświata. Polilewitator (lewitator - dalej) jest w stanie przez długi czas tworzyć swobodną siłę o dowolnej wielkości. Ma napędzać statek kosmiczny, a energoid ma napędzać generator energii elektrycznej na potrzeby statku kosmicznego. Marsjański lewitator (MLK) zdolny do lotu na Marsa w 2,86 dnia. Jednocześnie przez całą drogę wykonuje tylko aktywny lot. W pierwszej połowie drogi przyspiesza z przyspieszeniem równym +9,8 m/s2, a w drugiej połowie zwalnia z opóźnieniem równym - 9,8 m/s2. Tym samym podróż na Marsa okazuje się krótka i komfortowa (bez przeciążeń i nieważkości) dla załogi MLK. MLC ma dużą pojemność, dzięki czemu jest wyposażony we wszystko, czego potrzebujesz. W celu dostarczenia energii elektrycznej jest zasilany przez SWW - elektrownię energoidową, w skład której wchodzi energoid i generator energii elektrycznej. Na Marsa będą wysyłane MLK o różnym przeznaczeniu: naukowej, towarowej i turystycznej. Naukowcy zostaną wyposażeni w niezbędne instrumenty i sprzęt do badania tej planety. Sprowadzą tam również naukowców. Cargo MLK dostarczy na Marsa różne maszyny i mechanizmy niezbędne do tworzenia konstrukcji budowlanych o różnym przeznaczeniu, a także do wydobywania surowców przydatnych dla ziemskiej cywilizacji. Turystyczne MLK będą dostarczać turystów i latać nad Marsem, aby zapoznać się z widokami tej planety. Oprócz wykorzystania MLK do różnych celów planowane jest wykorzystanie dwumiejscowego samolotu LEWITATORA DLAA, który posłuży do: mapowania powierzchni Marsa, montażu konstrukcji budowlanych, pobierania próbek gleby marsjańskiej, sterowania platformami wiertniczymi i innych . Będą również wykorzystywane do zdalnego sterowania marsjańskimi pojazdami, zgarniaczami, buldożerami, koparkami podczas budowy konstrukcji na Marsie oraz do wielu innych celów. Przestrzeń stanowi ogromne zagrożenie dla ludzi poruszających się w niej na statkach kosmicznych. To niebezpieczeństwo w postaci promieniowania gamma i rentgenowskiego pochodzi ze Słońca. Szkodliwe promieniowanie również pochodzi z Kosmosu. Do pewnej wysokości nad Ziemią ochronę zapewnia ziemskie pole magnetyczne, ale dalszy ruch staje się niebezpieczny. Jeśli jednak użyjesz magnetycznego cienia Ziemi, możesz uniknąć tego niebezpieczeństwa. Mars ma bardzo małą atmosferę i w ogóle nie posiada pola magnetycznego, które mogłoby niezawodnie chronić przebywających tam ludzi przed szkodliwym działaniem promieni gamma i rentgenowskich emitowanych ze Słońca, a także szkodliwym promieniowaniem kosmosu. Aby przywrócić pole magnetyczne Marsa, proponuję najpierw wyposażyć go w atmosferę. Można to zrobić, zamieniając znajdujące się na nim materiały stałe w gazy. Będzie to wymagało dużej ilości energii, ale to nie jest duży problem. Może być produkowany przez EPS, prefabrykowany w fabrykach na Ziemi, a następnie dostarczany na Marsa transportowymi MLC. W obecności atmosfery musi być taka, aby mogła wytwarzać i gromadzić elektryczność statyczną, która po osiągnięciu pewnej granicy powinna powodować samorozładowanie w postaci błyskawicy. Błyskawica namagnesuje jądro Marsa i wytworzy pole magnetyczne planety, które ochroni całe życie na nim przed szkodliwym promieniowaniem.

Lewitator dla turystyki kosmicznej
Dla turystyki kosmicznej dostępne jest prawie wszystko, brakuje tylko bezpodporowego śmigła. Jest to takie proste, tanie i absolutnie bezpieczne, wysoce wydajne samonośne śmigło do statku kosmicznego, które wynalazłem i przetestowałem już empirycznie zasadę jego działania. Dałem mu imię lewitator. Po raz pierwszy na świecie lewitator jest w stanie generować siłę (trakcję) dowolnej wielkości bez użycia paliwa. Aby zapewnić ruch, lewitator wykorzystuje nieznane wcześniej zasady. Nie wymaga energii, lewitator zamiast źródła energii korzysta z odkrytego przeze mnie źródła sił, które jest wszechobecne na Ziemi i w kosmosie. Takim źródłem sił jest eter Wszechświata, mało znany nauce. Dokonałem 60 odkryć naukowych dotyczących właściwości eteru Wszechświata, jeszcze nie chronionych dokumentami bezpieczeństwa. Wszystko, co musisz wiedzieć o eterze Wszechświata, jest już całkowicie znane, ale na razie tylko dla mnie. Eter wcale nie jest taki, jak przedstawia go nauka. Statek kosmiczny wyposażony w lewitator jest w stanie latać w kosmosie z dowolną prędkością, na dowolnej wysokości, na dowolną odległość, bez zauważalnych przeciążeń i nieważkości. Ponadto może zawisnąć nad dowolnym obiektem kosmicznym: Ziemią, Księżycem, Marsem, kulą ognia, kometą tak długo, jak chcesz i wylądować na ich powierzchniach w odpowiednich miejscach. Lewitator może wychodzić na otwartą przestrzeń setki tysięcy razy i wracać bez zauważalnych przeciążeń i nieważkości. Może wykonywać aktywny lot tak długo, jak mu się podoba, to znaczy może poruszać się w przestrzeni ze stale działającym ciągiem. Jest w stanie wytworzyć przyspieszenie statku kosmicznego, zwykle równe ziemskiemu, tj. 10 m/s2, w obecności ludzi na pokładzie i osiągania prędkości wielokrotnie większych niż prędkość światła. „Zakazy” SRT – szczególna teoria względności A. Einsteina nie dotyczą ruchu niepodpartego. Najwyraźniej pierwszą kosmiczną trasą turystyczną będzie przelot wokół Ziemi lewitatorem z kilkudziesięcioma turystami na pokładzie w bliskiej przestrzeni na wysokości 50-100 km, gdzie nie ma kosmicznych „śmieci”.
Krótko: jaka jest istota? Zgodnie z mechaniką klasyczną, w otwartych układach mechanicznych siła wypadkowa wszystkich działających sił nie jest równa zeru. Paradoksalnie, aby wytworzyć tę siłę, energia dowolnego nośnika energii nie jest zużywana. Taki otwarty system mechaniczny jest lewitatorem. Lewitator tworzy wypadkową siłę, która jest pchnięciem lewitatora. Nie stosuje prawa zachowania energii. Tym samym mechanika otwartych układów mechanicznych okazuje się bezkosztowa – bezpłatna, a to jest niezwykle ważne. Lewitator to proste urządzenie - multi-link. Na jego ogniwa działają siły inicjowane siłą odkształcenia sprężyn talerzowych lub pary śrub. Ich wypadkową siłą jest trakcja. Lewitator może wytworzyć ciąg o dowolnej wielkości, na przykład 250 kN.

Jednocześnie lądowanie obiecujących statków powinno odbywać się również na terytorium Rosji, obecnie statek kosmiczny Sojuz startuje z Bajkonuru i ląduje również na terytorium Kazachstanu.

SE - statyczne źródło energii dla elektrowni
Zrobiłem wynalazek silnika, któremu nadałem nazwę - energoid. Co więcej, taki energoid, w którym ogniwa nie poruszają się regularnie względem siebie, dlatego nazywa się go statycznym. A ponieważ ogniwa nie mają ruchu względnego, nie ulegają zużyciu w parach kinematycznych. Innymi słowy, mogą pracować tak długo, jak chcą – na zawsze. Energyoid statyczny (SE) jest po prostu multilink. On, będąc urządzeniem zamkniętym wewnątrz wirnika, jest mechanicznym silnikiem rotacyjnym. W końcu wynaleziono Energyoid statyczny - mechaniczny silnik obrotowy. Na jedno z jego ogniw nakładana jest siła za pomocą bardzo sztywnych, zdeformowanych sprężyn dzwonowych lub pary śrub. Siły są rozdzielone na wszystkie ogniwa SE. Siły działają na wszystkie ogniwa, ich moduły przechodzą transformacje od ogniwa do ogniwa i tworzą momenty z wynikowym momentem projektowym. Energyoid statyczny (SE) jest urządzeniem wielofunkcyjnym. Pełni jednocześnie rolę wysokowydajnego: 1 - źródła darmowej energii mechanicznej; 2 - silnik mechaniczny; 3 - automatyczna bezstopniowa skrzynia biegów z dowolnym dużym zakresem przełożeń; 4 - bez zużycia hamulca dynamicznego (rekuperator energii). SE może prowadzić dowolne maszyny mobilne i stacjonarne. SE można zaprojektować na dowolną moc do 150 tys. kW. SE ma prędkość WOM - wał odbioru mocy (wirnik) do 10 tysięcy na minutę, optymalne przełożenie to 4-5 (zakres przełożeń). SE ma zasób ciągłej pracy równy nieskończoności. Ponieważ części ES nie wykonują ruchu względnego z dużymi lub małymi prędkościami liniowymi lub kątowymi i dlatego nie zużywają się w parach kinematycznych. Działaniu energoidu statycznego, w przeciwieństwie do wszystkich istniejących silników cieplnych, nie towarzyszy realizacja żadnego procesu roboczego (spalanie węglowodorów, rozszczepienie lub synteza substancji radioaktywnych itp.). SE, w celu ustawienia i sterowania mocą, jest wyposażony w najprostsze urządzenie - nacisk, który tworzy dwa równe w modułach, ale przeciwnie skierowane momenty. Gdy w jego urządzeniu jest ustawiony ogranicznik (otwarty układ mechaniczny), powstaje moment wynikowy. Zgodnie z twierdzeniem o ruchu środka bezwładności mechaniki klasycznej moment ten może mieć wartość różną od zera. Reprezentuje moment obrotowy SE. FE, oprócz zatrzymania, jest wyposażony w nawet proste urządzenie ARC-KM - automatyczny regulator częstotliwości i momentu obrotowego, który automatycznie dostosowuje moment obrotowy FE do momentu oporu obciążenia. Podczas pracy SE nie wymaga żadnej konserwacji. Koszt jego eksploatacji jest zredukowany do zera. Używając SE do napędu maszyn mobilnych lub stacjonarnych, zastępuje: silnik i automatyczną skrzynię biegów. SC nie wymaga paliwa i dlatego nie zawiera szkodliwych gazów. Ponadto SE ma najlepszą wydajność wspólnej pracy z dowolną maszyną mobilną lub stacjonarną. Oprócz wszystkiego SE ma proste urządzenie i zasadę działania.
Wykonałem już obliczenia SC dla całego standardowego zakresu mocy: od 3,75 kW do 150 tys. kW. Czyli np. przy mocy 3,75 kW ogniwo słoneczne ma średnicę 0,24 m i długość 0,12 m, a przy maksymalnej mocy 150 tys. kW ogniwo słoneczne ma średnicę 1,75 m i długość 0,85 m. Oznacza to, że SE ma najmniejsze wymiary spośród wszystkich znanych obecnie elektrowni. Dlatego jego moc właściwa jest dużą wartością, sięgającą 100 kW na każdy kilogram własnej masy. SE to najbezpieczniejsza i najbardziej wydajna elektrownia. SE najprawdopodobniej zostanie wykorzystany w energetyce. Na jej podstawie powstaną EES - elektrownie o charakterze energetycznym, w tym ogniwa słoneczne i dowolny generator energii elektrycznej. EPS będzie w stanie uratować ludzkość przed strachem przed nieuchronną śmiercią z powodu rosnącego braku energii. SE całkowicie i na zawsze rozwiąże problem energetyczny, bez względu na to, jak progresywnie rośnie zapotrzebowanie na energię nie tylko w Federacji Rosyjskiej, ale także dla całej ludzkości i związany z tym problem środowiskowy - pozbycie się szkodliwych emisji podczas wytwarzania energii . Posiadam również: „Podstawy teorii SE” oraz „Teorię idealnej charakterystyki prędkości zewnętrznej SE”, które pozwalają obliczyć optymalne parametry SE zarówno dla dowolnej mocy znamionowej, jak i charakterystykę prędkości jego wspólnej pracy z dowolna maszyna z nim zagregowana. Zasada działania SE została już przeze mnie zweryfikowana empirycznie. Uzyskane wyniki w pełni potwierdzają „Podstawy teorii energoidy statycznej (SE)”. Posiadam know-how (jeszcze nie opatentowane wynalazki, głównie z powodu braku funduszy) na energię słoneczną i EPS. SE opierają się na moim fundamentalnym odkryciu naukowym nowego, wcześniej nieznanego źródła energii, jakim jest mało zbadany eter Wszechświata, a także 60 moich stosowanych odkryć naukowych dotyczących jego właściwości fizycznych, które łącznie określają zasadę działania energoid statyczny, aw konsekwencji EES. Ściśle mówiąc, eter Wszechświata nie jest źródłem energii. On jest źródłem siły. Jego siły wprawiają w ruch całą materię wszechświata iw ten sposób wyposażają ją w energię mechaniczną. Dlatego to źródło można nazwać tylko warunkowym wszechobecnym źródłem na Ziemi iw Kosmosie, źródłem darmowej energii mechanicznej tylko z zastrzeżeniem. Ponieważ jednak nie ma w nim energii, dlatego okazuje się, że jest niejako niewyczerpanym źródłem energii. Nawiasem mówiąc, według moich odkryć cała materia Wszechświata jest zanurzona w tym eterze (jest to wciąż nieznane nauce akademickiej). Dlatego to eter Wszechświata jest wszechobecnym źródłem sił (warunkowym źródłem energii). Należy zwrócić szczególną uwagę na fakt, że państwo kieruje wszystkie wysiłki i sprawiedliwą część środków na poszukiwanie niewyczerpanego źródła energii. Jednak teraz znalazłem takie źródło, być może ku jego wielkiemu zaskoczeniu. Takie źródło, jak już wspomniano powyżej, okazało się nie być źródłem energii, ale źródłem sił, eterem Wszechświata. Eter Wszechświata jest jedynym konwencjonalnym, wszechobecnym źródłem darmowej energii mechanicznej, najwygodniejszym do praktycznego wykorzystania w przyrodzie (we Wszechświecie). Wszystkie znane źródła energii są tylko pośrednikami w pozyskiwaniu energii z eteru Wszechświata, z której można zrezygnować. Dlatego państwa muszą natychmiast zaprzestać finansowania poszukiwań nowych źródeł energii, aby uniknąć marnowania środków.
Krótko: na czym polega istota moich odkryć naukowych? Podstawą mechaniki wszystkich znanych technologii są tak zwane zamknięte układy mechaniczne, w których wynikowy moment jest równy zeru. Aby odróżnić go od zera, trzeba było doskonalić się w tworzeniu specjalnych urządzeń (silniki, turbiny, reaktory) i jednocześnie zużywać jakiś nośnik energii. Tylko w takich przypadkach w zamkniętych układach mechanicznych możliwe było uzyskanie innego niż zerowy momentu wynikowego (momentu obrotowego). Dlatego mechanika zamkniętych układów mechanicznych okazuje się kosztowna. Ale to z kolei okazało się obarczone, jak wiadomo, dużymi nakładami środków finansowych na pozyskiwanie energii wszystkimi obecnie istniejącymi metodami. Zasada działania energoidy statycznej (SE) opiera się na innej mechanice - mało znanej części mechaniki klasycznej, tzw. niezamkniętych (otwartych) układach mechanicznych. W tych specjalnych układach moment wynikający ze wszystkich działających sił nie jest równy zeru. Ale stworzenie tego momentu paradoksalnie nie zużywa energii żadnego nośnika energii. Takim otwartym systemem mechanicznym jest SE. Można to zrozumieć z następującego przykładu. SE tworzy moment wynikowy, który jest momentem obrotowym. Dlatego SE z tego powodu w szczególności okazuje się wiecznym mechanicznym silnikiem obrotowym. Z tego staje się jasne, że w otwartych (niezamkniętych) układach mechanicznych nie przestrzega się prawa zachowania energii. Tym samym mechanika otwartych układów mechanicznych okazuje się bezkosztowa – bezpłatna, a to jest niezwykle ważne. Tłumaczy się to przede wszystkim tym, że w SE, ze względu na swoją specyfikę, ze względu na źródło sił działają tylko siły, a nie źródło energii.
SE to proste urządzenie. Na jego połączenia wpływają, jak wskazano powyżej, siły i momenty wywołane siłą odkształcenia sprężyn Belleville lub pary śrub. Ich wynikowy moment obrotowy to moment obrotowy, a w szczególności SE zamienia się w silnik obrotowy. Najbardziej uderzające jest to, że to proste urządzenie nie mogło zostać wynalezione przez setki tysięcy wynalazców przez prawie trzy stulecia. Tylko dlatego, że wynalazcy dokonywali swoich wynalazków z reguły bez uzasadnienia teoretycznego. Trwa to do dziś. Przykładem tego są liczne próby wynalezienia tzw. "perpetuum mobile". SE jest perpetuum mobile, ale ma znaczące różnice w stosunku do osławionej „perpetuum mobile” i jest od niej znacznie lepsza. SE ma proste urządzenie i zasadę działania. Nie ma żadnego przepływu pracy. Posiada zasób ciągłej pracy równy nieskończoności. Nie korzysta ze źródła energii, ale korzysta ze źródła zasilania. Jednocześnie jest to automatyczna bezstopniowa skrzynia biegów. Ma niezwykle wysoką moc właściwą, sięgającą 100 kW na każdy kilogram własnej masy. I tak dalej, jak już szczegółowo opisano powyżej. Tym samym SE pod każdym względem okazuje się przewyższać wszystkie istniejące elektrownie: silniki, turbiny i reaktory jądrowe, tj. SE w rzeczywistości okazuje się nie silnikiem, ale idealną elektrownią. Zasada działania SE została już przeze mnie zweryfikowana empirycznie. Uzyskano wynik pozytywny, który jest w pełni zgodny z „Podstawami teorii SE”. W razie potrzeby udzielę dowodów demonstrując model działania SEE – elektrowni typu energetyka, a co za tym idzie ESS, który zostanie przeze mnie opracowany zgodnie z wymaganiami technicznymi uzgodnionymi z Agencją Kosmiczną. Jeżeli Agencja Kosmiczna jest zainteresowana nabyciem know-how SE i EES, przedstawię Procedurę Sprzedaży Know-How. Dodatkowo Agencja Kosmiczna otrzyma: 1 – SE know-how; 2 - Podstawy teorii SE; 3 - Teoria idealnej charakterystyki prędkości zewnętrznej SE; 4 - aktualna próbka SWW - elektrownia energetyczna; 5 - rysunki do tego.

Loty do Mars
Przestrzeń stanowi ogromne zagrożenie dla ludzi poruszających się w niej na statkach kosmicznych. To niebezpieczeństwo w postaci promieniowania gamma i rentgenowskiego pochodzi ze Słońca. Szkodliwe promieniowanie również pochodzi z Kosmosu. Do pewnej wysokości nad Ziemią (do 24 000 kilometrów) ochronę zapewnia pole magnetyczne Ziemi, ale dalszy ruch staje się niebezpieczny. Jeśli jednak użyjesz magnetycznego cienia Ziemi, możesz uniknąć tego niebezpieczeństwa. Cień magnetyczny Ziemi nie zawsze pokrywa Marsa. Pojawia się tylko przy bardzo wyraźnym wzajemnym rozmieszczeniu tych planet w kosmosie, ale ponieważ Mars i Ziemia nieustannie poruszają się po różnych orbitach, jest to niezwykle rzadki przypadek. Aby uniknąć tej zależności, konieczne jest użycie innych środków. Możesz użyć "kosmicznego plastiku", całkowicie metalowej powłoki statku kosmicznego, a także ochrony magnetycznej w postaci magnesu toroidalnego i innych środków ochrony, prawdopodobnie z powodzeniem wynalezionych z czasem.
Mars ma bardzo małą atmosferę i wydaje się, że w ogóle nie ma pola magnetycznego, które mogłoby niezawodnie chronić przebywających tam ludzi przed szkodliwym działaniem promieni gamma i rentgenowskich emitowanych ze Słońca, a także szkodliwym promieniowaniem kosmosu. Aby przywrócić pole magnetyczne Marsa, proponuję najpierw wyposażyć go w atmosferę. Można to zrobić, przekształcając odpowiednie materiały stałe w gazy. Będzie to wymagało dużej ilości energii, ale to nie jest problem. Może być produkowany przez EPS produkowany w fabrykach na Ziemi, a następnie dostarczany na Marsa za pomocą MLK. W obecności atmosfery atmosfera ta musi być taka, aby mogła wytwarzać i gromadzić elektryczność statyczną, która po osiągnięciu pewnej granicy powinna powodować samorozładowanie w postaci błyskawicy. Ten proces musi być ciągły. Piorun przez długi czas namagnesuje jądro Marsa i wytworzy pole magnetyczne planety, które ochroni ją przed szkodliwym promieniowaniem. Na obecność jądra świadczą dowody na istnienie atmosfery i rozwiniętej cywilizacji podobnej do tej, która kiedyś istniała na tej planecie.
Aby wykonać lot na Marsa iz powrotem, niezbędny jest statek kosmiczny lewitator z ochroną przed szkodliwym promieniowaniem pochodzącym z kosmosu. Już powyżej wskazano, że taki statek kosmiczny, w pełni załadowany, będzie miał masę 100 ton. Skład w pełni załadowanego statku kosmicznego z lewitatorem marsjańskim (MLK) powinien obejmować: 1 - statek kosmiczny z lewitatorem; 2 - główne i rezerwowe polilewitatory, w tym 60 lewitatorów, z których każdy z osobna jest w stanie wytworzyć maksymalną siłę ciągu równą 20 ton; 3 - trzy EPS - elektrownie energopodobne (jedna pracująca i dwie rezerwowe), z których każda ma moc znamionową 100 kW i napięcie znamionowe trójfazowe 400 V, w tym ESS i prądnicę trójfazową asynchroniczną; 4 - trzy systemy (jeden roboczy i dwa zapasowe) zapewniające standardową atmosferę: w przedziale kontroli lotów MLK, w przedziale rekreacyjnym, w przedziale wypoczynkowym, w przedziale kawiarnio-restauracyjnym, w przedziale kontrolnym dla wszystkich MLK systemy; 5 - magazyn żywności z rezerwą polegającą na dostarczeniu żywności dla 12 osób w ciągu 3-4 miesięcy; 6 - przechowywanie pojemników z wodą pitną na 25 metrów sześciennych; 7 - magazyn dla dwóch podwójnych lewitatorów (DLLA); 8 - laboratorium do określania właściwości fizycznych i składu chemicznego gleby marsjańskiej, minerałów i wszelkiego rodzaju płynów, które przypuszczalnie można znaleźć na Marsie; 9 - dwie platformy wiertnicze; 10 - dwa teleskopy do śledzenia Marsa podczas ruchu w jego kierunku lub śledzenia Ziemi podczas ruchu w jego kierunku. Wszystkie przedziały MLK wyposażone są w sprzęt radiowy, wideo i komputery.
Oczywiste jest, że sterowanie lotem MLK powinno odbywać się automatycznie przez specjalnie dostarczony program - autopilot, a rolą pilotów powinno być tylko jego precyzyjne wykonanie. Piloci powinni przejąć ręczne sterowanie lotem MLK tylko w przypadku awarii w programie autopilota, a także podczas startu, lotów nad planetami Mars i Ziemia oraz podczas lądowania na ich powierzchni, tj. w taki sam sposób, w jaki odbywa się kontrola liniowców w przestrzeni powietrznej Ziemi. W skład załogi MLK wchodzą: 2 pilotów, którzy jednocześnie kontrolują jego lot oraz 10 specjalistów. Wśród specjalistów powinno być dwóch pilotów rezerwowych, a pozostali inżynierowie zajmujący się konserwacją całego sprzętu, zarówno MLK, jak i reszty wyżej wymienionego sprzętu. Dodatkowo każdy członek załogi musi posiadać co najmniej 2 specjalizacje. Jest to konieczne, aby wspólnie mogli rozwiązywać wszelkie problemy związane z pozyskiwaniem surowców w przypadku znalezienia na Marsie minerałów lub czegoś innego i wydobywać wodę, tlen, dwutlenek węgla, inne przydatne płyny i gazy, a także metale, jeśli zechcą. znaleźć się na Marsie w formie związanej. W ten sposób będą mogli w pewnym stopniu przynajmniej częściowo pozbyć się uzależnienia od ziemskich zasobów.
Podczas lotu na Marsa w kosmosie pojawia się problem określenia prędkości ruchu. Jej informacje są bardzo ważne. Bez tego nie będzie możliwe dokładne obliczenie dotarcia do miejsca docelowego trasy. Te urządzenia, które są używane w samolotach latających w przestrzeni powietrznej Ziemi, są całkowicie nieodpowiednie dla statków powietrznych poruszających się w kosmosie. Ponieważ w Kosmosie nie ma nic, co mogłoby określić tę prędkość. Biorąc jednak pod uwagę, że prędkość ostatecznie zależy od przyspieszenia MLK, więc tę zależność należy wykorzystać do stworzenia prędkościomierza statku kosmicznego. Prędkościomierz powinien być integralnym urządzeniem, które powinno uwzględniać zarówno wielkość przyspieszeń MLK, jak i ich czas trwania podczas całego lotu statku kosmicznego i na ich podstawie podawać ostateczną prędkość ruchu w dowolnym momencie.
Polilewitator jest w stanie wytworzyć niezbędną siłę ciągu MLK, dzięki czemu będzie wykonywał cały czas aktywny lot, czyli przyspieszony lub spowolniony ruch, a tym samym uchroni cały personel przed szkodliwą nieważkością i nadmiernymi przeciążeniami. Pierwsza połowa podróży w kosmosie na Marsa będzie w przyspieszonym tempie, a druga połowa w zwolnionym tempie. Teoretycznie pozwoli to na dotarcie na Marsa z zerową prędkością. W praktyce podejście do jego powierzchni będzie odbywać się z dość określoną, ale małą prędkością. Ale w każdym razie pozwoli to na bezpieczne lądowanie na jego powierzchni w odpowiednim miejscu.
Znając odległość do Marsa i przyspieszenie ruchu MLK, łatwo obliczyć zarówno czas trwania ruchu, aby pokonać drogę z Ziemi na Marsa (lub odwrotnie, z Marsa na Ziemię), jak i maksymalną prędkość ruchu . W zależności od względnego położenia Ziemi i Marsa w przestrzeni kosmicznej zmienia się odległość między nimi. Jeśli znajdują się po tej samej stronie Słońca, odległość staje się minimalna i wynosi 150 milionów kilometrów, a jeśli znajdują się po różnych stronach, odległość staje się największa i wynosi 450 milionów kilometrów. Ale to tylko szczególne przypadki, które zdarzają się niezwykle rzadko. Przy każdym locie na Marsa trzeba będzie doprecyzować odległość do niego – zażądano tego od odpowiednich właściwych organów.
Przy jednostajnym przyspieszeniu w pierwszej połowie ścieżki i równie wolnym w drugiej połowie ścieżki MLK, czas podróży na Marsa okazuje się inny. Obliczenia przy odległości do Marsa równej 150 mln kilometrów okazuje się, że jest to tylko 2,86 dnia, a przy odległości 450 mln kilometrów okazuje się, że jest to już 4,96 dnia. W pierwszej połowie drogi MLK przyspiesza z bezpiecznym przyspieszeniem równym ziemskiemu, a w drugiej połowie hamuje z bezpiecznym opóźnieniem równym przyspieszeniu Ziemi podczas lotu z Ziemi na Marsa lub odwrotnie, z Marsa na Ziemię. Tak długie przyśpieszenia i opóźnienia pozwalają wyeliminować nadmierne przeciążenia załogi i odbyć podróż z Ziemi na Marsa lub w przeciwnym kierunku w komfortowych warunkach.
Tak więc, przy minimalnej odległości między Ziemią a Marsem równej 150 milionów kilometrów, MLK pokonuje ją w 2,86 ziemskich dni. Rozpędzając się na środku drogi do prędkości 4,36 mln kilometrów na godzinę (1212,44 km/s). Z maksymalną odległością między Ziemią a Marsem równą 450 milionów kilometrów, MLK pokonuje ją w 4,96 ziemskich dni. Przyspieszenie w połowie drogi do prędkości 7,56 miliona kilometrów na godzinę (2100 km/s). Szczególną uwagę należy zwrócić na fakt, że tak wspaniałych wyników nie można uzyskać za pomocą nowoczesnych statków kosmicznych odrzutowych. Wskazuje, że z pomocą odrzutowego statku kosmicznego przewidziana jest podróż na Marsa w minimalnej odległości od niego w ciągu 120 ziemskich dni. W takim przypadku konieczne będzie doświadczenie niewygodnej nieważkości. Z pomocą MLK podróż potrwa tylko 2,86 dnia, czyli 42 razy szybciej, ale towarzyszyć jej będą komfortowe warunki równoważne tym na ziemi (bez przeciążeń i nieważkości), gdyż przy przyspieszeniu równym ziemskiego na MLK, a co za tym idzie jego załoga będzie działać z siłą bezwładności równą sile grawitacji Ziemi. Oznacza to, że każdy członek załogi doświadczy działającej na niego siły bezwładności równej sile ciężaru na Ziemi.
Należy pamiętać, że w momencie, gdy MLK opuszcza Ziemię i porusza się w kierunku Marsa, może wydawać się iluzoryczne, że Ziemia będzie na dole, a Mars na górze. To wrażenie jest podobne do tego, jakby człowiek poruszał się w windzie wielopiętrowego budynku. Co więcej, niewygodne będzie patrzenie na Marsa z podniesioną głową. Dlatego konieczne będzie zapewnienie systemu luster umieszczonych pod kątem 450 w przedziałach, z których będzie obserwowany Mars. Wszystkie te środki w równym stopniu okażą się odpowiednie do obserwacji Ziemi w drodze powrotnej – z Marsa na Ziemię. Dlatego, aby nie pomylić się z wyborem kierunku poruszania się na nim, należy wyruszyć w kierunku Marsa dopiero w nocy, kiedy będzie on widoczny na niebie. W takim przypadku konieczne jest zastosowanie takiej pory nocnej, kiedy będzie ona obserwowana blisko położenia zenitu. Kabina pilota musi znajdować się przed MLC, a jej podstawa (podłoga) musi mieć możliwość obrotu o 90 stopni. Jest to konieczne, aby podczas lotów nad powierzchniami ciał niebieskich zajmował pozycję poziomą, a podczas ruchów w przestrzeni był prostopadły do ​​osi podłużnej MLC, to znaczy jest obrócony o 90 stopni względem tej osi.

Zostań na Marsie
Pierwszy MLK, który poleciał na Marsa, nie wyląduje od razu na jego powierzchni. Początkowo wykona kilka lotów rozpoznawczych Marsa na wysokości dogodnej do obserwacji jego powierzchni, aby wybrać najbardziej odpowiednie miejsce lądowania. MLK nie musi osiągać pierwszej marsjańskiej prędkości kosmicznej, aby znaleźć się na eliptycznej orbicie wokół Marsa. Taka orbita nie jest potrzebna. MLK może zawisnąć na dowolnej wysokości lub poruszać się wokół Marsa na tej wysokości tyle razy, ile potrzeba. O wszystkim decyduje jedynie ustalenie siły naporu polilewitatora, która w tym przypadku okazuje się siłą nośną o ściśle określonej składowej siły ruchu poziomego przy dowolnej prędkości. Siły te można łatwo ustawić, regulując polilewitator. Po ustaleniu w ten sposób odpowiedniego miejsca, MLK w końcu wyląduje na powierzchni Marsa. Od tego momentu MLK staje się budynkiem mieszkalnym i biurem dla swojego personelu, który podczas lotu MLK był jego załogą.
Do badania i badania reliefu Marsa, a także do eksploracji przydatnych zasobów, wstępnie stworzonych i w pełni wyposażonych we wszystko, co niezbędne na Ziemi, przeznaczony jest DLLA - dwumiejscowy samolot lewitator. Za pomocą DLLA możliwe będzie stworzenie w możliwie najkrótszym czasie, w szczególności szczegółowej mapy fizycznej Marsa. Co najwyraźniej będzie najwyższym priorytetem dla pierwszej drużyny, która przybędzie. W tym celu, zgodnie z harmonogramem, 2 DLLA będą latać regularnie po dedykowanych trasach i wykonywać tę pracę. W każdym DLLA mapa będzie wyświetlana zgodnie z programem opracowanym wcześniej na Ziemi. Aby to zrobić, DLLA będzie miał niezbędny sprzęt. DLLA jest w stanie poruszać się z różnymi prędkościami, w tym z dużymi prędkościami, co pozwoli na eksplorację Marsa z dużą szybkością i w jak najkrótszym czasie. Załogi DLLA muszą pracować w skafandrach kosmicznych wyposażonych w pojemniki z niezbędnym zapasem powietrza (tlenu) do oddychania dwóch osób przez co najmniej 4-5 godzin. Ze względu na niewystarczająco komfortowe warunki czas pracy załogi DLLA wyniesie najprawdopodobniej około 1-2 godzin. Następnie, biorąc pod uwagę zgromadzone doświadczenie, zostaną określone godziny pracy operatorów.
Ponieważ Mars ma nieznaczną atmosferę i wydaje się, że w ogóle nie ma pola magnetycznego, pozostawanie na nim jest równie niebezpieczne, jak na otwartej przestrzeni. Dlatego konieczne jest przede wszystkim zapewnienie mu atmosfery, najlepiej podobnej do ziemskiej, oraz rehabilitacja pola magnetycznego. Jednak do tego konieczne jest pozostanie na tej planecie dla dużej liczby ludzi i sprzętu. Dla nich. Należy stosować zarówno środki ochrony osobistej, jak i środki ochrony zbiorowej. W wystarczającym stopniu, przy 100% wyniku, jest to niemożliwe, więc pobyt każdej osoby na Marsie powinien być krótkotrwały. Przede wszystkim należy wybrać takie osoby, które są całkowicie odporne na promieniowanie. Wypadek w elektrowni jądrowej w Czarnobylu ujawnił takie zdolności u niektórych osób. Jednak jest bardzo niewiele osób z takimi umiejętnościami i nie ma możliwości ich przetestowania. Dla dużych grup specjalistów środkiem ochrony mogą być bazy z osłonami przed promieniowaniem elektrostatycznym, schrony podziemne. Biokombinezony (Bio-Suit), cienkie folie aluminiowe, a także specjalne trwałe folie natryskiwane na ciało mogą być używane jako środki ochrony osobistej. Jednak oczy, dłonie i stopy należy chronić oddzielnie. Poruszanie się po Marsie w większości przypadków powinno odbywać się za pomocą DLLA wyposażonego w magnesy toroidalne, które chronią załogę przed szkodliwym promieniowaniem. Będąc w magnesie toroidalnym DLLA załoga może zdalnie sterować różnymi maszynami i mechanizmami pracującymi na zewnątrz. To całkowicie wyklucza wyjście załogi z DLLA i wyklucza narażenie załogi na promieniowanie. Po zakończeniu pracy DLLA wraca do schronu.
Operatorzy MLT i DLLA będą zdalnie sterować montażem konstrukcji budowlanych, platform wiertniczych i innych maszyn marsjańskich: samochodów, zgarniaczy, spycharek, koparek. W razie potrzeby maszyny te zostaną dostarczone na Marsa transportowymi MLT. MLT i DLLA mogą być używane jako dźwigi. Ponadto pierwsze mają dużą ładowność - do 100 ton (przy włączonym drugim polilewitatorze rezerwowym), a drugie - o małej ładowności - do 5 ton (przy włączonym również polilewitatorze rezerwowym). ).
Najwyraźniej wszystkie prace na Marsie będą organizowane rotacyjnie. Miałoby to sens z różnych punktów widzenia. Po pierwsze, wiele pojawiających się problemów będzie musiało zostać rozwiązanych przez duży zespół. Zespół ten może liczyć kilkaset, a później kilka tysięcy osób. Dlatego konieczne będzie przyciągnięcie dodatkowego kontyngentu brakujących specjalistów. Po drugie, konieczne będzie dodatkowe dostarczenie brakującego sprzętu na Marsa, w którym pojawi się potrzeba trudna do przewidzenia od pierwszego razu. Po trzecie, specjaliści, którzy pracowali na Marsie, potrzebują odpoczynku. Po czwarte, część prac będzie wykonywała duża liczba specjalistów na Ziemi, więc prace te muszą być skoordynowane ze specjalistami pracującymi na Marsie. Po piąte, wymagane będzie dostarczenie na Ziemię surowców wydobywanych na Marsie. Po szóste, konieczne jest wysyłanie coraz większej liczby nowych MLK z ludźmi na Marsa w celu zasiedlenia rozwiniętych terytoriów i za ich pomocą rozwijania dodatkowych terytoriów. Po siódme, nie ma wątpliwości, że na Marsie zostaną odkryte zasoby przydatne dla Ziemi, przede wszystkim będą to rzadkie minerały, które trzeba będzie wydobyć i dostarczyć na Marsa niezbędny sprzęt. W związku z tym zaistnieje potrzeba stworzenia towarowych MLC wyposażonych w urządzenia dźwigowe zdolne do pracy w warunkach marsjańskich, które podobnie jak pasażerskie MLC mogą przebywać na Marsie w określonych obszarach i obciążone minerałami lub innymi zasobami przydatnymi dla Ziemian je na Ziemię.
Mars jest zasadniczo nieciekawą, martwą pustynią na całej swojej powierzchni, która wkrótce znudzi każdego, kto tu był. Dlatego po zapoznaniu się z nielicznymi zabytkami, wszyscy, którzy tu przybyli, powinni mieć porządny wypoczynek i odpocząć w bezpiecznych miejscach po całym dniu pracy. Najbezpieczniejszymi miejscami, zwłaszcza na początku, mogą być różnego rodzaju lochy. Na terenach górskich pod ziemią należy stopniowo tworzyć całe miasta. Z różnymi dobrze zaprojektowanymi: centrami rozrywki, obiektami sportowymi, budynkami mieszkalnymi tworzącymi całe ulice ze sklepami, urzędami, różnymi instytucjami, instytucjami kultury i placówkami medycznymi - centrami medycznymi, przychodniami, szpitalami i nie tylko. Ponieważ dzieje się na Ziemi. A także na Ziemi z kinami, bibliotekami, kwietnikami, ozdobnymi i owocowymi bonsai, fontannami, alejkami, chodnikami, dwukierunkowymi drogami, po których będzie poruszał się transport lewitatorów, czyli coś w rodzaju ziemskich samochodów. Jeśli na Marsie nie ma gleby, to można ją pożyczyć na Ziemi. Podziemne miasta powinny obejmować nie tylko obszary mieszkalne, ale także przemysłowe na obraz i podobieństwo ziemi. Należy zapewnić wystarczającą przestrzeń, aby bezskrzydłe jednomiejscowe i wielomiejscowe samoloty lewitujące mogły latać na małej wysokości. Podziemne miasta powinny być wyposażone w wodociągi, kanały powietrzne i kanalizację. Ciśnienie powietrza powinno być zbliżone do atmosferycznego, skład powietrza podobny do składu ziemi. Liczne wejścia do lochów miast powinny mieć specjalne śluzy, które wykluczają wyciek powietrza z tych miast, gdy ludzie ubrani w kombinezony ochronne wchodzą i wychodzą na zewnątrz. Trzeba stworzyć niezbędną infrastrukturę miejską, aby Marsjanie mogli pracować na powierzchni, a czas wolny i rekreację spędzać pod ziemią. Oznacza to, że przez większość czasu mieszka się pod ziemią bez skafandrów kosmicznych. Podobno jeśli na Marsie istnieje lub istniała cywilizacja, to wkrótce zostanie odkryta lub zostaną odkryte jej ślady. Podobno te ślady będą przede wszystkim pod ziemią. Oznacza to, że na pewnej głębokości planety Mars. Należy założyć, że jedno z wejść do podziemnego miasta, jeśli oczywiście tam jest, wskazuje „Marsjański Sfinks”.
MLK posiada szeroki wachlarz możliwości. Poza lotami na dowolną odległość, rolą mieszkaniową i biurową, może pełnić funkcję stacji kosmicznej, będąc na dowolnej dużej lub małej wysokości od powierzchni planety w trybie zawisu. W szczególności może być również używany, jak wspomniano powyżej, jako dźwig podczas wznoszenia wieżowców o dowolnej wysokości, zarówno na Marsie, jak i na dowolnej innej planecie, takiej jak Ziemia, lub jej naturalnym satelicie, takim jak Księżyc. Co więcej, należy zauważyć, że nie wymaga to, aby planeta miała powietrze lub inny gaz, ponieważ polilewitator MLK nie potrzebuje żadnego wsparcia. Nawiasem mówiąc, aby zapewnić stabilną łączność radiową z Ziemią, wdrożyć telewizję i przekazywać dużą ilość informacji, konieczne będzie zbudowanie ażurowej lekkiej metalowej (stalowej) anteny o wysokości kilkuset, a może nawet tysięcy metrów, wśród pierwszych na Marsie. Z pomocą MLK będzie to całkiem możliwe. Ponadto taka antena może być produkowana w ziemskim zakładzie budowy maszyn oraz w postaci prefabrykowanych kształtowników. Następnie została dostarczona ładunkiem MLK na Marsa i tam zamontowana. Następnie w dolną część tej anteny można wstawić blok, w tym części pomieszczeń z różnymi urządzeniami podobnymi do ziemi. Jedyną różnicą będzie to, że dodatkowe wyposażenie będzie zawierało: EES o wymaganej pojemności; system, który tworzy standardową atmosferę; zmodernizowany system klimatyzacji; lodówka zapas żywności. Znajduje się tu również magazyn produktów spożywczych, wymagających specjalnych środków do ich długoterminowej konserwacji. A także magazyny do przechowywania specjalnego sprzętu i ewentualnie czegoś innego, co zostanie wyjaśnione później.
Coraz więcej MLK pozostanie na Marsie, zwiększając populację ludzi na tej planecie. Zasadniczo zajmą się wydobyciem rzadkich minerałów na Ziemi, metali i być może czegoś innego. Ponadto turystyka marsjańska będzie się szeroko rozwijała, ponieważ wielu Ziemian marzy o odwiedzeniu tej planety. Co więcej, taka podróż do MLK będzie tańsza niż podróż odrzutowym statkiem kosmicznym o kilka rzędów wielkości (około 3-4 rzędy wielkości). Na Marsie odkryto dwie rzeźby stworzone przez rzekomo inteligentne istoty. Jedna rzeźba została odkryta dawno temu, tzw. "Marsjańskie Swinki", a druga to także rzeźba głowy humanoidalnego stworzenia. Na Marsie są góry i doliny, a na biegunach pokryte kurzem czapy śnieżne. Wszystko to zainteresuje turystów. Z biegiem czasu podobno na Marsie pojawią się nowe interesujące dla turystów atrakcje. Nie trzeba dodawać, że będą one znajdować się między nimi w dużych odległościach. Jednak nie będzie to stanowić problemu dla turystów, aby je odwiedzić. Turystyczne MLK są w stanie poruszać się bardzo szybko. Dlatego loty na duże odległości zajmą niewiele czasu.
Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że ze względu na liczne zastosowania różnych typów MLK: pasażerskie, towarowe i turystyczne loty na Marsa i z powrotem będą bardzo częste, zwłaszcza gdy ta planeta jest wyposażona w atmosferę, pole magnetyczne i podziemne miasta. Oznacza to, że będzie niezawodnie chroniony przed promieniowaniem słonecznym i szkodliwym promieniowaniem z kosmosu. Podobno przynajmniej jedna wyprawa statkiem kosmicznym na tydzień. A ponieważ osadnictwo na tej planecie trwa co roku, loty na Marsa będą jeszcze częstsze.

Układ słoneczny od dawna nie był przedmiotem szczególnego zainteresowania pisarzy science fiction. Ale, co zaskakujące, nasze „rodzime” planety nie dają wielu naukowcom inspiracji, chociaż nie zostały jeszcze praktycznie zbadane.

Ledwo wycinając okno w kosmos, ludzkość rozdziera się na nieznane odległości, i to nie tylko w snach, jak dawniej.
Siergiej Korolew również obiecał wkrótce polecieć w kosmos „na bilecie związkowym”, ale to zdanie ma już pół wieku, a kosmiczna odyseja to wciąż los elity - zbyt droga. Jednak dwa lata temu HACA uruchomiła wspaniały projekt 100-letni statek kosmiczny, która polega na stopniowym i długofalowym tworzeniu podstaw naukowych i technicznych dla lotów kosmicznych.

Ten bezprecedensowy program powinien przyciągnąć naukowców, inżynierów i pasjonatów z całego świata. Jeśli wszystko się powiedzie, za 100 lat ludzkość będzie mogła zbudować statek międzygwiezdny, a my będziemy poruszać się po Układzie Słonecznym jak tramwaje.

Więc jakie są problemy, które należy rozwiązać, aby lot gwiezdny stał się rzeczywistością?

CZAS I PRĘDKOŚĆ SĄ WZGLĘDNE

Choć może się to wydawać dziwne, astronomia pojazdów automatycznych wydaje się niektórym naukowcom prawie rozwiązanym problemem. I to pomimo tego, że nie ma absolutnie żadnego sensu wypuszczanie automatów w gwiazdy z obecnymi prędkościami ślimaków (ok. 17 km/s) i innym prymitywnym (jak na tak nieznane drogi) sprzętem.

Teraz amerykańskie statki kosmiczne Pioneer 10 i Voyager 1 opuściły Układ Słoneczny, nie ma już z nimi żadnego związku. Pioneer 10 zmierza w kierunku gwiazdy Aldebaran. Jeśli nic mu się nie stanie, dotrze w okolice tej gwiazdy... za 2 miliony lat. W ten sam sposób pełzają po przestrzeniach Wszechświata i innych urządzeń.

Tak więc, niezależnie od tego, czy statek nadaje się do zamieszkania, czy nie, aby latać do gwiazd, potrzebuje dużej prędkości zbliżonej do prędkości światła. Pomoże to jednak rozwiązać problem latania tylko do najbliższych gwiazd.

„Nawet gdybyśmy zbudowali statek gwiezdny, który mógłby latać z prędkością bliską prędkości światła”, napisał K. Feoktistow, „czas podróży tylko w naszej Galaktyce będzie liczony w tysiącleciach i dziesiątkach tysiącleci, ponieważ jego średnica wynosi około 100 000 lat świetlnych. Ale na Ziemi w tym czasie minie znacznie więcej.

Zgodnie z teorią względności przebieg czasu w dwóch poruszających się względem siebie układach jest inny. Ponieważ na dużych odległościach statek będzie miał czas na rozwinięcie prędkości bardzo zbliżonej do prędkości światła, różnica czasu na Ziemi i na statku będzie szczególnie duża.

Zakłada się, że pierwszym celem lotów międzygwiezdnych będzie alfa Centauri (układ trzech gwiazd) – najbliżej nas. Z prędkością światła można tam lecieć za 4,5 roku, na Ziemi w tym czasie minie dziesięć lat. Ale im większa odległość, tym większa różnica w czasie.

Pamiętasz słynną Mgławicę Andromedy Iwana Efremowa? Tam lot mierzy się latami i ziemskimi. Co najmniej piękna historia. Jednak ta upragniona mgławica (a dokładniej galaktyka Andromedy) znajduje się w odległości 2,5 miliona lat świetlnych od nas.

Według niektórych obliczeń podróż astronautów potrwa ponad 60 lat (według godzin międzygwiezdnych), ale na Ziemi minie cała era. Jak kosmiczni „neandertalczycy” spotkają się z ich odległymi potomkami? I czy Ziemia w ogóle będzie żywa? Oznacza to, że zwrot jest w zasadzie bez znaczenia. Jednak podobnie jak sam lot: musimy pamiętać, że widzimy galaktykę Andromedy taką, jaka była 2,5 miliona lat temu – tyle jej światła dociera do nas. Jaki jest sens latania do nieznanego celu, który być może nie istniał od dawna, w każdym razie w swojej poprzedniej formie i dawnym miejscu?

Oznacza to, że nawet loty z prędkością światła są uzasadnione tylko do stosunkowo bliskich gwiazd. Jednak pojazdy lecące z prędkością światła, jak na razie żyją tylko w teorii przypominającej science fiction, jednak naukowej.

STATEK ROZMIARÓW PLANETY

Naturalnie przede wszystkim naukowcy wpadli na pomysł wykorzystania najwydajniejszej reakcji termojądrowej w silniku okrętu – co już częściowo opanowali (do celów wojskowych). Jednak w przypadku podróży w obie strony z prędkością zbliżoną do światła, nawet przy idealnej konstrukcji systemu, wymagany jest stosunek masy początkowej do masy końcowej wynoszący co najmniej 10 do trzydziestej mocy. Oznacza to, że statek kosmiczny będzie wyglądał jak ogromny pociąg z paliwem wielkości małej planety. Nie da się wystrzelić takiego kolosa w kosmos z Ziemi. Tak, i zbieraj na orbicie - też nie bez powodu naukowcy nie dyskutują o tej opcji.

Bardzo popularny jest pomysł silnika fotonowego wykorzystującego zasadę anihilacji materii.

Anihilacja to przekształcenie cząstki i antycząstki podczas ich zderzenia w dowolne inne cząstki, które różnią się od pierwotnych. Najbardziej badana jest anihilacja elektronu i pozytonu, który generuje fotony, których energia będzie poruszała statek kosmiczny. Obliczenia amerykańskich fizyków Ronana Keane'a i Wei-minga Zhanga pokazują, że w oparciu o nowoczesne technologie możliwe jest stworzenie silnika anihilacyjnego zdolnego do przyspieszenia statku kosmicznego do 70% prędkości światła.

Jednak zaczynają się kolejne problemy. Niestety używanie antymaterii jako paliwa rakietowego jest bardzo trudne. Podczas anihilacji pojawiają się błyski najsilniejszego promieniowania gamma, które są szkodliwe dla astronautów. Ponadto kontakt paliwa pozytonowego ze statkiem jest obarczony śmiertelną eksplozją. Wreszcie, nie ma jeszcze technologii pozwalających uzyskać wystarczającą ilość antymaterii i przechowywać ją przez długi czas: na przykład atom antywodoru „żyje” teraz krócej niż 20 minut, a wyprodukowanie miligrama pozytonów kosztuje 25 milionów dolarów.

Załóżmy jednak, że z czasem te problemy można rozwiązać. Jednak nadal będzie potrzebne dużo paliwa, a początkowa masa statku fotonowego będzie porównywalna z masą Księżyca (według Konstantina Feoktistowa).

Złamał żagiel!

Za najpopularniejszy i najbardziej realistyczny statek kosmiczny uważa się dziś żaglówkę słoneczną, której pomysł należy do radzieckiego naukowca Friedricha Zandera.

Żagiel słoneczny (światło, foton) to urządzenie, które wykorzystuje ciśnienie światła słonecznego lub lasera na powierzchni lustra do napędzania statku kosmicznego.
W 1985 roku amerykański fizyk Robert Forward zaproponował projekt międzygwiezdnej sondy przyspieszanej energią mikrofalową. Projekt przewidywał, że sonda dotrze do najbliższych gwiazd za 21 lat.

Na XXXVI Międzynarodowym Kongresie Astronomicznym zaproponowano projekt laserowego statku kosmicznego, którego ruch zapewnia energia laserów optycznych znajdujących się na orbicie wokół Merkurego. Według obliczeń droga statku tego projektu do gwiazdy Epsilon Eridani (10,8 lat świetlnych) iz powrotem zajęłaby 51 lat.

„Mało prawdopodobne, abyśmy byli w stanie poczynić znaczące postępy w zrozumieniu świata, w którym żyjemy, na podstawie danych uzyskanych z podróży po naszym Układzie Słonecznym. Oczywiście myśl zwraca się ku gwiazdom. Wszak wcześniej zrozumiano, że loty dookoła Ziemi, loty na inne planety naszego Układu Słonecznego nie są celem ostatecznym. Utorowanie drogi do gwiazd wydawało się być głównym zadaniem.

Te słowa nie należą do pisarza science fiction, ale do projektanta statku kosmicznego i kosmonauty Konstantina Feoktistowa. Według naukowca nie zostanie znalezione nic szczególnie nowego w Układzie Słonecznym. I to pomimo tego, że człowiek do tej pory latał tylko na Księżyc…

Jednak poza Układem Słonecznym ciśnienie światła słonecznego zbliża się do zera. Dlatego istnieje projekt przyspieszenia słonecznej żaglówki za pomocą systemów laserowych z jakiejś asteroidy.

To wszystko jest jeszcze teorią, ale pierwsze kroki są już podejmowane.

W 1993 roku, w ramach projektu Znamya-2, na rosyjskim statku Progress M-15 wdrożono po raz pierwszy 20-metrowy żagiel słoneczny. Podczas dokowania Progressa do stacji Mir, jego załoga zainstalowała na pokładzie Progressa jednostkę rozmieszczania reflektorów. W rezultacie reflektor utworzył jasną plamę o szerokości 5 km, która przeszła przez Europę do Rosji z prędkością 8 km/s. Plama światła miała jasność z grubsza równoważną jasności księżyca w pełni.

Zaletą żaglówki solarnej jest więc brak paliwa na pokładzie, wadą jest podatność konstrukcji żagla: w rzeczywistości jest to cienka folia naciągnięta na ramę. Gdzie jest gwarancja, że ​​po drodze żagiel nie będzie dziurawy od cząstek kosmicznych?

Wersja żaglowa może być odpowiednia do uruchamiania zrobotyzowanych sond, stacji i statków towarowych, ale nie nadaje się do załogowych lotów powrotnych. Istnieją inne konstrukcje statków kosmicznych, ale w jakiś sposób przypominają powyższe (z tymi samymi ogromnymi problemami).

NIESPODZIANKI W MIĘDZYGWIAZDOWEJ PRZESTRZENI

Wygląda na to, że na podróżników we wszechświecie czeka wiele niespodzianek. Na przykład, po prostu wychylając się z Układu Słonecznego, amerykańskie urządzenie Pioneer 10 zaczęło doświadczać siły nieznanego pochodzenia, powodującej słabe hamowanie. Pojawiło się wiele sugestii, aż do nieznanych jeszcze skutków bezwładności, a nawet czasu. Nadal nie ma jednoznacznego wyjaśnienia tego zjawiska, rozważane są różne hipotezy: od prostych technicznych (na przykład siła reaktywna z wycieku gazu w aparacie) po wprowadzenie nowych praw fizycznych.

Inny statek kosmiczny, Voyager 1, wykrył obszar o silnym polu magnetycznym na krawędzi Układu Słonecznego. W nim ciśnienie naładowanych cząstek z przestrzeni międzygwiazdowej powoduje pogrubienie pola wytworzonego przez Słońce. Urządzenie zarejestrowano również:

• wzrost liczby elektronów wysokoenergetycznych (około 100 razy), które przenikają do Układu Słonecznego z przestrzeni międzygwiazdowej;
• gwałtowny wzrost poziomu galaktycznych promieni kosmicznych - wysokoenergetycznych naładowanych cząstek pochodzenia międzygwiazdowego.

A to tylko kropla w morzu! Jednak nawet to, co dziś wiadomo o oceanie międzygwiezdnym, wystarczy, aby podważyć samą możliwość surfowania po wszechświecie.

Przestrzeń między gwiazdami nie jest pusta. Wszędzie są resztki gazu, pyłu, cząstek. Podczas próby poruszania się z prędkością bliską prędkości światła, każdy zderzający się ze statkiem atom będzie jak cząsteczka wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego. Poziom twardego promieniowania podczas takiego bombardowania wzrośnie niedopuszczalnie nawet podczas lotów do najbliższych gwiazd.

A mechaniczne uderzenie cząstek przy takich prędkościach będzie porównywane do wybuchowych pocisków. Według niektórych obliczeń, każdy centymetr ekranu ochronnego statku byłby stale wystrzeliwany z prędkością 12 strzałów na minutę. Oczywiste jest, że żaden ekran nie wytrzyma takiej ekspozycji przez kilka lat lotu. Lub będzie musiał mieć niedopuszczalną grubość (dziesiątki i setki metrów) i masę (setki tysięcy ton).

Właściwie wtedy statek kosmiczny będzie składał się głównie z tego ekranu i paliwa, co będzie wymagało kilku milionów ton. Ze względu na te okoliczności loty z takimi prędkościami są niemożliwe, tym bardziej, że po drodze można natknąć się nie tylko na pył, ale także na coś większego, czy też zostać uwięzionym w nieznanym polu grawitacyjnym. A potem znowu nieunikniona jest śmierć. Tak więc nawet jeśli możliwe jest przyspieszenie statku kosmicznego do prędkości podświetlnej, to nie osiągnie on ostatecznego celu - na jego drodze będzie zbyt wiele przeszkód. Dlatego loty międzygwiezdne można wykonywać tylko przy znacznie niższych prędkościach. Ale wtedy czynnik czasu sprawia, że ​​te loty są bez znaczenia.

Okazuje się, że nie da się rozwiązać problemu transportu ciał materialnych na odległości galaktyczne z prędkością bliską prędkości światła. Nie ma sensu przedzierać się przez przestrzeń i czas za pomocą mechanicznej struktury.

OTWÓR kreta

Science fiction, próbując przezwyciężyć nieubłagany czas, wymyśliło sposób „wygryzania dziur” w przestrzeni (i czasie) i „składania” go. Wymyślili różne skoki nadprzestrzenne z jednego punktu przestrzeni do drugiego, omijając obszary pośrednie. Teraz naukowcy dołączyli do pisarzy science fiction.

Fizycy zaczęli szukać ekstremalnych stanów materii i egzotycznych luk we wszechświecie, w których można poruszać się z prędkością ponadświetlną, wbrew teorii względności Einsteina.

Tak narodził się pomysł tunelu czasoprzestrzennego. Ta nora łączy dwie części Wszechświata jak wyrzeźbiony tunel łączący dwa miasta oddzielone wysoką górą. Niestety tunele czasoprzestrzenne są możliwe tylko w absolutnej próżni. W naszym wszechświecie te nory są niezwykle niestabilne: mogą po prostu zapaść się, zanim dotrze tam statek kosmiczny.

Jednak do stworzenia stabilnych tuneli czasoprzestrzennych można wykorzystać efekt odkryty przez Holendra Hendrika Casimira. Polega na wzajemnym przyciąganiu przewodzących ciał nienaładowanych pod działaniem oscylacji kwantowych w próżni. Okazuje się, że próżnia nie jest całkowicie pusta, występują fluktuacje pola grawitacyjnego, w którym spontanicznie pojawiają się i znikają cząstki i mikroskopijne tunele czasoprzestrzenne.

Pozostaje tylko znaleźć jedną z dziur i rozciągnąć ją, umieszczając ją między dwiema nadprzewodnikowymi kulkami. Jedno ujście tunelu pozostanie na Ziemi, drugie zostanie przeniesione przez statek kosmiczny z prędkością bliską światłu do gwiazdy - obiektu końcowego. Oznacza to, że statek kosmiczny niejako przebije się przez tunel. Gdy statek kosmiczny dotrze do celu, tunel czasoprzestrzenny otworzy się na prawdziwą błyskawiczną podróż międzygwiezdną, której czas trwania zostanie obliczony w minutach.

BAŃKA WYPACZOWA

Podobny do teorii krzywizny bańki tuneli czasoprzestrzennych. W 1994 roku meksykański fizyk Miguel Alcubierre przeprowadził obliczenia według równań Einsteina i odkrył teoretyczną możliwość deformacji fal kontinuum przestrzennego. W takim przypadku przestrzeń zmniejszy się przed statkiem kosmicznym i jednocześnie rozszerzy się za nim. Statek kosmiczny niejako jest umieszczony w bańce krzywizny, zdolnej do poruszania się z nieograniczoną prędkością. Geniusz tego pomysłu polega na tym, że statek kosmiczny spoczywa w bańce krzywizny, a prawa teorii względności nie są naruszane. Jednocześnie sama bańka krzywizny porusza się, lokalnie zniekształcając czasoprzestrzeń.

Pomimo niemożności poruszania się szybciej niż światło, nic nie stoi na przeszkodzie, aby przestrzeń poruszała się lub rozprzestrzeniała zakrzywienie czasoprzestrzeni szybciej niż światło, co, jak się uważa, miało miejsce natychmiast po Wielkim Wybuchu w czasie formowania się Wszechświata.

Wszystkie te pomysły nie mieszczą się jeszcze w ramach współczesnej nauki, ale w 2012 roku przedstawiciele NASA ogłosili przygotowanie eksperymentalnego testu teorii dr Alcubierre. Kto wie, może teoria względności Einsteina stanie się kiedyś częścią nowej teorii globalnej. W końcu proces uczenia się nie ma końca. Tak więc pewnego dnia będziemy mogli przebić się przez ciernie do gwiazd.

Irina GROMOVA

Co się stało? Dużo rzeczy, w tym wojna w Wietnamie, afera Watergate itp. Ale jeśli spojrzysz na korzeń i pozbędziesz się wszystkiego, co tymczasowe i nieistotne, okazuje się, że jest tak naprawdę jeden powód: pieniądze.

Czasami zapominamy, że podróże kosmiczne są bardzo drogie. Umieszczenie zaledwie jednego funta czegokolwiek na orbicie Ziemi kosztuje 10 000 dolarów. Wyobraź sobie posąg Johna Glenna z litego złota naturalnej wielkości, a dowiesz się, ile kosztują takie projekty. Lot na Księżyc wymagałby około 100 000 dolarów za funt ładunku. A lot na Marsa kosztowałby 1 milion dolarów za funt (mniej więcej tyle co diamenty).

Następnie, w latach 60., kwestia ceny praktycznie nie była brana pod uwagę: wszystko przesłaniał ogólny entuzjazm i wzrost kosmicznego wyścigu z Rosjanami. Spektakularne osiągnięcia odważnych astronautów ukryły koszty lotów kosmicznych, zwłaszcza że obie strony były gotowe dołożyć wszelkich starań, aby utrzymać honor narodowy. Ale nawet supermocarstwa nie mogą udźwignąć takiego ciężaru przez wiele dziesięcioleci.

To wszystko jest smutne! Od czasu, gdy Sir Isaac Newton po raz pierwszy spisał prawa ruchu, minęło ponad 300 lat, a my wciąż jesteśmy w niewoli prostych obliczeń. Aby wyrzucić obiekt na niską orbitę okołoziemską, należy go przyspieszyć do prędkości 7,9 km/s. Aby wysłać obiekt w podróż międzyplanetarną i wyrwać go z pola grawitacyjnego Ziemi, trzeba nadać mu prędkość 11,2 km/s (A żeby osiągnąć tę magiczną liczbę – 11,2 km/s, musimy skorzystać z trzeciego prawa Newtona dynamika: każda akcja Oznacza to, że rakieta może przyspieszyć, wyrzucając gorące gazy w przeciwnym kierunku, podobnie jak balon leci po pokoju, jeśli go nadmuchasz i zwolnisz zawór.) Tak więc nie jest trudno obliczyć koszt podróży kosmicznych zgodnie z prawami Newtona. Nie istnieje żadne prawo natury (ani fizyczne, ani inżynieryjne), które zabraniałoby nam eksploracji Układu Słonecznego; wszystko zależy od kosztów.

Ale to nie wystarczy. Rakieta musi przewozić paliwo, co znacznie zwiększa jej ładunek. Samoloty mogą do pewnego stopnia obejść ten problem, pobierając tlen z atmosfery i wprowadzając go do silników. Ale w kosmosie nie ma powietrza, a rakieta musi nieść ze sobą cały swój tlen i wodór.

Oprócz tego, że podróże kosmiczne są bardzo drogie, fakt ten jest głównym powodem, dla którego nie mamy plecaków odrzutowych i latających samochodów. Pisarze fikcji (ale nie-naukowcy) lubią malować dzień, w którym wszyscy wkładamy plecaki odrzutowe i lecimy do pracy – lub jedziemy na niedzielny piknik w latającym samochodzie rodziny. Ludzie często frustrują się na futurystów, ponieważ ich przewidywania nigdy się nie sprawdzają. (Dlatego jest tak wiele artykułów i książek o cynicznych tytułach, takich jak „Gdzie jest mój plecak odrzutowy?”.) Ale aby zrozumieć powód, wystarczy prosta kalkulacja. Istnieją pakiety rakietowe; co więcej, hitlerowcy próbowali je nawet wykorzystać podczas II wojny światowej. Ale nadtlenek wodoru, zwykłe paliwo w takich przypadkach, szybko się kończy, tak że przeciętny lot na paczce rakietowej trwa tylko kilka minut. Podobnie latające samochody ze śmigłami helikoptera spalają przerażającą ilość paliwa, co czyni je zbyt drogimi dla przeciętnego człowieka.

Koniec programu księżycowego

Wygórowane ceny podróży kosmicznych są powodem, dla którego przyszłość załogowych podróży kosmicznych wydaje się obecnie tak niepewna. George W. Bush jako prezydent przedstawił w 2004 roku jasny, ale raczej ambitny plan programu kosmicznego. Po pierwsze, prom kosmiczny miał przejść na emeryturę w 2010 roku i zostać zastąpiony przez nowy system rakietowy o nazwie Constellation do 2015 roku. Po drugie, do 2020 roku miał wrócić na Księżyc i ostatecznie założyć stałą bazę mieszkalną na satelicie naszej planety. Po trzecie, wszystko to miało utorować drogę do załogowego lotu na Marsa.

Jednak nawet od czasu przedstawienia planu Busha gospodarka kosmiczna zmieniła się znacząco, głównie dlatego, że Wielka Recesja zniszczyła portfel przyszłych podróży kosmicznych. Raport Komisji Augustyna, przedstawiony w 2009 r. prezydentowi Barackowi Obamie, stwierdza, że ​​przy dostępnym poziomie finansowania pierwotny program jest niewykonalny. W 2010 roku prezydent Obama podjął praktyczne kroki w celu zamknięcia zarówno programu promu kosmicznego, jak i opracowania zastępczego wahadłowca kosmicznego, który utorowałby drogę do powrotu na Księżyc. W niedalekiej przyszłości NASA, nie posiadając własnych rakiet do wysyłania naszych astronautów w kosmos, będzie zmuszona polegać na Rosjanach. Z drugiej strony sytuacja ta stymuluje wysiłki prywatnych firm w celu stworzenia rakiet niezbędnych do kontynuacji załogowego programu kosmicznego. NASA, porzuciwszy swoją chwalebną przeszłość, nigdy więcej nie zbuduje rakiet dla programu załogowego. Zwolennicy planu Obamy twierdzą, że oznacza to początek nowej ery eksploracji kosmosu, w której zwycięży prywatna inicjatywa. Krytycy twierdzą, że realizacja tego planu zmieni NASA w „agencję bez celu”.

Lądowanie na asteroidzie

Raport Komisji Augustyna zaproponował tak zwaną elastyczną ścieżkę, która obejmowała kilka dość skromnych celów, które nie wymagały szalonego zużycia paliwa rakietowego: na przykład podróż na pobliską asteroidę, która akurat przelatuje nad Ziemią, lub podróż na księżyce Marsa. Raport wskazuje, że docelowa asteroida może po prostu nie znajdować się jeszcze na naszych mapach: może to być nieznane ciało, które zostanie odkryte w najbliższej przyszłości.

Problem, jak wskazuje raport Komisji, polegał na tym, że paliwo do lądowania na Księżycu, a zwłaszcza na Marsie, a także do startu i powrotu, byłoby zaporowo drogie. Ale ponieważ pole grawitacyjne na asteroidzie i satelitach Marsa jest bardzo słabe, potrzeba będzie znacznie mniej paliwa. W raporcie Augustyna wspomniano także o możliwości odwiedzenia punktów Lagrange'a, czyli takich miejsc w kosmosie, gdzie przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Księżyca wzajemnie się znosi. (Całkiem możliwe, że te punkty służą jako kosmiczne wysypisko, na którym od czasów starożytnych gromadziły się wszystkie śmieci zebrane przez Układ Słoneczny i spadły w okolice Ziemi; astronauci mogli tam znaleźć ciekawe kamienie pochodzące z czasów powstania Ziemi - Układ księżycowy.)

Rzeczywiście, lądowanie na asteroidzie jest niedrogim zadaniem, ponieważ asteroidy mają wyjątkowo słabe pole grawitacyjne. (Jest to również powód, dla którego asteroidy zwykle nie są okrągłe, ale nieregularne. Wszystkie duże obiekty we wszechświecie - gwiazdy, planety i satelity - są okrągłe, ponieważ grawitacja przyciąga je równomiernie w kierunku środka. Każda nieregularność kształtu planety stopniowo się spłaszcza ale siła grawitacji działająca na asteroidę jest tak słaba, że ​​nie jest w stanie ścisnąć asteroidy w kulę).

Jednym z możliwych celów takiego lotu jest asteroida Apophis, która w 2029 roku powinna przelecieć niebezpiecznie blisko Ziemi. Ten głaz o średnicy około 300 metrów, wielkości dużego boiska do piłki nożnej, przejdzie tak blisko planety, że pozostawi na zewnątrz niektóre z naszych sztucznych satelitów. Od interakcji z naszą planetą orbita asteroidy zmieni się i jeśli nie będziesz miał szczęścia, w 2036 może ponownie powrócić na Ziemię; istnieje nawet niewielka szansa (1 na 100 000), że po powrocie uderzy w Ziemię. Gdyby tak się naprawdę stało, uderzenie byłoby równe 100 000 bomb z Hiroszimy; podczas gdy burze ogniowe, fale uderzeniowe i rozżarzone szczątki mogą całkowicie zdewastować obszar wielkości Francji. (Dla porównania: znacznie mniejszy obiekt, prawdopodobnie wielkości budynku mieszkalnego, spadł w rejonie syberyjskiej rzeki Podkamennaya Tunguska w 1908 roku i eksplodując siłą tysiąca bomb hiroszimskich strącił 2500 km 2 las.Fala uderzeniowa z tej eksplozji była odczuwalna w odległości kilku tysięcy kilometrów.Ponadto upadek stworzył niezwykły blask nieba nad Azją i Europą, tak że w Londynie w nocy można było czytać gazetę na ulicy. )

Wizyta w Apophis nie byłaby zbyt dużym obciążeniem dla budżetu NASA, ponieważ asteroida i tak musiałaby przelecieć, ale lądowanie na niej może być wyzwaniem. Ze względu na słabe pole grawitacyjne asteroidy statek nie będzie musiał na niej lądować w tradycyjnym sensie, a raczej zadokować. Ponadto obraca się nierównomiernie, więc przed lądowaniem konieczne będzie wykonanie dokładnych pomiarów wszystkich parametrów. Ogólnie rzecz biorąc, byłoby interesujące zobaczyć, jak solidna jest asteroida. Niektórzy naukowcy uważają, że może to być po prostu wiązka skał utrzymywana razem przez słabe pole grawitacyjne; inni uważają to za solidne. Pewnego dnia wiedza o gęstości asteroid może być niezbędna dla ludzkości; możliwe, że kiedyś będziemy musieli rozbić asteroidę na kawałki za pomocą broni jądrowej. Jeśli lecący w kosmosie kamienny blok, zamiast rozsypać się na proszek, rozpadnie się na kilka dużych kawałków, ich upadek na Ziemię może okazać się jeszcze groźniejszy niż upadek asteroidy jako całości. Może lepiej byłoby popchnąć asteroidę, aby nieznacznie zmieniła jej orbitę, zanim będzie mogła lecieć blisko Ziemi.

Lądowanie na księżycu Marsa

Chociaż Komisja Augustyna nie zaleciła załogowej misji na Marsa, wciąż mamy jeszcze jedną bardzo ciekawą możliwość – wysłanie astronautów na księżyce Marsa, Fobosa i Deimosa. Satelity te są znacznie mniejsze niż Księżyc Ziemi i dlatego, podobnie jak asteroidy, mają bardzo słabe pole grawitacyjne. Oprócz względnej taniości wizyta na satelicie Marsa ma kilka innych zalet:

1. Po pierwsze, satelity te mogą być używane jako tymczasowe stacje kosmiczne. Z nich można analizować planetę bez szczególnych kosztów bez schodzenia na jej powierzchnię.

2. Po drugie, pewnego dnia mogą się przydać jako etap pośredni wyprawy na Marsa. Z Fobosa do centrum Czerwonej Planety jest niecałe 10 000 km, więc stamtąd można przelecieć w dół w zaledwie kilka godzin.

3. Prawdopodobnie w tych satelitach znajdują się jaskinie, które można wykorzystać do zorganizowania stałej bazy mieszkalnej i ochrony jej przed meteorytami i promieniowaniem kosmicznym. W szczególności na Fobosie znajduje się ogromny krater Stickney; prawdopodobnie jest to ślad po uderzeniu ogromnego meteorytu, który prawie rozerwał satelitę. Stopniowo jednak grawitacja związała szczątki z powrotem i odbudowała satelitę. Być może po tej długotrwałej kolizji na Fobosie pozostało wiele jaskiń i pęknięć.

Powrót na Księżyc

Raport Augustine'a mówi również o nowej wyprawie na Księżyc, ale tylko pod warunkiem zwiększenia środków na programy kosmiczne i przeznaczenia na ten program co najmniej 30 miliardów dolarów dodatkowych dolarów w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Ponieważ jest to bardzo mało prawdopodobne, program księżycowy można zasadniczo uznać za zamknięty, przynajmniej na najbliższe lata.

Anulowany program księżycowy, zwany Constellation, zawierał kilka głównych elementów. Po pierwsze, pojazd nośny Ares V, pierwszy amerykański superciężki pojazd nośny od czasu wycofania Saturna na emeryturę na początku lat 70. XX wieku. Po drugie, ciężka rakieta Ares I i statek kosmiczny Orion, zdolny do przewożenia sześciu astronautów na stację kosmiczną w pobliżu Ziemi lub czterech na Księżyc. I wreszcie moduł lądowania „Altair”, który w rzeczywistości miał zejść na powierzchnię księżyca.

Konstrukcja wahadłowca, w którym statek był montowany na boku, miała kilka istotnych wad, w tym tendencję przewoźnika do gubienia kawałków pianki izolacyjnej podczas lotu. Dla statku kosmicznego Columbia okazało się to katastrofą: spłonął po powrocie na ziemię, zabierając ze sobą siedmiu odważnych astronautów - a wszystko dlatego, że podczas startu uderzył kawałek piankowej izolacji, który spadł z zewnętrznego zbiornika paliwa. krawędzi skrzydła i wybił w nim dziurę. Po ponownym wejściu do kadłuba Columbii wpadają gorące gazy, zabijając wszystkich w środku i powodując zawalenie się statku. W projekcie Constellation, w którym moduł mieszkalny miał być umieszczony bezpośrednio na szczycie rakiety, ten problem by się nie pojawił.

Prasa nazwała projekt Constellation „programem Apollo na sterydach” - bardzo przypominał program księżycowy z lat 70. XX wieku. Długość rakiety Ares I miała wynosić prawie 100 m wobec 112,5 m dla Saturn V. Założono, że ta rakieta wystrzeli w kosmos załogowy statek kosmiczny Oriona, zastępując w ten sposób przestarzałe wahadłowce. Aby uruchomić moduł Altair i dostarczyć paliwo do lotu na Księżyc, NASA zamierzała użyć rakiety Ares V o wysokości 118 m, zdolnej wynieść 188 ton ładunku na niską orbitę okołoziemską. Rakieta Ares V miała być podstawą każdej misji na Księżyc lub Marsa. (Chociaż prace nad Aresem zostały przerwane, byłoby miło zachować przynajmniej coś z programu do wykorzystania w przyszłości; mówi się o tym.)

Stała baza księżycowa

Zamykając program Constellation, prezydent Obama pozostawił kilka opcji otwartych. Statek kosmiczny Orion, który miał ponownie dostarczać amerykańskich astronautów na Księżyc iz powrotem, zaczął być uważany za pojazd ratunkowy dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Być może w przyszłości, gdy gospodarka wyjdzie z kryzysu, jakaś inna administracja będzie chciała wrócić do programu księżycowego, w tym projektu stworzenia bazy księżycowej.

Ustanowienie stałej bazy mieszkalnej na Księżycu nieuchronnie napotka wiele przeszkód. Pierwszy z nich to mikrometeoryty. Ponieważ na Księżycu nie ma powietrza, kamienie z nieba spadają na jego powierzchnię bez przeszkód. Łatwo to zweryfikować, po prostu patrząc na powierzchnię naszego satelity, całkowicie usianą śladami długotrwałych zderzeń z meteorytami; niektóre z nich mają miliardy lat.

Wiele lat temu, kiedy byłem studentem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, miałem okazję zobaczyć to niebezpieczeństwo na własne oczy. Sprowadzony przez astronautów na początku lat 70. XX wieku. gleba księżycowa zrobiła prawdziwą sensację w świecie naukowym. Zostałem zaproszony do laboratorium, gdzie pod mikroskopem przeanalizowano księżycową glebę. Na początku zobaczyłem kamień - wydawał mi się zupełnie zwykłym kamieniem (skały księżycowe są bardzo podobne do ziemskich), ale jak tylko spojrzałem przez mikroskop... byłem w szoku! Cała skała pokryta była maleńkimi kraterami meteorytowymi, wewnątrz których widoczne były jeszcze mniejsze kratery. Nigdy wcześniej czegoś takiego nie widziałem. Zdałem sobie sprawę, że w świecie pozbawionym atmosfery nawet najmniejszy pyłek, uderzający z prędkością ponad 60 000 km/h, może z łatwością zabić – a jeśli nie, to przebić skafander. (Naukowcy wyobrażają sobie ogromne zniszczenia spowodowane przez mikrometeoryty, ponieważ mogą symulować zderzenia z nimi. Ogromne armaty są dostępne w laboratoriach specjalnie do badania natury takich zderzeń, zdolne do wystrzeliwania metalowych kul z ogromną prędkością.)

Jednym z możliwych rozwiązań jest zbudowanie bazy księżycowej pod powierzchnią. Wiadomo, że w starożytności Księżyc był aktywny wulkanicznie, a astronauci mogą znaleźć rurę lawy, która schodzi głęboko pod ziemię. (Rury lawowe to ślady pradawnych strumieni lawy, które wygryzały struktury przypominające jaskinie i tunele w głębinach.) W 2009 roku astronomowie rzeczywiście odkryli na Księżycu rurę lawy wielkości drapacza chmur, która może służyć jako podstawa stałej bazy księżycowej .

Taka naturalna jaskinia mogłaby zapewnić astronautom tanią ochronę przed promieniami kosmicznymi i rozbłyskami słonecznymi. Nawet lecąc z jednego końca kontynentu na drugi (np. z Nowego Jorku do Los Angeles), jesteśmy narażeni na promieniowanie o poziomie około jednego milibara na godzinę (co odpowiada prześwietleniu u dentysty). ). Na Księżycu promieniowanie mogłoby być tak silne, że pomieszczenia mieszkalne bazy musiałyby być umieszczone głęboko pod powierzchnią. W warunkach, w których nie ma atmosfery, śmiertelny deszcz rozbłysków słonecznych i promieni kosmicznych narazi astronautów na bezpośrednie ryzyko przedwczesnego starzenia się, a nawet raka.

Problemem jest również nieważkość, zwłaszcza przez długi czas. W centrum szkoleniowym NASA w Cleveland w stanie Ohio przeprowadza się eksperymenty na astronautach. Kiedyś widziałem obiekt zawieszony w pozycji poziomej ze specjalną uprzężą biegnącą po pionowo zainstalowanej bieżni. Naukowcy próbowali określić wytrzymałość obiektu w stanie zerowej grawitacji.

Po rozmowie z lekarzami z NASA zdałem sobie sprawę, że nieważkość jest znacznie mniej nieszkodliwa, niż się wydaje na pierwszy rzut oka. Jeden z lekarzy wyjaśnił mi, że na przestrzeni kilkudziesięciu lat długotrwałe loty amerykańskich astronautów i rosyjskich kosmonautów w stanie nieważkości wyraźnie pokazały, że w ludzkim ciele zachodzą istotne zmiany w stanie nieważkości, degradacji tkanki mięśniowej, kości i układu krążenia. Nasze ciało jest wynikiem milionów lat rozwoju w polu grawitacyjnym Ziemi. W warunkach długotrwałej ekspozycji na słabsze pole grawitacyjne procesy biologiczne zawodzą.

Rosyjscy kosmonauci po około roku w stanie nieważkości wracają na ziemię tak słabi, że ledwo mogą się czołgać. W kosmosie, nawet przy codziennych ćwiczeniach, zanikają mięśnie, kości tracą wapń, a układ sercowo-naczyniowy słabnie. Po locie niektóre wymagają kilku miesięcy na regenerację, a niektóre zmiany mogą być nieodwracalne. Podróż na Marsa mogła zająć dwa lata, a astronauci przybyliby tak osłabieni, że nie mogliby pracować. (Jednym z rozwiązań tego problemu jest rozkręcenie statku międzyplanetarnego, tworząc w nim sztuczną grawitację. Mechanizm tutaj jest taki sam, jak gdy wiadro obraca się na linie, kiedy woda nie wylewa się z niego nawet do góry nogami jest to jednak bardzo kosztowne, ponieważ utrzymanie rotacji wymagałoby ciężkich i nieporęcznych maszyn, a każdy kilogram dodatkowego ciężaru oznacza wzrost kosztów projektu o 10 000 USD).

woda na księżycu

Jedno z ostatnich odkryć może poważnie zmienić warunki gry na Księżycu: na Księżycu odkryto pradawny lód, prawdopodobnie będący pozostałością po długotrwałych zderzeniach z kometami. W 2009 roku sonda księżycowa NASA LCROSS i jej górny stopień Centaurus zderzyły się z księżycem w pobliżu bieguna południowego. Prędkość zderzenia wynosiła prawie 2500 m/s; w rezultacie substancja z powierzchni została wyrzucona na wysokość ponad kilometra i powstał krater o średnicy około 20 m. Telewidzowie byli prawdopodobnie nieco rozczarowani, że obiecana piękna eksplozja nie nastąpiła podczas zderzenia, ale naukowcy byli zadowoleni: kolizja okazała się bardzo pouczająca. Tak więc w wyrzuconej z powierzchni substancji znaleziono około 100 litrów wody. A w 2010 roku wydano nowe szokujące stwierdzenie: w materiale księżycowym woda ma ponad 5% masy, więc prawdopodobnie na Księżycu jest więcej wilgoci niż w niektórych regionach Sahary.

To odkrycie może mieć ogromne znaczenie: możliwe, że przyszli astronauci mogliby wykorzystywać podksiężycowe złoża lodu jako paliwo rakietowe (pozyskując wodór z wody), do oddychania (pozyskując tlen), do ochrony (ponieważ woda pochłania promieniowanie) i do picia ( naturalnie w postaci oczyszczonej). Więc to odkrycie pomoże kilkakrotnie obniżyć koszty każdego programu księżycowego.

Uzyskane wyniki mogą również oznaczać, że podczas budowy, a w przyszłości podczas zaopatrywania bazy astronauci będą mogli korzystać z lokalnych zasobów – wody i wszelkiego rodzaju minerałów.

średniowiecze

(2030-2070)

Lot na Marsa

W 2010 roku prezydent Obama, odwiedzając Florydę, nie tylko ogłosił zakończenie programu księżycowego, ale zamiast tego wsparł misję na Marsa i sfinansował jeszcze nieokreślony ciężki pojazd nośny, który pewnego dnia mógłby przenosić astronautów w kosmos poza obszar Księżyca. orbita. Zasugerował, że ma nadzieję poczekać do dnia - być może w połowie lat 30. XX wieku - kiedy amerykańscy astronauci postawią stopę na powierzchni Marsa. Niektórzy astronauci, tacy jak Buzz Aldrin, stanowczo poparli plan Obamy, właśnie dlatego, że zaproponowano pominięcie Księżyca. Aldrin powiedział mi kiedyś, że skoro Amerykanie byli już na Księżycu, teraz jedynym prawdziwym osiągnięciem będzie lot na Marsa.

Ze wszystkich planet Układu Słonecznego tylko Mars wydaje się na tyle podobny do Ziemi, że mogła tam powstać jakaś forma życia. (Rtęć, spalona przez Słońce, jest prawdopodobnie zbyt nieprzyjazna, aby istniało życie, jakie znamy. Gazowe olbrzymy Jowisz, Saturn, Uran i Neptun są zbyt zimne, by podtrzymywać życie. Wenus jest pod wieloma względami bliźniaczką Ziemi, ale dziko efekt cieplarniany sprawił, że warunki były piekielne, z temperaturami sięgającymi 500°C, atmosferą 100 razy gęstszą niż na Ziemi, głównie dwutlenkiem węgla, i kwasem siarkowym spływającym z nieba. Twoje szczątki zostaną usmażone i rozpuszczone w kwasie siarkowym).

Z drugiej strony Mars był kiedyś dość mokrą planetą. Tam, podobnie jak na Ziemi, istniały oceany i rzeki, które już dawno zniknęły. Dziś jest to zamarznięta, martwa pustynia. Możliwe jednak, że kiedyś - miliardy lat temu - na Marsie kwitło mikrożycie; możliwe nawet, że nawet teraz bakterie żyją gdzieś w gorących źródłach.

Po tym, jak Stany Zjednoczone zdecydowanie podejmą decyzję o przeprowadzeniu załogowej wyprawy na Marsa, jej realizacja zajmie kolejne 20-30 lat. Należy jednak zauważyć, że człowiekowi będzie znacznie trudniej dostać się na Marsa niż na Księżyc. Mars w porównaniu z Księżycem to kwantowy skok trudności. Możesz polecieć na Księżyc w trzy dni - będziesz musiał dostać się na Marsa od sześciu miesięcy do roku.

W lipcu 2009 roku naukowcy NASA odkryli, jak może wyglądać prawdziwa marsjańska ekspedycja. Astronauci polecą na Marsa przez około sześć miesięcy, potem spędzą 18 miesięcy na Czerwonej Planecie, potem kolejne pół roku spędzą na powrocie.

W sumie na Marsa trzeba będzie wysłać około 700 ton sprzętu - to więcej niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna kosztem 100 miliardów dolarów. Aby zaoszczędzić na żywności i wodzie, podróżując i pracując na Marsie, astronauci będą musieli oczyszczać własne odpady i wykorzystywać je do nawożenia roślin. Na Marsie nie ma tlenu, gleby, wody, zwierząt, roślin, więc wszystko trzeba będzie sprowadzić z Ziemi. Nie będziesz mógł korzystać z lokalnych zasobów. Atmosfera Marsa składa się prawie w całości z dwutlenku węgla, a ciśnienie atmosferyczne wynosi tylko 1% ziemskiego. Każde rozdarcie skafandra oznaczałoby gwałtowny spadek ciśnienia i śmierć.

Wyprawa będzie na tyle złożona, że ​​będzie musiała zostać podzielona na kilka etapów. Ponieważ transport paliwa z Ziemi byłby zbyt kosztowny, możliwe jest, że na Marsa trzeba będzie wysłać oddzielną rakietę z paliwem, aby zatankować pojazd międzyplanetarny. (Lub, jeśli z lodu na Marsie można wydobyć wystarczającą ilość tlenu i wodoru, można je wykorzystać jako paliwo rakietowe).

Po dotarciu na Marsa astronauci prawdopodobnie będą potrzebować tygodni, aby przystosować się do życia na innej planecie. Cykl dnia i nocy jest tam mniej więcej taki sam jak na Ziemi (dzień marsjański jest nieco dłuższy i wynosi 24,6 godziny), ale rok na Marsie jest dwa razy dłuższy niż na Ziemi. Temperatura prawie nigdy nie przekracza zera. Szaleją tam gwałtowne burze piaskowe. Piaski na Marsie są tak drobne jak talk, a burze piaskowe często pokrywają całą planetę.

Terraformalny Mars?

Załóżmy, że do połowy wieku astronauci odwiedzą Marsa i zorganizują tam prymitywną bazę. Ale to nie wystarczy. Ogólnie rzecz biorąc, ludzkość z pewnością poważnie zastanowi się nad projektem terraformacji Marsa - przekształcenia go w planetę przyjemniejszą do życia. Prace nad tym projektem rozpoczną się w najlepszym razie pod koniec XXI wieku, a raczej na początku następnego.

Naukowcy rozważali już kilka sposobów na uczynienie Marsa bardziej gościnnym miejscem. Prawdopodobnie najprostszym z nich jest dodanie metanu lub innego gazu cieplarnianego do atmosfery Czerwonej Planety. Metan jest silniejszym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla, więc atmosfera metanowa zatrzymałaby światło słoneczne i stopniowo ogrzewała powierzchnię planety. Temperatura wzrośnie powyżej zera. Oprócz metanu rozważane są również inne gazy cieplarniane, takie jak amoniak i freon.

Wraz ze wzrostem temperatury wieczna zmarzlina zacznie topnieć po raz pierwszy od miliardów lat, napełniając koryta rzek wodą. Z biegiem czasu, gdy atmosfera staje się gęstsza, jeziora, a nawet oceany mogą ponownie tworzyć się na Marsie. W rezultacie uwolnione zostanie jeszcze więcej dwutlenku węgla - nastąpi pozytywne sprzężenie zwrotne.

W 2009 roku odkryto, że metan jest naturalnie uwalniany z powierzchni Marsa. Źródło tego gazu wciąż pozostaje tajemnicą. Na Ziemi metan pochodzi głównie z rozpadu materiałów organicznych, ale na Marsie może być produktem ubocznym jakiegoś procesu geologicznego. Jeśli naukowcom uda się ustalić źródło tego gazu, to być może uda się zwiększyć jego produkcję, czyli zmienić atmosferę planety.

Inną możliwością jest wysłanie komety w atmosferę Marsa. Jeśli kometę można przechwycić dostatecznie daleko od Słońca, nawet niewielkie uderzenie – pchnięcie przez specjalny silnik rakietowy, zderzenie ze statkiem kosmicznym pod odpowiednim kątem, czy nawet samo przyciąganie grawitacyjne tego urządzenia – może wystarczyć, aby zmienić orbita statku kosmicznego we właściwy sposób. Komety składają się głównie z wody i jest ich mnóstwo w Układzie Słonecznym. (Na przykład jądro komety Halleya ma kształt orzeszka ziemnego o średnicy około 30 km i składa się głównie z lodu i skał). Zbliżając się do Marsa, kometa zacznie ocierać się o atmosferę i powoli rozpadać, uwalniając wodę w postaci pary. atmosfera planety.

Jeśli żadna kometa nie jest dostępna, można zamiast niej użyć jednego z lodowych księżyców Jowisza lub, powiedzmy, lodowej asteroidy, takiej jak Ceres (naukowcy uważają, że zawiera ona 20% wody). Oczywiście trudniej będzie skierować księżyc lub asteroidę w pożądanym kierunku, ponieważ z reguły takie ciała niebieskie znajdują się na stabilnych orbitach. A potem są dwie możliwości: będzie można pozostawić daną kometę, księżyc lub asteroidę na orbicie Marsa i pozwolić jej się powoli zapaść, wypuszczając parę wodną do atmosfery, albo sprowadzić to ciało niebieskie na jeden z biegunów. czapki Marsa. Obszary polarne Czerwonej Planety to zamarznięty dwutlenek węgla, który znika w miesiącach letnich, oraz lód, który stanowi podstawę i nigdy się nie topi. Jeśli kometa, księżyc lub asteroida uderza w czapę lodową, uwalniana jest ogromna ilość energii i suchy lód wyparowuje. Gaz cieplarniany wejdzie do atmosfery i przyspieszy proces globalnego ocieplenia na Marsie. W tym wariancie może również wystąpić pozytywne sprzężenie zwrotne. Im więcej dwutlenku węgla zostanie uwolnione z polarnych regionów planety, tym wyższa temperatura wzrośnie, a w konsekwencji uwolnione zostanie jeszcze więcej dwutlenku węgla.

Inną sugestią jest zdetonowanie kilku bomb nuklearnych na polarnych czapach lodowych. Wada tej metody jest oczywista: możliwe, że uwolniona woda będzie radioaktywna. Możesz też spróbować zbudować tam reaktor termojądrowy, który stopi lód regionów polarnych.

Głównym paliwem do reaktora termojądrowego jest woda, a na Marsie jest wystarczająco dużo zamarzniętej wody.

Kiedy temperatura wzrasta powyżej zera, na powierzchni tworzą się płytkie kałuże, które mogą być zasiedlone niektórymi formami glonów, które rozwijają się na Ziemi na Antarktydzie. Prawdopodobnie spodoba im się atmosfera Marsa, która w 95% składa się z dwutlenku węgla. Glony można również modyfikować genetycznie, aby rosły tak szybko, jak to możliwe. Baseny z algami przyspieszą terraformowanie na kilka sposobów. Po pierwsze, algi przekształcą dwutlenek węgla w tlen. Po drugie, zmienią kolor powierzchni Marsa i odpowiednio jego współczynnik odbicia. Ciemniejsza powierzchnia pochłonie więcej promieniowania słonecznego. Po trzecie, skoro glony będą rosły same, bez pomocy z zewnątrz, taki sposób na zmianę sytuacji na planecie będzie stosunkowo tani. Po czwarte, glony mogą być używane jako pokarm. Z biegiem czasu takie jeziora z glonami stworzą warstwę gleby i składniki odżywcze; rośliny będą mogły z tego skorzystać, co jeszcze bardziej przyspieszy produkcję tlenu.

Naukowcy rozważają także otoczenie Marsa satelitami, które będą gromadzić światło słoneczne i kierować je na powierzchnię planety. Możliwe, że takie satelity, nawet same, będą w stanie podnieść temperaturę na powierzchni Marsa do punktu zamarzania i powyżej. Jak tylko to się stanie i wieczna zmarzlina zacznie topnieć, planeta będzie się dalej nagrzewać, w naturalny sposób.

Korzysci ekonomiczne?

Nie łudźcie się i nie myślcie, że kolonizacja Księżyca i Marsa natychmiast przyniesie ludzkości niezliczone korzyści ekonomiczne. Kiedy Kolumb wyruszył do Nowego Świata w 1492 roku, otworzył dostęp do skarbów niespotykanych w historii. Bardzo szybko konkwistadorzy zaczęli przysyłać do ojczyzny ogromne ilości złota skradzionego miejscowym Indianom z nowo odkrytych miejsc, a osadnicy - cenne surowce i produkty rolne. Wydatki na wyprawy do Nowego Świata zostały z nawiązką opłacone przez niezliczone skarby, które można tam znaleźć.

Ale kolonie na Księżycu i Marsie to inna sprawa. Nie ma powietrza, płynnej wody ani żyznej gleby, więc wszystko, czego potrzebujesz, trzeba będzie dostarczyć z Ziemi rakietami, a to jest niezwykle kosztowne. Co więcej, kolonizacja Księżyca, przynajmniej na krótką metę, nie ma większego sensu militarnego. Aby dostać się z Ziemi na Księżyc lub z powrotem, potrzeba średnio trzech dni, a wojna nuklearna może rozpocząć się i zakończyć w zaledwie półtorej godziny – od momentu wystrzelenia pierwszych międzykontynentalnych pocisków balistycznych do ostatnich wybuchów. Kosmiczna kawaleria z Księżyca po prostu nie będzie miała czasu, aby wziąć realny udział w wydarzeniach na Ziemi. W rezultacie Pentagon nie finansuje żadnych większych programów mających na celu zmilitaryzowanie Księżyca.

Oznacza to, że wszelkie operacje na dużą skalę na rzecz rozwoju innych światów będą skierowane nie na korzyść Ziemi, ale na nowe kolonie kosmiczne. Koloniści będą musieli wydobywać metale i inne minerały na własne potrzeby, ponieważ transport ich z Ziemi (i na Ziemię także) jest zbyt drogi. Wydobycie w pasie asteroid stanie się ekonomicznie opłacalne tylko wtedy, gdy pojawią się samowystarczalne kolonie, które same będą mogły korzystać z wydobytych materiałów, a stanie się to w najlepszym razie pod koniec tego stulecia, a co bardziej prawdopodobne później.

turystyka kosmiczna

Ale kiedy zwykły cywil będzie mógł polecieć w kosmos? Niektórzy naukowcy, jak na przykład nieżyjący już Gerard O'Neill z Princeton University, marzyli o kolonii kosmicznej w formie gigantycznego koła, w którym mieściłyby się kwatery mieszkalne, stacje uzdatniania wody, komory regeneracji powietrza itp. stacje - w rozwiązywaniu problemu problem przeludnienia. Jednak w XXI wieku pomysł, że kolonie kosmiczne mogą rozwiązać, a nawet złagodzić ten problem, nadal pozostanie fantazją. Dla większości ludzkości Ziemia będzie ich jedynym domem przez co najmniej kolejne 100-200 lat.

Jednak wciąż istnieje sposób, w jaki zwykły człowiek może faktycznie polecieć w kosmos: jako turysta. Byli przedsiębiorcy, którzy krytykują NASA za straszliwą nieefektywność i biurokrację i są gotowi sami zainwestować w technologię kosmiczną, wierząc, że mechanizmy rynkowe pomogą prywatnym inwestorom obniżyć koszty podróży kosmicznych. Burt Rutan i jego inwestorzy zdobyli już nagrodę Ansari X w wysokości 10 milionów dolarów 4 października 2004 r., wystrzeliwując swój SpaceShipOne dwa razy w ciągu dwóch tygodni na nieco ponad 100 km nad powierzchnią Ziemi. SpaceShipOne to pierwszy statek rakietowy, który z powodzeniem podróżował w kosmos za prywatne pieniądze. Jego opracowanie kosztowało około 25 milionów dolarów. Poręczycielem pożyczek był miliarder Microsoft Paul Allen.

Obecnie statek kosmiczny SpaceShipTwo jest prawie gotowy. Rutan wierzy, że już niedługo będzie można rozpocząć testy, po których zakończeniu komercyjny statek kosmiczny stanie się rzeczywistością. Miliarder Richard Branson z Virgin Atlantic stworzył Virgin Galactic z portem kosmicznym w Nowym Meksyku i długą listą ludzi gotowych wydać 200 000 dolarów, aby zrealizować od dawna marzenie o lotach kosmicznych. Virgin Galactic, która prawdopodobnie będzie pierwszą dużą firmą oferującą komercyjne loty kosmiczne, zamówiła już pięć statków SpaceShipTwo. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, koszt podróży kosmicznych spadnie dziesięciokrotnie.

SpaceShipTwo wykorzystuje kilka sposobów na zaoszczędzenie pieniędzy. Zamiast używać ogromnych dopalaczy zaprojektowanych do wystrzeliwania ładunków w kosmos bezpośrednio z Ziemi, Rutan umieszcza swój statek kosmiczny w samolocie i przyspiesza go za pomocą konwencjonalnych atmosferycznych silników odrzutowych. W tym przypadku tlen jest używany w atmosferze. Następnie, na wysokości około 16 km nad ziemią, statek oddziela się od samolotu i uruchamia własne silniki odrzutowe. Statek nie może wejść na niską orbitę okołoziemską, ale dostępne zapasy paliwa wystarczają, aby wznieść się ponad 100 kilometrów nad powierzchnię Ziemi - gdzie prawie nie ma atmosfery i gdzie pasażerowie mogą zobaczyć, jak niebo stopniowo czernieje. Silniki są w stanie rozpędzić statek do prędkości odpowiadającej M=3, czyli do trzykrotnej prędkości dźwięku (ok. 3500 km/h). To oczywiście nie wystarczy, aby umieścić go na orbicie (tutaj, jak już wspomniano, potrzebna jest prędkość co najmniej 28 500 km/h, co odpowiada 7,9 km/s), ale wystarczy dostarczyć pasażerów do krawędź atmosfery ziemskiej i przestrzeni kosmicznej . Jest całkiem możliwe, że w niedalekiej przyszłości lot turystyczny w kosmos będzie kosztował nie więcej niż safari w Afryce.

(Aby latać wokół Ziemi, trzeba zapłacić znacznie więcej i latać na pokładzie stacji kosmicznej. Zapytałem kiedyś miliardera Microsoftu Charlesa Simonyi, ile kosztował go bilet na ISS. W prasie pojawiła się liczba 20 milionów dolarów. odpowiedział, że nie chciałbym podawać dokładnej kwoty, ale doniesienia prasowe nie bardzo się mylą.Tak mu się w kosmosie podobało, że trochę później znów poleciał na stację.Więc turystyka kosmiczna, nawet w niezbyt odległa przyszłość, pozostanie przywilejem bardzo zamożnych ludzi.)

We wrześniu 2010 roku turystyka kosmiczna zyskała dodatkowy impuls w postaci Boeing Corporation, która ogłosiła wejście na ten rynek i zaplanowała pierwsze loty dla turystów kosmicznych już w 2015 roku. Byłoby to zgodne z planami prezydenta Obamy dotyczącymi przeniesienia przestrzeni załogowej eksploracja w prywatne ręce. Plan Boeinga zakłada wystrzelenie kapsuł na Międzynarodową Stację Kosmiczną z miejsca startu kapsuł Canaveral z czterema członkami załogi i trzema pustymi miejscami dla kosmicznych turystów. Jednak Boeing dość bez ogródek podchodzi do finansowania prywatnych projektów kosmicznych: większość pieniędzy będą musieli zapłacić podatnicy. „To zawodny rynek” – mówi John Elbon, szef programu komercyjnego startu w kosmos. „Gdybyśmy musieli polegać tylko na funduszach Boeinga, przy wszystkich istniejących czynnikach ryzyka, nie bylibyśmy w stanie pomyślnie zakończyć sprawy”.

ciemne konie

Niezwykle wysokie koszty podróży kosmicznych hamują postęp zarówno handlowy, jak i naukowy, tak więc ludzkość potrzebuje teraz zupełnie nowej, rewolucyjnej technologii. Do połowy stulecia naukowcy i inżynierowie powinni dopracować nowe pojazdy nośne, aby obniżyć koszty startów.

Fizyk Freeman Dyson wyróżnił wśród wielu propozycji kilka technologii, które obecnie znajdują się w fazie eksperymentalnej, ale być może pewnego dnia udostępnią przestrzeń nawet przeciętnemu człowiekowi. Żadna z tych propozycji nie gwarantuje sukcesu, ale jeśli się powiedzie, koszty wysyłki ładunku w kosmos spadną. Pierwsza z tych propozycji to laserowe układy napędowe: potężna wiązka laserowa z zewnętrznego źródła (np. z Ziemi) kierowana jest na podstawę rakiety, gdzie powoduje mini-wybuch, którego fala uderzeniowa ustawia rakieta w ruchu. Stały strumień impulsów laserowych odparowuje wodę, a powstająca para wyrzuca rakietę w kosmos. Główną zaletą laserowego silnika odrzutowego jest to, że energia do niego pochodzi z zewnętrznego źródła - ze stacjonarnego lasera. Rakieta laserowa zasadniczo nie zawiera paliwa. (Z kolei rakiety chemiczne zużywają znaczną część swojej energii do podnoszenia i transportu paliwa do własnych silników.)

Technologia laserowego napędu odrzutowego została już zademonstrowana w laboratorium, gdzie w 1997 roku model został pomyślnie przetestowany. Jezioro Mirabo z Rensselaer Polytechnic Institute w Nowym Jorku stworzyło działający prototyp takiej rakiety i nazwał ją demonstratorem technologii okrętów lekkich. Jeden z jego pierwszych modeli latających ważył 50 gramów i był „daniem” o średnicy około 15 cm. Laser o mocy 10 kW generował serię eksplozji laserowych u podstawy rakiety; Powietrzne fale uderzeniowe przyspieszyły go z przyspieszeniem 2 g (co jest dwukrotnością przyspieszenia swobodnego spadania na Ziemi i wynosi około 19,6 m/s 2) i brzmi jak automatyczne wybuchy. Lekkie rozbłyski Mirabeau przeleciały ponad 30 m (mniej więcej tyle samo, co pierwsze rakiety Roberta Goddarda na paliwo ciekłe w latach 30. XX wieku).

Dyson marzy o dniu, w którym systemy napędów laserowych będą w stanie wystrzeliwać ciężkie ładunki na orbitę okołoziemską już za pięć dolarów za funt, co z pewnością byłoby prawdziwą rewolucją w przemyśle kosmicznym. Wyobraża sobie gigantyczny 1000-megawatowy (odpowiednik mocy standardowej jednostki jądrowej) laser zdolny do wystrzelenia dwutonowej rakiety na orbitę, składający się z ładunku i zbiornika wody u podstawy. Woda powoli przesącza się przez maleńkie pory w dolnej ścianie zbiornika. Zarówno ładowność, jak i zbiornik ważą tonę. Kiedy wiązka lasera uderza w dno rakiety, woda natychmiast paruje, tworząc serię fal uderzeniowych, które wypychają rakietę w kosmos. Rakieta osiąga przyspieszenie 3 g i po sześciu minutach wchodzi na orbitę ziemską.

Ponieważ sama rakieta nie przenosi paliwa, nie ma niebezpieczeństwa katastrofalnej eksplozji nośnika. W przypadku rakiet chemicznych nawet dziś, 50 lat po pierwszym sputniku, prawdopodobieństwo awarii wynosi około 1%. A te awarie z reguły wyglądają bardzo imponująco - tlen i wodór eksplodują w gigantycznych kulach ognia, a gruz spada na wyrzutnię. Z drugiej strony system laserowy jest prosty, bezpieczny i może być używany więcej niż raz w bardzo krótkich odstępach czasu; do jego działania potrzebna jest tylko woda i laser.

Co więcej, z biegiem czasu ten system się opłaci. Jeśli zostanie wykorzystany do wystrzelenia pół miliona statków kosmicznych rocznie, opłata za start z łatwością pokryje zarówno koszty operacyjne, jak i koszty rozwoju i budowy. Dyson rozumie jednak, że do realizacji tego marzenia musi upłynąć ponad dekada. Badania podstawowe w dziedzinie laserów dużej mocy będą wymagały znacznie więcej pieniędzy, niż jakakolwiek uczelnia jest w stanie przeznaczyć. O ile rząd lub jakaś duża korporacja nie przejmie finansowania rozwoju, laserowe systemy napędowe nigdy nie zostaną zbudowane.

W tym przypadku bardzo przydatne mogą być fundusze z Nagrody. Kiedyś rozmawiałem z Peterem Diamandisem, który ją założył w 1996 roku i stwierdziłem, że doskonale zdaje sobie sprawę z ograniczeń rakiet chemicznych. Nawet ze SpaceShipTwo, zwierzył mi się, stanęliśmy w obliczu faktu, że rakiety chemiczne są bardzo kosztownym sposobem na ucieczkę ziemskiej grawitacji. W rezultacie następna Nagroda X trafi do tego, kto potrafi stworzyć rakietę napędzaną wiązką energii. (Ale zamiast wiązki laserowej ma używać innej podobnej do lasera wiązki energii elektromagnetycznej - wiązki mikrofalowej.)

Szum wokół nagrody i sama nagroda o wartości wielu milionów dolarów mogą być wystarczającą przynętą, aby wzbudzić zainteresowanie wśród przedsiębiorców i wynalazców problemem rakiet niechemicznych, takich jak rakieta mikrofalowa.

Istnieją inne eksperymentalne projekty rakiet, ale ich rozwój wiąże się z innym ryzykiem. Jedną z opcji jest pistolet gazowy, który wystrzeliwuje kilka pocisków z ogromnej lufy - coś w rodzaju pocisku w powieści Julesa Verne'a „Z Ziemi na Księżyc”. Pocisk Verne'a nie dotarłby jednak na Księżyc, ponieważ proch nie jest w stanie rozpędzić go do prędkości 11 km/s niezbędnej do ucieczki z pola grawitacyjnego Ziemi. W broni gazowej, zamiast prochu, pociski będą wypychane z dużą prędkością przez gaz sprężony pod wysokim ciśnieniem w długiej rurze. Nieżyjący już Abraham Hertzberg z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle zbudował prototyp takiego działa o średnicy około 10 cm i długości około 10 m. Gaz wewnątrz działa jest mieszaniną metanu i powietrza sprężonego do 25 atmosfer. Gaz zostaje podpalony i pocisk przyspiesza w lufie z przyspieszeniem 30 000 g, przy którym większość metalowych przedmiotów zostaje spłaszczona.

Herzberg udowodnił, że pistolet gazowy może działać. Aby jednak wyrzucić pocisk w kosmos, jego lufa musi być znacznie dłuższa, około 230 m; ponadto różne gazy muszą działać wzdłuż trajektorii przyspieszenia w lufie działa. Aby ładunek uzyskał pierwszą kosmiczną prędkość, konieczne jest zorganizowanie w lufie pięciu sekcji z różnymi gazami roboczymi.

Koszt wystrzelenia z pistoletu gazowego może być nawet niższy niż przy użyciu systemu laserowego. Jednak wystrzeliwanie załogowych pojazdów w kosmos w ten sposób jest zbyt niebezpieczne: tylko solidny ładunek może wytrzymać intensywne przyspieszenie w lufie.

Trzeci projekt eksperymentalny to „slingatron”, który niczym proca powinien obracać ładunek, a następnie wyrzucać go w powietrze.

Prototyp tego urządzenia zbudował Derek Tidman; jego stacjonarny model jest w stanie obracać obiekt w kilka sekund i rzucać nim z prędkością do 100 m/s. Prototyp procy to rura w kształcie pączka o średnicy około metra. Sama tuba ma około 2,5 cm średnicy i zawiera małą stalową kulkę. Kulka toczy się po pierścieniowej rurze, a małe silniki popychają ją i przyspieszają.

Prawdziwy slingatron, którego zadaniem będzie wyrzucanie ładunku na niską orbitę okołoziemską, powinien mieć znacznie większe rozmiary – około stu kilometrów średnicy; dodatkowo musi pompować energię do piłki, aż przyspieszy do 11,2 km/s. Piłka wyleci z procy z przyspieszeniem 1000 g, co też jest bardzo duże. Nie każdy ładunek wytrzyma takie przyspieszenie. Zanim powstanie prawdziwy slingatron, trzeba rozwiązać wiele problemów technicznych, z których najważniejszym jest zminimalizowanie tarcia między piłką a rurą.

Sfinalizowanie każdego z trzech wymienionych projektów, nawet w najlepszym przypadku, zajmie kilkanaście lat i tylko wtedy, gdy finansowanie przejmie rząd lub prywatny biznes. W przeciwnym razie prototypy te na zawsze pozostaną na stołach ich wynalazców.

Daleka przyszłość

(2070-2100)

winda kosmiczna

Możliwe, że pod koniec tego stulecia rozwój nanotechnologii umożliwi nawet słynną windę kosmiczną. Człowiek, jak Jack na łodydze fasoli, będzie mógł wspiąć się na chmury i dalej. Wejdziemy do windy, wciśniemy przycisk „w górę” i wjedziemy w górę włókna, czyli nanorurki węglowej o długości tysięcy kilometrów. Oczywiste jest, że taka nowość może wywrócić ekonomię podróży kosmicznych i wywrócić wszystko do góry nogami.

W 1895 roku rosyjski fizyk Konstantin Ciołkowski, zainspirowany budową Wieży Eiffla - najwyższego wówczas budynku na świecie, zadał sobie proste pytanie: dlaczego takiej wieży nie można zbudować tak wysoko jak przestrzeń? Obliczył, że gdyby była wystarczająco wysoka, nigdy by nie spadła, zgodnie z prawami fizyki. Taką konstrukcję nazwał „niebiańskim pałacem”.

Wyobraź sobie piłkę. Jeśli zaczniesz kręcić nią na sznurku, siła odśrodkowa wystarczy, aby piłka nie spadła. Podobnie, jeśli lina jest wystarczająco długa, siła odśrodkowa zapobiegnie spadnięciu na ziemię ładunku przyczepionego do jego końca. Obrót Ziemi wystarczy, aby utrzymać linę na niebie. Gdy kabel windy kosmicznej zostanie rozciągnięty w niebo, każdy pojazd, który będzie się po nim poruszał, będzie mógł bezpiecznie wlecieć w kosmos.

Na papierze ta sztuczka wydaje się działać. Ale niestety, jeśli spróbujesz zastosować newtonowskie prawa ruchu i obliczyć z nich napięcie kabla, okazuje się, że to napięcie przewyższa wytrzymałość stali: każdy kabel po prostu pęknie, co uniemożliwia kosmiczną windę.

Przez wiele lat, a nawet dziesięcioleci idea windy kosmicznej była albo zapomniana, albo ponownie dyskutowana, by ponownie odrzucić z tego samego powodu. W 1957 roku rosyjski naukowiec Jurij Artustanow zaproponował własną wersję projektu, zgodnie z którą winda miała być zbudowana nie od dołu do góry, ale przeciwnie, od góry do dołu. Zaproponowano wysłanie statku kosmicznego na orbitę, który następnie opuściłby stamtąd kabel; na ziemi pozostaje tylko to naprawić. Fantasci również mieli swój udział w popularyzacji tego projektu. Arthur C. Clarke przyniósł windę kosmiczną w swojej powieści The Fountains of Paradise z 1979 roku, a Robert Heinlein w swojej powieści Frida z 1982 roku.

Nanorurki węglowe wskrzesiły ten pomysł. Jak widzieliśmy, mają największą wytrzymałość ze wszystkich znanych materiałów. Są mocniejsze niż stal i potencjalnie wytrzymałość nanorurek może wytrzymać obciążenia, które powstają podczas projektowania windy kosmicznej.

Wyzwaniem jest jednak stworzenie wiązania z czystych nanorurek węglowych o długości 80 000 km. To niezwykle trudne zadanie, ponieważ do tej pory naukowcom udało się uzyskać w laboratorium zaledwie kilka centymetrów czystej nanorurki węglowej. Można oczywiście skręcać ze sobą miliardy nanowłókien, ale te włókna nie będą stałe. Zadanie polega na stworzeniu długiej nanorurki, w której każdy atom węgla będzie dokładnie na swoim miejscu.

W 2009 roku naukowcy z Rice University ogłosili ważne odkrycie: powstałe włókna nie są czyste, ale kompozytowe, ale opracowali dość elastyczną technologię, która pozwala tworzyć nanorurki węglowe o dowolnej długości. Metodą prób i błędów naukowcy odkryli, że nanorurki węglowe można rozpuścić w kwasie chlorosulfonowym, a następnie wycisnąć z dziobka jak strzykawkę. Metodą tą można wytworzyć włókna nanorurek węglowych o dowolnej długości, a ich grubość to 50 mikronów.

Jednym z komercyjnych zastosowań włókien z nanorurek węglowych są linie energetyczne, ponieważ nanorurki przewodzą elektryczność lepiej niż miedź, są lżejsze i mocniejsze. Profesor inżynierii Rice University, Matteo Pasquali, mówi: „Linie energetyczne wymagają ton tego rodzaju włókien i nie ma jeszcze możliwości, aby to zrobić. Jest tylko jeden cud, który można wymyślić.”

Chociaż powstałe włókna nie są wystarczająco czyste, aby można je było wykorzystać w kosmicznej windzie, badania te dają nadzieję, że pewnego dnia będziemy w stanie wyhodować czyste nanorurki węglowe wystarczająco mocne, aby zabrać nas w przestworza.

Ale nawet jeśli założymy, że problem produkcji długich nanorurek zostanie rozwiązany, naukowcy staną przed innymi praktycznymi problemami. Na przykład kabel windy kosmicznej musiałby wznieść się znacznie ponad orbity większości satelitów. Oznacza to, że pewnego dnia orbita jakiegoś satelity przetnie się ze ścieżką windy kosmicznej i spowoduje wypadek. Ponieważ niskie satelity lecą z prędkością 7-8 km / s, kolizja może być katastrofalna. Wynika z tego, że winda będzie musiała być wyposażona w specjalne silniki rakietowe, które usuną kabel windy z drogi latających satelitów i kosmicznych śmieci.

Kolejnym problemem jest pogoda, czyli huragany, burze i silne wiatry. Winda kosmiczna musi być zakotwiczona do ziemi, może lotniskowca lub platformy wiertniczej na Pacyfiku, ale musi być elastyczna, aby przetrwać żywioły.

Dodatkowo kokpit musi posiadać przycisk napadowy oraz kapsułę ratunkową na wypadek zerwania linki. Jeśli coś stanie się z uwiązem, kabina windy musi lecieć na spadochronie, aby uratować pasażerów.

Aby przyspieszyć rozpoczęcie badań w dziedzinie wind kosmicznych, NASA ogłosiła kilka konkursów. NASA's Space Elevator Race to loteria z nagrodami o łącznej wartości 2 milionów dolarów. Zgodnie z przepisami, aby wygrać konkurs wind pracujących dzięki energii przenoszonej wzdłuż belki, należy zbudować urządzenie o masie nie większej niż 50 kg, zdolne do wspinania się po linie na wysokość 1 km z prędkością prędkość 2 m / s. Trudność polega na tym, że to urządzenie nie powinno mieć paliwa, baterii ani kabla elektrycznego. Energia do jego ruchu musi być przekazywana z Ziemi wzdłuż wiązki.

Na własne oczy widziałem entuzjazm i energię inżynierów, którzy pracują nad windą kosmiczną i marzą o wygraniu nagrody. Poleciałem nawet do Seattle, aby spotkać młodych, przedsiębiorczych inżynierów z grupy LaserMotive. Słysząc „piosenkę syreny” – wezwanie NASA, przystąpili do opracowania prototypów urządzenia, które prawdopodobnie stanie się sercem kosmicznej windy.

Wszedłem do dużego hangaru wynajętego przez młodych ludzi w celach testowych. Na jednym końcu hangaru zobaczyłem duży laser zdolny emitować potężną wiązkę energii. Drugi mieścił rzeczywistą windę kosmiczną. Było to pudełko o szerokości około metra z dużym lustrem. Lustro odbijało wiązkę lasera, która na nie padała, na cały szereg ogniw słonecznych, które zamieniały jego energię w elektryczność. Do silnika doprowadzono prąd, a winda powoli wspinała się po krótkim kablu. Dzięki takiemu urządzeniu kabina z silnikiem elektrycznym nie musi ciągnąć ze sobą kabla elektrycznego. Wystarczy skierować na niego wiązkę laserową z ziemi, a winda sama będzie się czołgać po kablu.

Laser w hangarze był tak potężny, że podczas jego działania ludzie musieli chronić oczy specjalnymi goglami. Po wielu próbach młodym ludziom w końcu udało się zmusić samochód do podczołgania się. Jeden aspekt problemu windy kosmicznej został rozwiązany, przynajmniej teoretycznie.

Początkowo zadanie było tak trudne, że żaden z uczestników nie był w stanie go wykonać i wygrać obiecanej nagrody. Jednak w 2009 roku LaserMotive otrzymał tę samą nagrodę. Zawody odbyły się w bazie sił powietrznych Edwards na kalifornijskiej pustyni Mojave. Nad pustynią zawisł helikopter z długim kablem, a urządzenia uczestników próbowały się po nim wspinać. Winda zespołu LaserMotive zrobiła to cztery razy w ciągu dwóch dni; jego najlepszy czas to 228 sekund. Tak więc praca młodych inżynierów, którą obserwowałem w tym hangarze, przyniosła owoce.

statki kosmiczne

Pod koniec tego stulecia najprawdopodobniej na Marsie i być może gdzieś w pasie asteroid będą znajdować się stacje naukowe, nawet pomimo obecnego kryzysu finansowania załogowej eksploracji kosmosu. Następny w kolejce będzie prawdziwą gwiazdą. Dzisiaj sonda międzygwiezdna byłaby przedsięwzięciem zupełnie beznadziejnym, ale za sto lat sytuacja może się zmienić.

Aby idea podróży międzygwiezdnych stała się rzeczywistością, należy rozwiązać kilka podstawowych problemów. Pierwszym z nich jest poszukiwanie nowej zasady ruchu. Tradycyjna rakieta chemiczna potrzebowałaby około 70 000 lat, aby dotrzeć do najbliższej gwiazdy. Na przykład dwa Voyagera, wystrzelone w 1977 roku, ustanowiły rekord odległości do maksymalnej odległości od Ziemi. Obecnie (maj 2011) pierwszy z nich oddalił się od Słońca o 17,5 mld km, ale odległość, którą przebyła, to tylko maleńki ułamek drogi do gwiazd.

Zaproponowano kilka projektów i zasad ruchu pojazdów międzygwiezdnych. To:

żagiel słoneczny;

rakieta jądrowa;

Rakieta z silnikiem termojądrowym;

Nanostatki.

Odwiedzając stację NASA Plum Brook w Cleveland w stanie Ohio spotkałem jednego z marzycieli i zagorzałych zwolenników idei żagla słonecznego. Na tym stanowisku zbudowano największą na świecie komorę próżniową do testowania satelitów. Wymiary tej komory są niesamowite; to prawdziwa jaskinia o średnicy około 30 m i wysokości 38 m, która z łatwością mogłaby pomieścić kilka wielopiętrowych budynków mieszkalnych. Jest również wystarczająco duży, aby testować satelity i części rakiet w próżni kosmicznej. Skala projektu jest niesamowita. Poczułem, że zostałem wyróżniony: byłem w miejscu, w którym testowano wiele najważniejszych amerykańskich satelitów, sond międzyplanetarnych i rakiet.

Spotkałem się więc z jednym z czołowych zwolenników żagla słonecznego, naukowcem NASA, Lesem Johnsonem. Powiedział mi, że od dzieciństwa czytając science fiction marzył o budowaniu rakiet, które mogłyby latać do gwiazd. Johnson napisał nawet podstawowy kurs budowy żagli słonecznych. Wierzy, że ta zasada może zostać wdrożona w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat, ale jest gotowy na to, że prawdziwy statek kosmiczny zostanie zbudowany najprawdopodobniej wiele lat po jego śmierci. Podobnie jak murarze, którzy zbudowali wielkie średniowieczne katedry, Johnson rozumie, że zbudowanie aparatu do latania do gwiazd może pochłonąć kilka ludzkich istnień.

Zasada działania żagla słonecznego polega na tym, że światło, mimo że nie ma masy spoczynkowej, ma pęd, czyli może wywierać nacisk. Ciśnienie, jakie światło słoneczne wywiera na wszystkie napotkane obiekty jest niezwykle małe, po prostu go nie czujemy, ale jeśli żagiel słoneczny jest wystarczająco duży i jesteśmy gotowi poczekać wystarczająco długo, to ciśnienie to może przyspieszyć statek międzygwiezdny (w kosmosie natężenie światła słonecznego średnio ośmiokrotnie wyższe niż na Ziemi).

Johnson powiedział mi, że jego celem było stworzenie gigantycznego żagla słonecznego z bardzo cienkiego, ale elastycznego i sprężystego plastiku. Ten żagiel powinien mieć kilka kilometrów średnicy i ma być zbudowany w kosmosie. Po złożeniu będzie powoli krążył wokół Słońca, stopniowo nabierając coraz większej prędkości. Za kilka lat przyspieszenia żagiel wyjdzie z Układu Słonecznego i pomknie ku gwiazdom. Ogólnie rzecz biorąc, żagiel słoneczny, powiedział mi Johnson, jest w stanie przyspieszyć sondę międzygwiazdową do 0,1% prędkości światła; odpowiednio w takich warunkach dotrze do najbliższej gwiazdy za 400 lat.

Johnson próbuje wymyślić coś, co dałoby żaglowi słonecznemu dodatkowe przyspieszenie i skróciłoby czas lotu. Jednym z możliwych sposobów jest umieszczenie na Księżycu baterii potężnych laserów. Padające na żagiel promienie laserowe przekażą mu dodatkową energię, a tym samym dodatkową prędkość podczas lotu do gwiazd.

Jednym z problemów statku kosmicznego pod żaglem słonecznym jest to, że niezwykle trudno jest nim sterować, a zatrzymanie się i sterowanie w przeciwnym kierunku jest prawie niemożliwe, ponieważ światło słoneczne porusza się tylko w jednym kierunku - od Słońca. Jednym z rozwiązań tego problemu jest rozłożenie żagla i wykorzystanie światła od gwiazdy docelowej do jej spowolnienia. Inną możliwością jest wykonanie manewru grawitacyjnego wokół tej odległej gwiazdy i przyspieszenie podróży powrotnej za pomocą efektu procy. Trzecią opcją jest wylądowanie na jakimś księżycu tego układu gwiezdnego, zbudowanie na nim baterii laserów i wyruszenie w drogę powrotną, korzystając ze światła gwiazdy i wiązek laserowych.

Johnson marzy o gwiazdach, ale zdaje sobie sprawę, że w tej chwili rzeczywistość wygląda znacznie skromniej niż jego marzenia. W 1993 roku Rosjanie rozmieścili reflektor 25 Lavsan na statku odcumowanym od stacji Mir, ale celem eksperymentu było jedynie zademonstrowanie systemu rozmieszczania. Druga próba zakończyła się niepowodzeniem. W 2004 roku Japończycy pomyślnie wystrzelili dwa prototypy żagli słonecznych, ale ponownie celem było przetestowanie systemu rozmieszczania, a nie napędu. W 2005 roku podjęto ambitną próbę rozmieszczenia prawdziwego żagla słonecznego o nazwie Cosmos 1, zorganizowaną przez Towarzystwo Planetarne, organizację publiczną Cosmos Studios i Rosyjską Akademię Nauk. Żagiel został wystrzelony z rosyjskiej łodzi podwodnej, ale wystrzelenie rakiety Volna zakończyło się niepowodzeniem, a żagiel słoneczny nie osiągnął orbity.

A w 2008 roku, kiedy zespół NASA próbował wystrzelić żagiel słoneczny NanoSail-D, ta sama historia wydarzyła się z rakietą Falcon 1.

Wreszcie, w maju 2010 roku, Japan Aerospace Exploration Agency z powodzeniem wystrzeliła IKAROS, pierwszy statek kosmiczny wykorzystujący technologię żagli słonecznych w przestrzeni międzyplanetarnej. Urządzenie zostało umieszczone na torze lotu na Wenus, z powodzeniem rozłożyło kwadratowy żagiel o przekątnej 20 mi zademonstrowało możliwość kontrolowania jego orientacji i zmiany prędkości lotu. W przyszłości Japończycy planują wystrzelić na Jowisza kolejną sondę międzyplanetarną z żaglem słonecznym.

Rakieta jądrowa

Naukowcy rozważają również możliwość wykorzystania energii jądrowej do podróży międzygwiezdnych. Już w 1953 roku Komisja Energii Atomowej USA rozpoczęła poważny rozwój rakiet z reaktorami jądrowymi, które zostały zainicjowane przez projekt Rover. W latach 50. i 60. XX wieku eksperymenty z pociskami nuklearnymi kończyły się w większości bezskutecznie. Silniki jądrowe zachowywały się niestabilnie i generalnie okazały się zbyt skomplikowane dla ówczesnych systemów sterowania. Ponadto łatwo wykazać, że energia wyjściowa konwencjonalnego reaktora jądrowego jest całkowicie niewystarczająca dla międzygwiezdnego statku kosmicznego. Przeciętny przemysłowy reaktor jądrowy wytwarza około 1000 MW energii, co nie wystarcza na dotarcie do gwiazd.

Jednak w latach pięćdziesiątych. naukowcy zaproponowali użycie bomb atomowych i wodorowych w pojazdach międzygwiezdnych zamiast w reaktorach. Na przykład w projekcie Orion miał rozproszyć rakietę falami uderzeniowymi bomb atomowych. Statek miał zrzucić za sobą serię bomb atomowych, których eksplozje generowałyby potężne błyski promieni rentgenowskich. Fala uderzeniowa z tych eksplozji miała przyspieszyć statek.

W 1959 roku fizycy z General Atomics oszacowali, że zaawansowana wersja Oriona o średnicy 400 metrów ważyłaby 8 milionów ton i byłaby zasilana 1000 bomb wodorowych.

Fizyk Freeman Dyson był gorącym zwolennikiem projektu Orion. „Dla mnie Orion oznaczał dostępność całego Układu Słonecznego do rozprzestrzeniania się życia. Mógł zmienić bieg historii” – mówi Dyson. Poza tym byłby to wygodny sposób na pozbycie się bomb atomowych. „W jednym locie pozbylibyśmy się 2000 bomb”.

Jednak końcem Projektu Orion był Traktat o ograniczeniu prób jądrowych z 1963 roku, który zakazał eksplozji naziemnych. Bez testów nie można było przywołać projektu Oriona i projekt został zamknięty.

Silnik termojądrowy z przepływem bezpośrednim

Kolejny projekt pocisku nuklearnego został przedstawiony w 1960 r. przez Roberta W. Bussarda; zaproponował wyposażenie rakiety w silnik termojądrowy, podobny do konwencjonalnego silnika odrzutowego samolotu. Ogólnie rzecz biorąc, silnik strumieniowy wychwytuje powietrze podczas lotu i miesza je z paliwem w środku. Mieszanka paliwowo-powietrzna jest następnie zapalana i następuje eksplozja chemiczna, która tworzy napęd. Bussard zasugerował zastosowanie tej samej zasady do silnika syntezy jądrowej. Zamiast pobierać powietrze z atmosfery, jak to robi silnik lotniczy, silnik strumieniowy będzie gromadził wodór w przestrzeni międzygwiazdowej. Zebrany gaz ma być sprężony i podgrzany za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych, aż do rozpoczęcia termojądrowej reakcji fuzji helu, w której uwalniana jest ogromna ilość energii. Nastąpi eksplozja, a rakieta dostanie dopalacz. A ponieważ zapasy wodoru w przestrzeni międzygwiazdowej są niewyczerpane, strumień strumieniowy mógłby trwać wiecznie.

Konstrukcja statku z silnikiem strumieniowym przypomina rożek do lodów. Lejek wychwytuje gazowy wodór, który następnie dostaje się do silnika, nagrzewa się i łączy z innymi atomami wodoru. Bussard obliczył, że silnik strumieniowy o masie około 1000 ton jest w stanie utrzymać stałe przyspieszenie około 10 m/s 2 (czyli w przybliżeniu równe przyspieszeniu swobodnego spadania na Ziemię); w tym przypadku za rok statek kosmiczny przyspieszy do około 77% prędkości światła. Ponieważ silnik strumieniowy nie jest ograniczony rezerwami paliwa, statek kosmiczny z takim silnikiem mógłby teoretycznie wyjść poza naszą Galaktykę i dotrzeć do Mgławicy Andromeda, znajdującej się w odległości 2 milionów lat świetlnych od nas, w ciągu zaledwie 23 lat według zegarów okrętowych. (Zgodnie z teorią względności Einsteina czas zwalnia w przyspieszającym statku kosmicznym, więc astronauci w statku kosmicznym osiągną wiek tylko 23 lata, nawet jeśli na Ziemi minęły miliony lat).

Jednak i tutaj pojawiają się poważne problemy. Po pierwsze, w ośrodku międzygwiazdowym znajdują się głównie pojedyncze protony, więc silnik fuzyjny musiałby spalać czysty wodór, chociaż ta reakcja nie dostarcza dużej energii. (Fuzja wodoru może przebiegać na różne sposoby. Obecnie na Ziemi naukowcy preferują wariant wpływu deuteru i trytu, który uwalnia znacznie więcej energii. Jednak w ośrodku międzygwiazdowym wodór występuje w postaci pojedynczych protonów, więc tylko reakcja fuzji proton-proton, w której energia jest uwalniana znacznie mniej niż w reakcji deuter-tryt). Bussard wykazał jednak, że jeśli mieszanka paliwowa zostanie zmodyfikowana przez dodanie pewnej ilości węgla, wówczas węgiel działający jako katalizator dostarczają ogromnej ilości energii, wystarczającej dla statku kosmicznego.

Po drugie, lejek przed statkiem kosmicznym, aby zebrać wystarczającą ilość wodoru, musi być ogromny - około 160 km średnicy, więc będzie musiał zostać zebrany w kosmosie.

Jest jeszcze jeden nierozwiązany problem. W 1985 r. inżynierowie Robert Zubrin i Dana Andrews wykazali, że odporność środowiskowa uniemożliwi statkowi napędzanemu fuzją kosmiczną osiągnięcie prędkości bliskich światłu. Ten opór wynika z ruchu statku i lejka w polu atomów wodoru. Jednak ich obliczenia opierają się na pewnych założeniach, które mogą w przyszłości nie mieć zastosowania do statków z silnikami strumieniowymi.

Obecnie, chociaż nie mamy jasnych poglądów na temat procesu fuzji proton-proton (a także na temat odporności jonów wodorowych w ośrodku międzygwiazdowym), perspektywy silnika jądrowego strumieniowego pozostają niepewne. Ale jeśli te problemy inżynierskie da się rozwiązać, taka konstrukcja z pewnością okaże się jedną z najlepszych.

Rakiety na antymaterię

Inną opcją jest użycie antymaterii, największego źródła energii we wszechświecie, dla statku kosmicznego. Antymateria jest przeciwieństwem materii w tym sensie, że wszystkie części składowe atomu mają przeciwne ładunki. Na przykład elektron ma ładunek ujemny, a antyelektron (pozyton) ma ładunek dodatni. Kiedy wchodzi w kontakt z materią, antymateria ulega anihilacji. W tym samym czasie uwalnia się tyle energii, że łyżeczka antymaterii wystarczyłaby do zniszczenia całego Nowego Jorku.

Antymateria jest tak potężną rzeczą, że złoczyńcy z Aniołów i demonów Dana Browna budują z niej bombę i wkrótce wysadzą Watykan; Według spisku kradną antymaterię z największego europejskiego centrum badań jądrowych CERN, znajdującego się w Szwajcarii pod Genewą. W przeciwieństwie do bomby wodorowej, która ma tylko 1% skuteczności, bomba na antymaterię byłaby skuteczna w 100%. Podczas anihilacji materii i antymaterii energia jest uwalniana zgodnie z równaniem Einsteina: E=mc 2 .

W zasadzie antymateria jest idealnym paliwem rakietowym. Gerald Smith z Pennsylvania State University oszacował, że 4 mg antymaterii wystarczy, by polecieć na Marsa, a sto gramów przeniesie statek do najbliższych gwiazd. Zniszczenie antymaterii uwalnia miliard razy więcej energii niż można uzyskać z tej samej ilości nowoczesnego paliwa rakietowego. Silnik antymaterii wyglądałby całkiem prosto. Można po prostu wstrzykiwać cząsteczki antymaterii, jedna po drugiej, do specjalnej komory rakiety. Tam unicestwiają się zwykłą materią, powodując tytaniczną eksplozję. Ogrzane gazy są następnie wyrzucane z jednego końca komory, tworząc ciąg odrzutowy.

Nadal jesteśmy bardzo dalecy od realizacji tego marzenia. Naukowcom udało się uzyskać antyelektrony i antyprotony, a także atomy antywodoru, w których antyelektron krąży wokół antyprotonu. Dokonano tego zarówno w CERN, jak i w Fermi National Accelerator Laboratory (powszechniej określanym jako Fermilab) w pobliżu Chicago w Tevatron, drugim co do wielkości akceleratorze cząstek na świecie (jedynie Wielki Zderzacz Hadronów w CERN jest większy). W obu laboratoriach fizycy wysłali do celu strumień wysokoenergetycznych cząstek i otrzymali strumień fragmentów, wśród których znalazły się antyprotony. Za pomocą potężnych magnesów antymateria została oddzielona od zwykłej materii. Powstałe antyprotony zostały następnie spowolnione i pozostawione do zmieszania z antyelektronami, w wyniku czego powstały atomy antywodoru.

Dave McGinnis, jeden z fizyków Fermilabu, długo i intensywnie myślał o praktycznym wykorzystaniu antymaterii. On i ja staliśmy obok Tevatrona, a Dave wyjaśnił mi zniechęcającą ekonomię antymaterii. Powiedział, że jedynym znanym sposobem na uzyskanie znaczącej ilości antymaterii jest użycie potężnego zderzacza, takiego jak Tevatron; ale te maszyny są niezwykle drogie i mogą wytwarzać antymaterię tylko w bardzo małych ilościach. Na przykład w 2004 roku zderzacz w CERN dał naukowcom kilka bilionowych grama antymaterii, a ta przyjemność kosztowała naukowców 20 milionów dolarów. Za tę cenę światowa gospodarka zbankrutuje, zanim będzie można pozyskać wystarczającą ilość antymaterii na jedną gwiezdną misję. Same silniki na antymaterię, jak podkreślił McGinnis, nie są niczym szczególnie skomplikowanym i na pewno nie są sprzeczne z prawami natury. Ale koszt takiego silnika nie pozwoli na jego faktyczne zbudowanie w najbliższej przyszłości.

Jednym z powodów tak szalenie wysokich kosztów antymaterii są ogromne sumy, które trzeba przeznaczyć na budowę akceleratorów i zderzaczy. Jednak same akceleratory są maszynami uniwersalnymi i służą głównie nie do produkcji antymaterii, ale do pozyskiwania wszelkiego rodzaju egzotycznych cząstek elementarnych. To narzędzie do badań fizycznych, a nie aparatura przemysłowa.

Można przypuszczać, że opracowanie nowego typu zderzacza, zaprojektowanego specjalnie do produkcji antymaterii, mogłoby znacznie obniżyć jego koszt. Wtedy masowa produkcja takich maszyn umożliwiłaby uzyskanie znacznej ilości antymaterii. Harold Gerrish z NASA jest przekonany, że cena antymaterii może w końcu spaść do 5000 dolarów za mikrogram.

Inną możliwością wykorzystania antymaterii jako paliwa rakietowego jest znalezienie meteorytu antymaterii w przestrzeni kosmicznej. Gdyby taki obiekt został znaleziony, jego energia najprawdopodobniej wystarczyłaby na więcej niż jeden statek kosmiczny. Trzeba powiedzieć, że w 2006 roku w ramach rosyjskiego satelity Resurs-DK wystrzelono europejski instrument PAMELA, którego celem jest poszukiwanie naturalnej antymaterii w kosmosie.

Jeśli antymaterię można znaleźć w kosmosie, ludzkość będzie musiała wymyślić coś w rodzaju sieci elektromagnetycznej, aby ją zebrać.

Tak więc, chociaż międzygwiezdne statki kosmiczne oparte na antymaterii są bardzo realnym pomysłem i nie są sprzeczne z prawami natury, najprawdopodobniej nie pojawią się w XXI wieku, chyba że pod sam koniec wieku naukowcy będą w stanie obniżyć koszty antymateria do jakiejkolwiek rozsądnej wartości. Ale jeśli da się to zrobić, projekt statku kosmicznego na antymaterię z pewnością będzie jednym z pierwszych, które będą brane pod uwagę.

Nanostatki

Od dawna jesteśmy przyzwyczajeni do efektów specjalnych w filmach takich jak Gwiezdne Wojny i Star Trek; myśl o statkach kosmicznych przywołuje obrazy wielkich futurystycznych maszyn, najeżonych ze wszystkich stron najnowszymi wynalazkami w dziedzinie zaawansowanych technologicznie urządzeń. Tymczasem istnieje inna możliwość: wykorzystanie nanotechnologii do stworzenia maleńkich statków kosmicznych, nie większych niż naparstek lub igła, a nawet mniejszych. Z góry jesteśmy pewni, że statki kosmiczne muszą być ogromne, jak Enterprise i przewozić całą załogę astronautów. Ale za pomocą nanotechnologii główne funkcje statku kosmicznego można sprowadzić do minimalnej objętości, a wtedy nie jeden wielki statek poleci do gwiazd, w których załoga będzie musiała żyć przez wiele lat, ale miliony maleńkich nanostatków . Być może tylko niewielka ich część dotrze do celu, ale najważniejsze zostanie zrobione: po dotarciu do jednego z satelitów systemu docelowego statki te zbudują fabrykę i zapewnią produkcję nieograniczonej liczby własnych kopii.

Vint Cerf uważa, że ​​nanostatki można wykorzystać zarówno do badania Układu Słonecznego, jak i – ostatecznie – do latania do gwiazd. Mówi: „Jeśli zaprojektujemy małe, ale potężne nanourządzenia, które można łatwo przetransportować i dostarczyć na powierzchnię, pod powierzchnię i do atmosfery naszych sąsiednich planet i satelitów, badanie Układu Słonecznego stanie się znacznie skuteczniejsze… Te same możliwości można rozszerzyć na badania międzygwiezdne”.

Wiadomo, że w naturze ssaki wydają na świat tylko nieliczne potomstwo i dbają o to, by wszystkie przeżyły. Przeciwnie, owady rodzą ogromną liczbę młodych, ale tylko niewielka ich część przeżywa. Obie strategie są na tyle skuteczne, że pozwalają gatunkom istnieć na planecie przez wiele milionów lat. W ten sam sposób możemy wysłać w kosmos jeden bardzo drogi statek kosmiczny - lub miliony maleńkich statków, z których każdy będzie kosztował pensa i zużywał bardzo mało paliwa.

Sama koncepcja nanostatków opiera się na bardzo udanej strategii, która jest szeroko stosowana w przyrodzie: strategii stada. Ptaki, pszczoły i im podobne często latają w stadach lub rojach. Nie chodzi tylko o to, że duża liczba Spokrewnionych gwarantuje bezpieczeństwo; ponadto stado działa jako system wczesnego ostrzegania. Jeśli na jednym końcu watahy stanie się coś niebezpiecznego - na przykład atak drapieżnika, informacja o tym natychmiast otrzymuje cała wataha. Stado jest bardzo wydajne i energiczne. Ptaki, lecące w charakterystyczną figurę w kształcie litery V - klin, wykorzystują turbulentne przepływy ze skrzydła sąsiada z przodu i tym samym ułatwiają im lot.

Naukowcy mówią o roju, stadzie lub rodzinie mrówek jako o „superorganizmie”, który w niektórych przypadkach ma własny umysł, niezależny od zdolności poszczególnych jego składników. Na przykład układ nerwowy mrówki jest bardzo prosty, a mózg bardzo mały, ale razem rodzina mrówek jest w stanie zbudować najbardziej złożoną strukturę - mrowisko. Naukowcy mają nadzieję wykorzystać lekcje natury w rozwoju robotów „stadowych”, które pewnego dnia być może będą musiały udać się w daleką podróż na inne planety i gwiazdy.

Pod pewnymi względami wszystko to przypomina koncepcję „inteligentnego pyłu”, którą rozwija Pentagon: miliardy cząstek wyposażonych w maleńkie czujniki są rozpraszane w powietrzu i przeprowadzają zwiad. Każdy czujnik sam w sobie nie myśli i dostarcza tylko maleńkie ziarno informacji, ale razem mogą dostarczyć swoim właścicielom góry wszelkiego rodzaju danych. DARPA sponsoruje badania w tej dziedzinie z myślą o przyszłych zastosowaniach wojskowych, takich jak wykorzystanie czującego pyłu do śledzenia pozycji wroga na polu bitwy. W 2007 i 2009 roku Siły Powietrzne opublikowały szczegółowe plany uzbrojenia na kilka następnych dziesięcioleci; ma wszystko, od zaawansowanych wersji drona Predator (obecnie kosztuje 4,5 miliona dolarów) po ogromne roje maleńkich tanich czujników wielkości główki szpilki.

Naukowcy są również zainteresowani tą koncepcją. Roje czującego pyłu byłyby przydatne do obserwacji huraganu w czasie rzeczywistym z tysiąca różnych punktów obserwacyjnych; w ten sam sposób można było obserwować burze, erupcje wulkanów, trzęsienia ziemi, powodzie, pożary lasów i inne zjawiska naturalne. Na przykład w filmie Tornado oglądamy zespół dzielnych łowców huraganów, którzy ryzykują życiem i zdrowiem, umieszczając czujniki wokół tornada. Jest to nie tylko bardzo ryzykowne, ale też mało skuteczne. Zamiast ryzykować życie, umieszczając kilka czujników wokół krateru wulkanu podczas erupcji lub wokół kolumny tornada idącej przez step i otrzymywać od nich informacje o temperaturze, wilgotności i prędkości wiatru, znacznie efektywniej byłoby rozproszyć inteligentny pył w w powietrzu i odbieraj dane jednocześnie z tysięcy różnych punktów rozsianych na obszarze setek kilometrów kwadratowych. W komputerze dane te zostaną połączone w trójwymiarowy obraz, który pokaże w czasie rzeczywistym rozwój huraganu lub różne fazy erupcji. Komercyjne przedsiębiorstwa już pracują nad próbkami tych maleńkich czujników, a niektóre z nich są naprawdę nie większe niż główka od szpilki.

Kolejną zaletą nanostatków jest to, że potrzebują bardzo mało paliwa, aby dotrzeć do przestrzeni kosmicznej. Podczas gdy ogromne pojazdy nośne mogą przyspieszyć tylko do 11 km/s, małe obiekty, takie jak nanostatki, można stosunkowo łatwo wystrzelić w kosmos z niewiarygodnie dużymi prędkościami. Na przykład cząstki elementarne można przyspieszać do prędkości podświetlnych za pomocą zwykłego pola elektrycznego. Jeśli nanocząstkom nadamy niewielki ładunek elektryczny, można je również łatwo przyśpieszyć za pomocą pola elektrycznego.

Zamiast wydawać ogromne sumy na wysyłanie sond międzyplanetarnych, każdy nanostatek mógłby otrzymać możliwość samodzielnej replikacji; w ten sposób nawet pojedynczy nanobot mógłby zbudować fabrykę nanobotów, a nawet bazę księżycową. Następnie nowe samoreplikujące się sondy wyruszą na eksplorację innych światów. (Problem polega na stworzeniu pierwszego nanobota zdolnego do samokopiowania, a to wciąż kwestia bardzo odległej przyszłości.)

W latach 80. NASA potraktowała pomysł samoreplikującego się robota wystarczająco poważnie, aby zlecić specjalne badanie z Uniwersytetu Santa Clara zatytułowane „Zaawansowana automatyzacja zadań kosmicznych” w celu szczegółowego zbadania kilku możliwych opcji. Jeden ze scenariuszy rozważanych przez naukowców NASA obejmował wysyłanie małych, samoreplikujących się robotów na Księżyc. Tam roboty miały stworzyć własną produkcję z improwizowanych materiałów.

Raport z tego programu poświęcony był głównie stworzeniu zakładu chemicznego do przetwarzania gleby księżycowej (regolit). Przypuszczano np., że robot wyląduje na księżycu, podzieli się na części składowe, a następnie złoży je w nową konfigurację, podobnie jak zabawkowy robot transformatorowy. Robot mógł więc montować duże paraboliczne lustra, aby skupić światło słoneczne i zacząć topić regolit. Następnie za pomocą kwasu fluorowodorowego wydobywał ze stopionego regolitu użyteczne metale i inne substancje. Z metali można by zbudować bazę księżycową. Z czasem robot zbudowałby również małą księżycową fabrykę do produkcji własnych kopii.

Na podstawie tego raportu NASA Institute for Advanced Concepts uruchomił serię projektów opartych na wykorzystaniu samoreplikujących się robotów. Mason Peck z Cornell University był jednym z tych, którzy poważnie podeszli do idei małych statków kosmicznych.

Poszedłem do laboratorium Dziobaka i na własne oczy zobaczyłem stół warsztatowy zaśmiecony różnego rodzaju komponentami, które pewnego dnia mogą trafić w kosmos. Obok stołu warsztatowego znajdowało się małe, czyste pomieszczenie z plastikowymi ścianami, w którym montowano delikatne elementy przyszłych satelitów.

Wizja Pecka dotycząca eksploracji kosmosu bardzo różni się od wszystkiego, co widzimy w hollywoodzkich filmach. Sugeruje to możliwość stworzenia mikroukładu mierzącego jeden centymetr na centymetr i ważącego jeden gram, który można przyspieszyć do 1% prędkości światła. Na przykład może skorzystać z efektu procy, dzięki któremu NASA przyspiesza swoje stacje międzyplanetarne do ogromnych prędkości. Ten manewr grawitacyjny obejmuje przelot obok planety; w podobny sposób kamień w procy, przytrzymywany przez pas grawitacyjny, przyspiesza, leci po okręgu i strzela we właściwym kierunku. Tutaj grawitacja planety pomaga zwiększyć prędkość statku kosmicznego.

Ale Peck chce użyć sił magnetycznych zamiast grawitacji. Spodziewa się, że mikrostatek opisze pętlę w polu magnetycznym Jowisza, która jest 20 000 razy silniejsza niż pole magnetyczne Ziemi i jest dość porównywalna z polami w akceleratorach naziemnych zdolnych do przyspieszania cząstek elementarnych do energii bilionów elektronowoltów.

Pokazał mi próbkę, mikrochip, który, jak sądził, mógłby pewnego dnia wyruszyć w długą podróż wokół Jowisza. Był to malutki kwadracik mniejszy niż czubek palca, dosłownie wypchany wszelkiego rodzaju naukowymi materiałami. Ogólnie rzecz biorąc, aparat międzygwiezdny Pecka będzie bardzo prosty. Z jednej strony chip posiada baterię słoneczną, która powinna dostarczać mu energii do komunikacji, z drugiej - nadajnik radiowy, kamerę wideo i inne czujniki. To urządzenie nie ma silnika, a pole magnetyczne Jowisza będzie musiało go rozproszyć. (Niestety, w 2007 roku NASA Institute for Advanced Concepts, który od 1998 roku finansował ten i inne innowacyjne projekty programu kosmicznego, został zamknięty z powodu cięć budżetowych.)

Widzimy, że wizja statków kosmicznych Pecka bardzo różni się od science fiction, w której ogromne statki kosmiczne przemierzają wszechświat pod kontrolą zespołu dzielnych astronautów. Na przykład, gdyby baza naukowa pojawiła się na jednym z księżyców Jowisza, dziesiątki takich małych statków można by wystrzelić na orbitę wokół gazowego giganta. Gdyby między innymi na tym księżycu znajdowała się bateria dział laserowych, maleńkie statki można by rozpędzić do zauważalnego ułamka prędkości światła, przyspieszając je wiązką laserową.

Nieco później zadałem Peckowi proste pytanie: czy mógłby zmniejszyć swój chip do rozmiaru cząsteczki przy użyciu nanotechnologii? Wtedy nawet pole magnetyczne Jowisza nie będzie wymagane - można je rozpędzić do prędkości podświetlnych w konwencjonalnym akceleratorze zbudowanym na Księżycu. Powiedział, że to możliwe, ale nie dopracował jeszcze szczegółów.

Wzięliśmy więc kartkę papieru i razem zaczęliśmy pisać na niej równania i zastanawiać się, co z tego wyniknie. (W ten sposób my naukowcy komunikujemy się ze sobą — podchodząc do tablicy kredą lub biorąc kartkę papieru i próbując rozwiązać problem za pomocą różnych wzorów.) Napisaliśmy równanie siły Lorentza, którego zamierza użyć Peck napędzać jego statki wokół Jowisza. Następnie mentalnie zredukowaliśmy statki do rozmiarów cząsteczek i umieściliśmy je w hipotetycznym akceleratorze, takim jak Wielki Zderzacz Hadronów. Szybko zdaliśmy sobie sprawę, że z konwencjonalnym akceleratorem umieszczonym na Księżycu, nasze nanostatki można bez problemu rozpędzić do prędkości zbliżonej do prędkości światła. Zmniejszając rozmiar statku kosmicznego z centymetrowej płytki do cząsteczki, byliśmy w stanie zmniejszyć akcelerator potrzebny do ich przyspieszenia; teraz zamiast Jowisza moglibyśmy użyć tradycyjnego akceleratora cząstek. Pomysł wydał nam się całkiem realistyczny.

Jednak po ponownej analizie równań doszliśmy do ogólnego wniosku: jedynym problemem jest stabilność i wytrzymałość nanostatków. Czy akcelerator nie rozerwie naszych cząsteczek? Niczym piłka na sznurku, te nanostatki, przyspieszając do prędkości bliskich światłu, doświadczają działania sił odśrodkowych. Ponadto będą naładowane elektrycznie, więc nawet siły elektryczne zagrożą ich integralności. Ogólny wniosek: tak, nanostatki są realną możliwością, ale minie dziesięciolecia badań, zanim chip Pecka zostanie zredukowany do rozmiaru cząsteczki i wzmocniony tak, aby przyspieszenie do prędkości bliskiej światłu nie mogło go w żaden sposób uszkodzić.

Tymczasem Mason Peck marzy o wysłaniu roju nanostatków kosmicznych do najbliższej gwiazdy w nadziei, że przynajmniej część z nich pokona dzielącą nas przestrzeń międzygwiezdną. Ale co zrobią, kiedy dotrą do celu?

W tym miejscu do gry wkracza projekt Pei Zhanga z Carnegie Mellon University w Dolinie Krzemowej. Stworzył całą flotyllę minihelikopterów, które być może pewnego dnia mają wznieść się w atmosferę obcej planety. Z dumą pokazał mi swój rój minibotów, przypominających zabawkowe helikoptery. Jednak zewnętrzna prostota jest zwodnicza. Bardzo dobrze widziałem, że w każdym z nich jest chip wypchany najbardziej skomplikowaną elektroniką. Jednym naciśnięciem przycisku Zhang uniósł w powietrze cztery miniboty, które natychmiast rozproszyły się w różnych kierunkach i zaczęły przekazywać nam informacje. Wkrótce ze wszystkich stron otoczyły mnie miniboty.

Takie helikoptery, jak powiedział mi Zhang, mają nieść pomoc w krytycznych sytuacjach, takich jak pożar lub eksplozja; ich zadaniem jest zbieranie informacji i rozpoznanie. Z czasem miniboty mogą być wyposażone w kamery telewizyjne i czujniki temperatury, ciśnienia, kierunku wiatru itp.; w przypadku klęski żywiołowej lub katastrofy spowodowanej przez człowieka takie informacje mogą mieć kluczowe znaczenie. Tysiące minibotów można wystrzelić nad pole bitwy, pożar lasu lub (dlaczego nie?) nad niezbadany obcy krajobraz. Wszyscy są ze sobą w stałym kontakcie. Jeśli jeden minibot napotka przeszkodę, reszta od razu się o tym dowie.

Tak więc jednym ze scenariuszy podróży międzygwiezdnych jest wystrzelenie tysięcy tanich, jednorazowych chipów, podobnych do chipa Masona Pecka, lecących z prędkością bliską światłu w kierunku najbliższej gwiazdy. Jeśli nawet niewielka ich część dotrze do celu, ministatki wypuszczą skrzydła lub śmigła i niczym mechaniczny rój Pei Zhanga przelecą nad bezprecedensowym obcym krajobrazem. Będą wysyłać informacje drogą radiową bezpośrednio na Ziemię. Gdy tylko odkryte zostaną obiecujące planety, wystartuje druga generacja ministatków; ich zadaniem będzie już budowa fabryk do produkcji tych samych ministatków w pobliżu odległej gwiazdy, które następnie trafią do następnej gwiazdy. Proces będzie się rozwijał w nieskończoność.

Exodus z Ziemi?

Do 2100 najprawdopodobniej wyślemy astronautów na Marsa i pas planetoid, zbadamy księżyce Jowisza i poważnie podejdziemy do wysłania sondy do gwiazd.

Ale co z ludzkością? Czy będziemy mieli kolonie kosmiczne i czy będą w stanie rozwiązać problem przeludnienia? Czy znajdziemy nowy dom w kosmosie? Czy rasa ludzka zacznie opuszczać Ziemię do 2100 roku?

Nie. Biorąc pod uwagę koszty podróży kosmicznych, większość ludzi nie wejdzie na pokład statku kosmicznego i nie zobaczy odległych planet w 2100 roku lub nawet znacznie później. Być może do tego czasu garstka astronautów zdąży stworzyć kilka maleńkich placówek ludzkości na innych planetach i satelitach, ale ludzkość jako całość pozostanie przykuta do Ziemi.

Skoro Ziemia będzie domem ludzkości przez ponad sto lat, zadajmy sobie pytanie: jak rozwinie się ludzka cywilizacja? Jaki wpływ będzie miała nauka na styl życia, pracę i społeczeństwo? Nauka jest motorem dobrobytu, warto więc zastanowić się, jak zmieni ona cywilizację człowieka i nasze samopoczucie w przyszłości.

Uwagi:

Podstawą do określenia współrzędnych użytkownika nie jest pomiar przesunięć częstotliwości, a jedynie czas przejścia sygnałów z kilku satelitów znajdujących się w różnych (ale w każdym momencie znanych) odległościach od niego. Aby wyznaczyć trzy współrzędne przestrzenne, w zasadzie wystarczy przetworzyć sygnały z czterech satelitów, choć zwykle odbiornik „uwzględnia” wszystkie nadające się do użytku satelity, które w danej chwili słyszy. Istnieje również dokładniejsza (ale też trudniejsza do wykonania) metoda polegająca na pomiarze fazy odbieranego sygnału. - Około. za.

Albo w innym ziemskim języku, w zależności od tego, gdzie kręcono film. - Około. za.

Projekt TPF rzeczywiście od dawna znajdował się w długoterminowych planach NASA, ale zawsze pozostawał „projektem papierowym”, dalekim od etapu praktycznej realizacji. Ani on, ani drugi projekt z tego samego obszaru tematycznego - Fotograf planet podobnych do Ziemi (TPI) nie jest uwzględniony w propozycji budżetu na rok 2012. Być może ich następcą będzie misja New Worlds do obrazowania i spektroskopii planet podobnych do Ziemi, ale nic nie można powiedzieć o czasie jej startu. - Około. za.

Tak naprawdę nie chodziło o czułość, ale o jakość lustrzanej powierzchni. - Około. za.

Projekt ten został wybrany w lutym 2009 roku do wspólnej realizacji przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną. Na początku 2011 roku Amerykanie wycofali się z projektu z powodu braku funduszy, a Europa odłożyła decyzję o udziale w nim do lutego 2012 roku. Wspomniany poniżej projekt Ice Clipper został zgłoszony do konkursu NASA w 1997 roku i nie został zaakceptowany. - Około. za.

Niestety ten tekst jest nieaktualny. Podobnie jak EJSM, ten wspólny projekt utracił wsparcie USA na początku 2011 r. i jest w trakcie przeglądu, uzyskując te same fundusze w budżecie EKA, co EJSM i Międzynarodowe Obserwatorium Rentgenowskie IXO. Tylko jeden z tych trzech projektów w formie skróconej może zostać przyjęty do realizacji w 2012 roku, a uruchomienie może nastąpić po 2020 roku – przyp. za.

A niektóre z nich są wątpliwe. - Około. za.

Ściśle mówiąc, tak nazywał się program NASA, mający na celu spełnienie wymagań Busha, którego główne postanowienia autor opisuje poniżej. - Około. za.

Stany Zjednoczone po prostu mają rakiety i nie trzeba ich wymyślać od zera: statek Orion może zostać wystrzelony z ciężką wersją – lotniskowcem Delta IV, a lżejszymi prywatnymi statkami – na rakietach Atlas V lub Falcon-9. Ale nie ma ani jednego gotowego załogowego statku kosmicznego i nie będzie go w ciągu najbliższych trzech lub czterech lat. - Około. za.

Nie chodzi oczywiście o odległość, ale o zestaw i zmniejszenie prędkości wymaganej do lotów. Pożądane jest również ograniczenie czasu trwania wyprawy w celu zminimalizowania narażenia załogi na promieniowanie. Podsumowując, ograniczenia te mogą skutkować wzorcem lotu z bardzo wysokim zużyciem paliwa, a co za tym idzie dużą masą kompleksu ekspedycyjnego i jego kosztami. - Około. za.

To nie jest prawda. Gorące gazy przedostały się do lewego skrzydła Columbii i po dłuższym ogrzewaniu pozbawiły je wytrzymałości. Skrzydło uległo deformacji, statek stracił jedyną poprawną orientację podczas hamowania w wyższych warstwach atmosfery i został zniszczony przez siły aerodynamiczne. Astronauci zginęli w wyniku rozhermetyzowania i nieznośnych przeciążeń szokowych. - Około. za.

W lutym 2010 roku administracja Obamy ogłosiła całkowite zamknięcie programu Constellation, w tym statku kosmicznego Orion, ale już w kwietniu zgodziła się zachować go jako statek ratunkowy dla ISS. W 2011 roku osiągnięto konsensus co do natychmiastowego rozpoczęcia finansowania superciężkiego lotniskowca SLS opartego na elementach wahadłowca i kontynuacji prac na Orionie bez formalnego ogłoszenia celów obiecującego programu załogowego. - Około. za.

Nic takiego! Po pierwsze Rosjanie i Amerykanie, którzy od pół roku latają razem, lądują zdrowi i już w dniu lądowania mogą chodzić, choć z ostrożnością. Po drugie, stan kosmonautów sowieckich i rosyjskich był taki sam po rekordowych lotach 366 i 438 dni, ponieważ opracowane przez nas środki zwalczania skutków czynników lotów kosmicznych są wystarczające nawet na takie okresy. Po trzecie, Andrijan Nikołajew i Witalij Sewastjanow ledwo mogli raczkować po rekordowym 18-dniowym locie na Sojuz-9 w 1970 roku, kiedy praktycznie nie zastosowano jeszcze żadnych środków zapobiegawczych. - Około. za.

Obracanie się statku lub jego części wokół osi jest dość proste i prawie nie wymaga dodatkowego zużycia paliwa. Inna sprawa, że ​​praca w takich warunkach może nie być zbyt wygodna dla załogi. Jednak praktycznie nie ma danych eksperymentalnych w tym zakresie. - Około. za.

To popularne oszacowanie kosztów ISS jest błędne, ponieważ sztucznie uwzględnia koszt wszystkich lotów wahadłowców w okresie jej budowy i eksploatacji. Projekt i produkcja komponentów stacji, oprzyrządowania naukowego i kontroli lotów są obecnie wyceniane na około 58 miliardów dolarów w ciągu prawie 30 lat (1984-2011). - Około. za.

Winda kosmiczna nie może kończyć się na wysokości orbity geostacjonarnej - aby zawisła nieruchomo i mogła służyć jako wsparcie dla ruchu kabin transportowych, system musi być wyposażony w przeciwwagę na wysokości do 100 tys. km. - Około. za.

Druga instancja tego statku kosmicznego, NanoSail-D2, została wystrzelona 20 listopada 2010 r. wraz z satelitą Fastsat, oddzielona od niego 17 stycznia 2011 r. iz powodzeniem rozmieściła żagiel kosmiczny o powierzchni 10 m2. - Około. za.

W maju 2011 roku trzy eksperymentalne "satelity chipowe" zespołu Pecka zostały dostarczone do ISS do testów wytrzymałościowych w warunkach otwartej przestrzeni. - Około. za.

Taki transfer sam w sobie jest ogromnym zadaniem. - Około. za.