Prędkość statku w przestrzeni w km. Najszybsze rakiety na świecie

11.06.2010 00:10

Niedawno zainstalowano amerykański statek kosmiczny Dawn nowy rekord nabiera prędkości – 25,5 tys. km/h, wyprzedzając swojego głównego konkurenta – sondę Deep Space 1. Osiągnięcie to było możliwe dzięki ultramocnemu silnikowi jonowemu zainstalowanemu w urządzeniu. Zdaniem ekspertów NASA, to daleko od granic jej możliwości.

Prędkość amerykańskiego statku kosmicznego Dawn osiągnęła rekordową wartość 5 czerwca – 25,5 tys. km/h. Jednak zdaniem naukowców w najbliższej przyszłości prędkość statku osiągnie 100 tys. km/h.

Tym samym dzięki swojemu unikalnemu silnikowi Dawn przewyższył swojego poprzednika, sondę Deep Space 1, eksperymentalny automatyczny statek kosmiczny wystrzelony 24 października 1998 roku przez rakietę nośną. To prawda, że ​​Deep Space 1 nadal zachowuje tytuł stacji, której silniki wytrzymały najdłużej. Ale Dawn może wyprzedzić swojego „konkurenta” w tej kategorii już w sierpniu.

Główne zadanie statek kosmiczny wystrzelony trzy lata temu, ma zbadać asteroidę 4 Westa, do której sonda zbliży się w 2011 roku, oraz Planeta krasnoludków Ceres. Naukowcy mają nadzieję uzyskać jak najdokładniejsze dane na temat kształtu, rozmiaru, masy, składu mineralnego i pierwiastkowego tych obiektów znajdujących się pomiędzy orbitami Jowisza i Marsa. Ścieżka ogólna Dystans, jaki musi pokonać sonda Dawn, wynosi 4 miliardy 800 milionów kilometrów.

Od w przestrzeń kosmiczna nie ma powietrza, po przyspieszeniu statek nadal porusza się z tą samą prędkością. Na Ziemi jest to niemożliwe ze względu na spowolnienie spowodowane tarciem. Zastosowanie silników jonowych w pozbawionej powietrza przestrzeni pozwoliło naukowcom uczynić proces stopniowego zwiększania prędkości statku kosmicznego Dawn tak efektywnym, jak to tylko możliwe.

Zasada działania innowacyjnego silnika polega na jonizacji gazu i jego przyspieszaniu za pomocą pola elektrostatycznego. Jednocześnie dzięki wysokiemu stosunkowi ładunku do masy możliwe staje się przyspieszanie jonów do bardzo dużych prędkości. W ten sposób można uzyskać w silniku bardzo wysoki impuls właściwy, co pozwala znacząco zmniejszyć zużycie masy reaktywnej zjonizowanego gazu (w porównaniu do Reakcja chemiczna), ale wymaga Wysokie koszty energia.

Trzy silniki Dawn nie działają stale, ale włączają się na krótko w określonych momentach lotu. Do tej pory przepracowali łącznie 620 dni i zużyli ponad 165 kilogramów ksenonu. Proste obliczenia pokazują, że prędkość sondy zwiększała się o około 100 km/h co cztery dni. Do końca ośmioletniej misji Dawn (choć eksperci nie wykluczają jej przedłużenia) łączny czas pracy silników wyniesie 2000 dni, czyli prawie 5,5 roku. Takie wskaźniki obiecują, że prędkość statku kosmicznego osiągnie 38,6 tys. km/h.

Może się to wydawać niewielką ilością na tle co najmniej pierwszej kosmicznej prędkości, z jaką wystrzeliwane są sztuczne satelity Ziemi, ale dla międzyplanetarny statek kosmiczny bez żadnych zewnętrznych akceleratorów, bez wykonywania specjalnych manewrów w polu grawitacyjnym planet, wynik ten jest naprawdę niezwykły.

Przedstawione zwrócono uwagę czytelników najszybsze rakiety na świecie w całej historii stworzenia.

Prędkość 3,8 km/s

Najszybszy pocisk balistyczny średniego zasięgu o maksymalnej prędkości 3,8 km na sekundę otwiera ranking najszybszych rakiet na świecie. R-12U był zmodyfikowaną wersją R-12. Rakieta różniła się od prototypu brakiem dna pośredniego w zbiorniku utleniacza i niewielkimi zmianami konstrukcyjnymi - w wale nie występowały obciążenia wiatrem, co pozwoliło odciążyć zbiorniki i suche przedziały rakiety oraz wyeliminować potrzebę dla stabilizatorów. Od 1976 roku rakiety R-12 i R-12U zaczęto wycofywać ze służby i zastępować mobilnymi systemami naziemnymi Pioneer. Wycofano je ze służby w czerwcu 1989 r., a do 21 maja 1990 r. w bazie Leśna na Białorusi zniszczono 149 rakiet.

Prędkość 5,8 km/s

Jedna z najszybszych amerykańskich rakiet nośnych o maksymalnej prędkości 5,8 km na sekundę. Jest to pierwszy opracowany międzykontynentalny pocisk balistyczny przyjęty na uzbrojenie Stanów Zjednoczonych. Opracowywany w ramach programu MX-1593 od 1951 roku. Stanowił podstawę arsenału nuklearnego Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych w latach 1959–1964, ale następnie został szybko wycofany ze służby ze względu na pojawienie się bardziej zaawansowanego pocisku Minuteman. Stanowił on podstawę do stworzenia rodziny kosmicznych pojazdów nośnych Atlas, które służą od 1959 roku do dnia dzisiejszego.

Prędkość 6 km/s

UGM-133 A Trójząb II- Amerykański trójstopniowy pocisk balistyczny, jeden z najszybszych na świecie. Jej maksymalna prędkość wynosi 6 km na sekundę. „Trident-2” jest rozwijany od 1977 roku równolegle z lżejszym „Trident-1”. Przyjęty do służby w 1990 roku. Masa startowa – 59 ton. Maks. masa wyrzutu – 2,8 tony przy zasięgu startu 7800 km. Maksymalny zasięg lot ze zmniejszoną liczbą głowic - 11 300 km.

Prędkość 6 km/s

Jeden z najszybszych na świecie rakiet balistycznych na paliwo stałe będący na wyposażeniu Rosji. Ma minimalny promień uszkodzeń 8000 km i przybliżoną prędkość 6 km/s. Rakieta jest rozwijana od 1998 roku w Moskiewskim Instytucie Inżynierii Cieplnej, który opracował ją w latach 1989-1997. rakieta naziemna „Topol-M”. Do chwili obecnej przeprowadzono 24 starty próbne Buławy, piętnaście z nich uznano za udane (podczas pierwszego startu wystrzelono masowy prototyp rakiety), dwa (siódmy i ósmy) zakończyły się częściowym sukcesem. Ostatni start testowy rakiety odbył się 27 września 2016 roku.

Prędkość 6,7 km/s

Minuteman LGM-30 G- jeden z najszybszych lądowych międzykontynentalnych rakiet balistycznych na świecie. Jego prędkość wynosi 6,7 km na sekundę. Szacowany zasięg lotu LGM-30G Minuteman III wynosi od 6000 do 10 000 kilometrów, w zależności od rodzaju głowicy bojowej. Minuteman 3 służy w USA od 1970 roku do dnia dzisiejszego. Jest to jedyny w USA pocisk umieszczony w silosie. Pierwszy start rakiety odbył się w lutym 1961 r., modyfikacje II i III wprowadzono odpowiednio w 1964 i 1968 r. Rakieta waży około 34 473 kilogramów i jest wyposażona w trzy silniki na paliwo stałe. Planuje się, że rakieta będzie na służbie do 2020 roku.

Prędkość 7 km/s

Najszybszy na świecie pocisk przeciwrakietowy, przeznaczony do niszczenia celów wysoce zwrotnych i rakiet hipersonicznych wystrzeliwanych na duże wysokości. Testy serii 53T6 kompleksu Amur rozpoczęły się w 1989 roku. Jego prędkość wynosi 5 km na sekundę. Rakieta to 12-metrowy spiczasty stożek bez wystających części. Jego korpus wykonany jest ze stali o wysokiej wytrzymałości przy użyciu uzwojenia kompozytowego. Konstrukcja rakiety pozwala jej wytrzymać duże przeciążenia. Przechwytywacz wystrzeliwuje ze 100-krotnym przyspieszeniem i jest w stanie przechwytywać cele lecące z prędkością do 7 km na sekundę.

Prędkość 7,3 km/s

Najpotężniejszy i najszybszy rakieta nuklearna na świecie z prędkością 7,3 km na sekundę. Jego celem jest przede wszystkim zniszczenie najlepiej ufortyfikowanych stanowisk dowodzenia, silosów rakiet balistycznych i baz lotniczych. Materiały wybuchowe nuklearne zawarte w jednym pocisku mogą zniszczyć Duże miasto, bardzo duża część USA. Dokładność trafienia wynosi około 200-250 metrów. Pocisk znajduje się w najsilniejszych silosach na świecie. SS-18 ma 16 platform, z których jedna jest wypełniona wabikami. Wchodząc na wysoką orbitę, wszystkie głowy „Szatana” wędrują „w chmurze” fałszywych celów i praktycznie nie są identyfikowane przez radary”.

Prędkość 7,9 km/s

Międzykontynentalny pocisk balistyczny (DF-5A) o maksymalnej prędkości 7,9 km na sekundę otwiera pierwszą trójkę najszybszych na świecie. Chiński międzykontynentalny pocisk balistyczny DF-5 wszedł do służby w 1981 roku. Może przenosić ogromną głowicę bojową o masie 5 MT i ma zasięg ponad 12 000 km. DF-5 ma odchylenie około 1 km, co oznacza, że ​​​​rakieta ma jeden cel - niszczenie miast. Rozmiar głowicy, ugięcie i fakt, że pełne przygotowanie Wystrzelenie zajmuje zaledwie godzinę, co oznacza, że ​​DF-5 jest bronią karną, zaprojektowaną w celu karania wszelkich potencjalnych napastników. Wersja 5A ma zwiększony zasięg, lepsze odchylenie do 300 m i możliwość przenoszenia wielu głowic bojowych.

R-7 Prędkość 7,9 km/s

R-7- Radziecki, pierwszy międzykontynentalny pocisk balistyczny, jeden z najszybszych na świecie. Jego prędkość maksymalna wynosi 7,9 km na sekundę. Opracowanie i produkcja pierwszych egzemplarzy rakiety trwała w latach 1956-1957 przedsiębiorstwo pod Moskwą OKB-1. Po udanych startach został użyty w 1957 roku do wystrzelenia pierwszego na świecie sztuczne satelity Ziemia. Od tego czasu do startów aktywnie wykorzystywane są rakiety nośne z rodziny R-7 statek kosmiczny do różnych celów, a od 1961 roku te rakiety nośne są szeroko stosowane w załogowej astronautyce. Na bazie R-7 stworzono całą rodzinę rakiet nośnych. W latach 1957–2000 wystrzelono ponad 1800 pojazdów nośnych opartych na R-7, z czego ponad 97% zakończyło się sukcesem.

Prędkość 7,9 km/s

RT-2PM2 „Topol-M” (15Zh65)- najszybszy międzykontynentalny pocisk balistyczny na świecie o maksymalnej prędkości 7,9 km na sekundę. Maksymalny zasięg - 11 000 km. Przenosi jedną głowicę termojądrową o mocy 550 kt. Wersja silosowa została oddana do użytku w 2000 roku. Metodą uruchamiania jest zaprawa. Marsz silnik na paliwo stałe Rakieta pozwala nabrać prędkości znacznie szybciej niż poprzednie typy rakiet podobnej klasy powstałe w Rosji i Związku Radzieckim. To znacznie utrudnia systemom obrony przeciwrakietowej przechwycenie go w aktywnej fazie lotu.

Jeden z największych atutów ludzkości ma charakter międzynarodowy stacja Kosmiczna lub ISS. Kilka państw zjednoczyło się, aby go stworzyć i obsługiwać na orbicie: Rosja, niektóre kraje europejskie, Kanada, Japonia i USA. Aparat ten pokazuje, że wiele można osiągnąć, jeśli kraje stale współpracują. Wszyscy na planecie wiedzą o tej stacji, a wiele osób zadaje pytania, na jakiej wysokości leci ISS i na jakiej orbicie. Ilu astronautów tam było? Czy to prawda, że ​​turyści mają tam wstęp? A to nie wszystko, co jest interesujące dla ludzkości.

Struktura stacji

ISS składa się z czternastu modułów, w których mieszczą się laboratoria, magazyny, toalety, sypialnie i pomieszczenia gospodarcze. Stacja posiada nawet siłownię ze sprzętem do ćwiczeń. Cały kompleks działa na panelach słonecznych. Są ogromne, wielkości stadionu.

Fakty na temat ISS

Stacja w okresie swojej działalności budziła wiele podziwu. Aparat ten jest największym osiągnięciem ludzkich umysłów. Ze względu na swoją konstrukcję, przeznaczenie i cechy można go nazwać perfekcją. Oczywiście, może za 100 lat zaczną budować na Ziemi statki kosmiczne innego typu, ale na razie, na dzień dzisiejszy, to urządzenie jest własnością ludzkości. Świadczą o tym następujące fakty dotyczące ISS:

1. Podczas jego istnienia ISS odwiedziło około dwustu astronautów. Bywali tu także turyści, którzy po prostu przyjechali popatrzeć na Wszechświat z wysokości orbit.
2. Stacja jest widoczna z Ziemi gołym okiem. Struktura ta jest największą spośród sztucznych satelitów i można ją łatwo zobaczyć z powierzchni planety bez użycia żadnego urządzenia powiększającego. Istnieją mapy, na których można zobaczyć, o której i kiedy urządzenie przelatuje nad miastami. Łatwo jest znaleźć informacje o Tobie miejscowość: Zobacz rozkład lotów nad regionem.
3. Aby zmontować stację i utrzymać ją w dobrym stanie, kosmonauci wychodzili ponad 150 razy dziennie. otwarta przestrzeń, spędzając tam około tysiąca godzin.
4. Urządzeniem steruje sześciu astronautów. System podtrzymywania życia zapewnia ciągłą obecność ludzi na stacji od chwili jej uruchomienia.
5. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna to wyjątkowe miejsce, w którym przeprowadza się szeroką gamę eksperymentów laboratoryjnych. Naukowcy dokonują unikalnych odkryć w dziedzinach medycyny, biologii, chemii i fizyki, fizjologii i obserwacji meteorologicznych, a także w innych dziedzinach nauki.
6. Urządzenie wykorzystuje giganta panele słoneczne, którego wielkość sięga obszaru terytorium boisko do piłki nożnej z jego strefami końcowymi. Ich waga wynosi prawie trzysta tysięcy kilogramów.
7. Baterie są w stanie w pełni zapewnić pracę stacji. Ich praca jest uważnie monitorowana.
8. Stacja posiada mini-dom wyposażony w dwie łazienki i siłownię.
9. Lot jest monitorowany z Ziemi. Do sterowania opracowano programy składające się z milionów linii kodu.

Astronauci

Od grudnia 2017 roku w skład załogi ISS wchodzą następujący astronomowie i kosmonauci:

• Anton Shkaplerov – dowódca ISS-55. Stację odwiedził dwukrotnie – w latach 2011-2012 i 2014-2015. Podczas 2 lotów przebywał na stacji przez 364 dni.
• Skeet Tingle – inżynier pokładowy, astronauta NASA. Ten astronauta nie ma żadnego doświadczenia loty kosmiczne.
• Norishige Kanai - inżynier pokładowy, japoński astronauta.
• Aleksander Misurkin. Pierwszy lot odbył się w 2013 roku i trwał 166 dni.
• Macr Vande Hai nie ma doświadczenia w lataniu.
• Józef Akaba. Pierwszy lot odbył się w 2009 roku w ramach Discovery, drugi w 2012 roku.

Ziemia z kosmosu

Z kosmosu na Ziemię otwartą unikalny gatunek. Świadczą o tym zdjęcia i filmy astronautów i kosmonautów. Pracę stacji i kosmiczne krajobrazy można zobaczyć oglądając transmisje online ze stacji ISS. Niektóre kamery są jednak wyłączone ze względu na prace konserwacyjne.

Prawa autorskie do ilustracji Thinkstock

Obecny rekord prędkości w kosmosie wynosi 46 lat. Korespondent zastanawiał się, kiedy zostanie pobity.

My, ludzie, mamy obsesję na punkcie prędkości. Tak więc dopiero w ostatnich miesiącach wyszło na jaw, że studenci w Niemczech ustanowili rekord prędkości samochodu elektrycznego, a Siły Powietrzne USA planują ulepszyć samoloty hipersoniczne tak, aby osiągały prędkość pięciokrotnie większą od prędkości dźwięku, czyli tj. ponad 6100 km/h.

Takie samoloty nie będą miały załogi, ale nie dlatego, że ludzie nie mogą poruszać się z tak dużymi prędkościami. Tak naprawdę ludzie poruszali się już z prędkościami kilkukrotnie większymi od prędkości dźwięku.

Czy istnieje jednak granica, powyżej której nasze szybko pędzące ciała nie będą już w stanie wytrzymać przeciążenia?

Aktualny rekord prędkości podziela po równo trzech astronautów, którzy brali udział w misji kosmicznej Apollo 10 – Tom Stafford, John Young i Eugene Cernan.

W 1969 roku, kiedy astronauci okrążyli Księżyc i powrócili, kapsuła, w której się znajdowali, osiągnęła prędkość, która na Ziemi wynosiłaby 39,897 km/h.

„Myślę, że sto lat temu trudno było sobie wyobrazić, że człowiek może poruszać się w kosmosie z prędkością prawie 40 tysięcy kilometrów na godzinę” – mówi Jim Bray z koncernu lotniczego Lockheed Martin.

Bray jest dyrektorem projektu modułu mieszkalnego dla obiecujący statek Orion, który jest w fazie rozwoju Agencja Kosmiczna USA NASA.

Według twórców statek kosmiczny Orion – wielofunkcyjny i częściowo wielokrotnego użytku – powinien wynieść astronautów na niską orbitę okołoziemską. Bardzo możliwe, że przy jego pomocy uda się pobić rekord prędkości ustanowiony dla człowieka 46 lat temu.

Nowa superciężka rakieta wchodząca w skład Space Launch System ma wykonać swój pierwszy załogowy lot w 2021 roku. Będzie to przelot obok asteroidy znajdującej się na orbicie księżycowej.

Przeciętny człowiek jest w stanie wytrzymać siłę około pięciu G, zanim straci przytomność.

Następnie powinny nastąpić wielomiesięczne wyprawy na Marsa. Obecnie, zdaniem projektantów, zwykła maksymalna prędkość Oriona powinna wynosić około 32 tys. km/h. Jednak prędkość osiągniętą przez Apollo 10 można przekroczyć nawet przy zachowaniu podstawowej konfiguracji statku kosmicznego Orion.

„Orion został zaprojektowany tak, aby latać do różnych celów przez cały okres eksploatacji” – mówi Bray. „Może być znacznie szybszy niż obecnie planujemy”.

Ale nawet Orion nie będzie reprezentował szczytu ludzkiego potencjału prędkości. „Zasadniczo nie ma ograniczeń co do prędkości, z jaką możemy się poruszać, innej niż prędkość światła” – mówi Bray.

Prędkość światła wynosi miliard km/h. Czy jest nadzieja, że ​​uda nam się pokonać różnicę pomiędzy 40 tys. km/h a tymi wartościami?

Co zaskakujące, prędkość jako wielkość wektorowa, wskazująca prędkość i kierunek ruchu, nie stanowi dla człowieka problemu w sensie fizycznym, o ile jest względnie stała i skierowana w jednym kierunku.

W rezultacie ludzie – teoretycznie – mogą poruszać się w przestrzeni jedynie nieco wolniej niż „ograniczona prędkość wszechświata”, czyli tzw. prędkość światła.

Ale nawet jeśli pokonamy znaczące przeszkody technologiczne związane z szybkimi statkami kosmicznymi, nasze delikatne zbiorniki, składające się głównie z wody, staną w obliczu nowych niebezpieczeństw związanych ze skutkami dużej prędkości.

Jeśli ludzie będą mogli się poruszać, mogą powstać jedynie urojone niebezpieczeństwa większa prędkość lekkie dzięki zastosowaniu luk w konstrukcji współczesna fizyka lub poprzez odkrycia, które przełamują schemat.

Jak wytrzymać przeciążenia

Jeśli jednak zamierzamy jechać z prędkością przekraczającą 40 tys. km/h, będziemy musieli do niej dojechać, a następnie zwolnić, powoli i cierpliwie.

Gwałtowne przyspieszanie i równie szybkie zwalnianie są obarczone śmiertelne niebezpieczeństwo dla ludzkiego ciała. Świadczy o tym ciężkość obrażeń powstałych w wyniku wypadków samochodowych, w których prędkość spada z kilkudziesięciu kilometrów na godzinę do zera.

Jaki jest tego powód? W tej właściwości Wszechświata, która nazywa się bezwładnością lub zdolnością ciało fizyczne, posiadający masę, opierają się zmianom swojego stanu spoczynku lub ruchu w przypadku braku lub kompensacji wpływów zewnętrznych.

Idea ta jest sformułowana w pierwszym prawie Newtona, które stwierdza: „Każde ciało jest w dalszym ciągu utrzymywane w swoim stanie spoczynku, czyli jednolitym i ruch prostoliniowy, dopóki i o ile nie zostanie zmuszona przez przyłożone siły do ​​zmiany tego stanu.”

My, ludzie, jesteśmy w stanie wytrzymać ogromne przeciążenia bez poważnych obrażeń, choć tylko przez kilka chwil.

„Stan spoczynku i ruchu z stała prędkość„To normalne dla ludzkiego organizmu” – wyjaśnia Bray. „Należy raczej martwić się stanem człowieka w momencie przyspieszania.”

Około sto lat temu rozwój wytrzymałych samolotów, które mogły manewrować z dużą prędkością, doprowadził pilotów do zgłaszania dziwnych objawów spowodowanych zmianami prędkości i kierunku lotu. Objawy te obejmowały przejściową utratę wzroku i uczucie ciężkości lub nieważkości.

Powodem są siły g, mierzone w jednostkach G, czyli stosunek przyspieszenia liniowego do przyspieszenia swobodny spadek na powierzchni Ziemi pod wpływem przyciągania lub grawitacji. Jednostki te odzwierciedlają wpływ przyspieszenia grawitacyjnego na masę np. ludzkiego ciała.

Przeciążenie 1 G jest równe masie ciała znajdującego się w polu grawitacyjnym Ziemi i przyciągane do środka planety z prędkością 9,8 m/s (na poziomie morza).

Siły przeciążenia występujące pionowo od stóp do głów i odwrotnie, to naprawdę zła wiadomość dla pilotów i pasażerów.

Przy ujemnych przeciążeniach, tj. zwalnia, krew przepływa od palców u nóg do głowy, pojawia się uczucie przesycenia, jak podczas stania na rękach.

„Czerwony welon” (uczucie, którego doświadcza osoba, gdy krew napływa do głowy) pojawia się, gdy nabrzmiałe krwią, przezroczyste dolne powieki unoszą się i zakrywają źrenice oczu.

I odwrotnie, podczas przyspieszania lub dodatnich sił przeciążenia krew przepływa z głowy do stóp, a oczom i mózgowi zaczyna brakować tlenu, ponieważ krew gromadzi się w kończynach dolnych.

Początkowo widzenie staje się zamglone, tj. następuje utrata widzenia barw i przewraca się tak zwana „szara zasłona”, po czym następuje całkowita utrata widzenia lub „czarna zasłona”, ale osoba pozostaje przytomna.

Nadmierne przeciążenie prowadzi do całkowitej utraty przytomności. Ten stan nazywa się omdleniem przeciążeniowym. Wielu pilotów zginęło, ponieważ „czarna zasłona” opadła im na oczy i doszło do katastrofy.

Przeciętny człowiek jest w stanie wytrzymać około pięciu G, zanim straci przytomność.

Piloci ubrani w specjalne kombinezony przeciwprzeciążeniowe i przeszkoleni w zakresie napinania i rozluźniania mięśni tułowia w specjalny sposób, aby utrzymać przepływ krwi z głowy, są w stanie sterować samolotem z prędkością około dziewięciu G.

Po osiągnięciu na orbicie stabilnej prędkości przelotowej wynoszącej 26 000 km/h astronauci osiągają prędkość nie większą niż pasażerowie lotów komercyjnych

"Dla krótkie okresy czas Ludzkie ciało może wytrzymać znacznie większe siły przeciążenia niż dziewięć G, mówi Jeff Świątek, Dyrektor wykonawczy Stowarzyszenie Medycyny Lotniczej z siedzibą w Aleksandrii w Wirginii. - Ale wytrzymują duże przeciążenia długi okres Bardzo niewielu ludzi jest zdolnych do czasu.”

My, ludzie, jesteśmy w stanie wytrzymać ogromne przeciążenia bez poważnych obrażeń, choć tylko przez kilka chwil.

Rekord wytrzymałości krótkoterminowej został ustanowiony przez kapitana Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych Eli Beedinga Jr. w bazie sił powietrznych Holloman w Nowym Meksyku. W 1958 roku, hamując na specjalnych saniach z silnikiem rakietowym, po rozpędzeniu się do 55 km/h w 0,1 sekundy doznał przeciążenia wynoszącego 82,3 G.

Wynik ten zarejestrował akcelerometr przymocowany do jego klatki piersiowej. Beeding również miał „czarną chmurę” na oczach, ale podczas tego niezwykłego pokazu ludzkiej wytrzymałości uszedł z życiem jedynie z siniakami. To prawda, że ​​​​po wyścigu spędził trzy dni w szpitalu.

A teraz w kosmos

Astronauci, w zależności od środka transportu, doświadczyli także dość dużych przeciążeń – od trzech do pięciu G – odpowiednio podczas startów i podczas powrotu do gęstych warstw atmosfery.

Przeciążenia te są tolerowane stosunkowo łatwo, dzięki sprytnemu pomysłowi przypięcia podróżnych kosmicznych do siedzeń w pozycji na brzuchu, twarzą do kierunku lotu.

Po osiągnięciu na orbicie stabilnej prędkości przelotowej wynoszącej 26 000 km/h astronauci nie odczuwają większej prędkości niż pasażerowie lotów komercyjnych.

O ile przeciążenia nie stanowią problemu podczas długich wypraw na statku kosmicznym Orion, to przy małych skałach kosmicznych – mikrometeorytach – wszystko jest bardziej skomplikowane.

Cząstki te wielkości ziarenka ryżu mogą osiągać imponującą, a zarazem niszczycielską prędkość dochodzącą do 300 tys. km/h. Aby zapewnić integralność statku i bezpieczeństwo jego załogi, Orion jest wyposażony w zewnętrzny warstwa ochronna, których grubość waha się od 18 do 30 cm.

Dodatkowo przewidziano dodatkowe osłony ekranujące, zastosowano także pomysłowe rozmieszczenie wyposażenia wewnątrz statku.

„Aby uniknąć utraty systemów lotu kluczowych dla całego statku kosmicznego, musimy dokładnie obliczyć kąty podejścia mikrometeorytów” – mówi Jim Bray.

Bądźcie pewni: mikrometeoryty nie są jedyną przeszkodą wyprawy kosmiczne, podczas którego coraz większą rolę będą odgrywać duże prędkości lotu człowieka w próżni.

Podczas wyprawy na Marsa trzeba będzie rozwiązać inne problemy praktyczne, np. zaopatrzenie załogi w żywność i przeciwdziałanie zwiększone niebezpieczeństwo choroby nowotworowe ze względu na wpływ Ludzkie ciało promieniowanie kosmiczne.

Skrócenie czasu podróży zmniejszy wagę takich problemów, przez co prędkość podróżowania będzie coraz bardziej pożądana.

Lot kosmiczny nowej generacji

Ta potrzeba szybkości postawi nowe przeszkody na drodze podróżników kosmicznych.

Nowy statek kosmiczny NASA, który grozi pobiciem rekordu prędkości Apollo 10, nadal będzie opierał się na sprawdzonych w czasie systemy chemiczne silniki rakietowe, używany od pierwszych lotów kosmicznych. Jednak systemy te mają poważne ograniczenia prędkości ze względu na uwalnianie niewielkich ilości energii na jednostkę paliwa.

Najbardziej preferowanym, choć nieuchwytnym, źródłem energii dla szybkich statków kosmicznych jest antymateria, odpowiednik i antypoda zwykłej materii

Dlatego też, aby znacząco zwiększyć prędkość lotu ludzi udających się na Marsa i dalej, naukowcy uznają, że potrzebne są zupełnie nowe podejścia.

„Systemy, które mamy dzisiaj, są w stanie nam to zapewnić” – mówi Bray, „ale wszyscy chcielibyśmy być świadkami rewolucji w silnikach”.

Eric Davis, starszy fizyk badawczy w Institute for Advanced Study w Austin w Teksasie i sześcioletni uczestnik programu NASA Breakthrough Propulsion Physics Program Projekt badawczy, ukończonego w 2002 r., zidentyfikowało trzy najbardziej obiecujące środki z punktu widzenia tradycyjnej fizyki, które mogą pomóc ludzkości osiągnąć prędkości w miarę wystarczające do podróży międzyplanetarnych.

W skrócie, mówimy o o zjawiskach wydzielania energii podczas rozszczepiania materii, fuzja termojądrowa i anihilacja antymaterii.

Pierwsza metoda polega na rozszczepieniu atomów i jest stosowana w komercyjnych reaktorach jądrowych.

Druga, fuzja termojądrowa, polega na tworzeniu cięższych atomów z prostszych atomów – jest to rodzaj reakcji, która napędza Słońce. To technologia, która fascynuje, ale jest trudna do zrozumienia; „zawsze będzie za 50 lat” – i tak zawsze będzie, jak głosi stare motto branży.

„To jest całkiem Zaawansowana technologia”, mówi Davis, „ale opierają się one na tradycyjnej fizyce i były mocno zakorzenione u zarania ery atomowej”. układy napędowe, oparte na koncepcjach rozszczepienia atomu i syntezy termojądrowej, teoretycznie są w stanie przyspieszyć statek do 10% prędkości światła, tj. do bardzo przyzwoitych 100 milionów km/h.

Najbardziej preferowanym, choć trudnym do osiągnięcia, źródłem energii dla szybkich statków kosmicznych jest antymateria, odpowiednik i antypoda zwykłej materii.

Kiedy dwa rodzaje materii stykają się, niszczą się nawzajem, powodując uwolnienie czystej energii.

Technologie umożliwiające wytwarzanie i magazynowanie – dotychczas niezwykle nieznacznych – ilości antymaterii istnieją już dziś.

Jednocześnie produkcja antymaterii w użytecznych ilościach będzie wymagała nowych specjalnych możliwości nowej generacji, a inżynieria będzie musiała przystąpić do konkurencyjnego wyścigu, aby stworzyć odpowiedni statek kosmiczny.

Ale, jak mówi Davis, dużo świetne pomysły jest już opracowywany na deskach kreślarskich.

Statek kosmiczny napędzany energią antymaterii byłby w stanie przyspieszać miesiącami, a nawet latami i osiągać większy procent prędkości światła.

Jednocześnie przeciążenia na pokładzie pozostaną akceptowalne dla mieszkańców statku.

Jednocześnie tak fantastyczne nowe prędkości będą obarczone innymi zagrożeniami dla ludzkiego ciała.

Miasto energii

Przy prędkościach kilkuset milionów kilometrów na godzinę każda cząstka pyłu w przestrzeni, od rozproszonych atomów wodoru po mikrometeoryty, nieuchronnie staje się pociskiem o wysokiej energii, zdolnym przebić kadłub statku.

„Kiedy poruszasz się z bardzo dużymi prędkościami, oznacza to, że cząstki zbliżające się do ciebie poruszają się z tą samą prędkością” – mówi Arthur Edelstein.

Pracował ze swoim zmarłym ojcem, Williamem Edelsteinem, profesorem radiologii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, nad artykułem naukowym, w którym analizowano skutki (na ludzi i sprzęt) narażenia na kosmiczne atomy wodoru podczas ultraszybkich podróży kosmicznych.

Wodór zacznie się rozkładać cząstki elementarne, które przedostaną się do wnętrza statku i narazą załogę i sprzęt na promieniowanie.

Silnik Alcubierre będzie napędzał Cię jak surfer na fali. Eric Davis, fizyk badawczy

Przy 95% prędkości światła narażenie na takie promieniowanie oznaczałoby niemal natychmiastową śmierć.

Statek kosmiczny nagrzeje się do temperatur topnienia, którym nie może się oprzeć żaden wyobrażalny materiał, a woda zawarta w ciałach członków załogi natychmiast się zagotuje.

„To wszystko niezwykle irytujące problemy” – zauważa Edelstein z ponurym humorem.

On i jego ojciec z grubsza obliczyli, że aby stworzyć hipotetyczny system osłony magnetycznej, który mógłby chronić statek i jego pasażerów przed śmiercionośnym deszczem wodorowym, statek kosmiczny mógłby podróżować z prędkością nieprzekraczającą połowy prędkości światła. Wtedy ludzie na pokładzie mają szansę na przeżycie.

Mark Millis, fizyk problemowy ruch do przodu i były dyrektor programu NASA Breakthrough Propulsion Physics ostrzega, że ​​to potencjalne ograniczenie prędkości w podróżach kosmicznych pozostaje problemem w odległej przyszłości.

"Na podstawie wiedza fizyczna zgromadzonych do tej pory, możemy powiedzieć, że osiągnięcie prędkości powyżej 10% prędkości światła będzie niezwykle trudne, mówi Millis. „Nie grozi nam jeszcze żadne niebezpieczeństwo”. Prosta analogia: po co martwić się utonięciem, jeśli jeszcze nawet nie weszliśmy do wody.

Szybszy niż światło?

Jeśli założymy, że nauczyliśmy się, że tak powiem, pływać, czy będziemy w stanie opanować szybowanie w czasie kosmicznym – rozwijając tę ​​analogię dalej – i latać z prędkościami nadświetlnymi?

Hipoteza o wrodzonej zdolności do przetrwania w środowisku nadświetlnym, choć wątpliwa, nie jest pozbawiona pewnych przebłysków wykształconego oświecenia w całkowitej ciemności.

Jednym z takich intrygujących sposobów podróżowania jest technologia, podobne tematy, które są używane w „napędzie warp” lub „napędie warp” z serialu „Star Trek”.

Zasada działania tego elektrownia, znany również jako „silnik Alcubierre” * (nazwany na cześć meksykańskiego fizyka teoretycznego Miguela Alcubierre’a), polega na tym, że pozwala statkowi kompresować normalną czasoprzestrzeń przed sobą, zgodnie z opisem Alberta Einsteina, i rozszerzać ją za nią.

Zasadniczo statek porusza się w określonej objętości czasoprzestrzeni, w rodzaju „bańki krzywizny”, która porusza się szybciej niż prędkość światła.

W ten sposób statek pozostaje nieruchomy w normalnej czasoprzestrzeni w tej „bańce”, nie ulegając deformacjom i unikając naruszeń uniwersalnej granicy prędkości światła.

„Zamiast unosić się w wodzie normalnej czasoprzestrzeni” – mówi Davis – „napęd Alcubierre poniesie Cię jak surfer na desce surfingowej po grzbiecie fali”.

Tutaj też jest pewien haczyk. Aby wdrożyć ten pomysł, potrzebna jest egzotyczna forma materii, która ma ujemną masę, aby kompresować i rozszerzać czasoprzestrzeń.

„Fizyka nie mówi nic przeciwko masie ujemnej” – mówi Davis – „ale nie ma na to przykładów i nigdy nie widzieliśmy czegoś takiego w naturze”.

Jest jeszcze jeden haczyk. W artykule opublikowanym w 2012 roku naukowcy z Uniwersytetu w Sydney zasugerowali, że „bąbel warp” będzie gromadził wysokoenergetyczne cząstki kosmiczne, gdy nieuchronnie zacznie oddziaływać z zawartością Wszechświata.

Niektóre cząstki przedostaną się do wnętrza samej bańki i napompują statek promieniowaniem.

Uwięziony przy prędkościach poniżej światła?

Czy naprawdę jesteśmy skazani na utknięcie w prędkościach poniżej światła ze względu na naszą delikatną biologię?!

Nie chodzi tu tyle o ustanowienie nowego światowego (galaktycznego?) rekordu prędkości człowieka, ale o perspektywę przekształcenia ludzkości w społeczeństwo międzygwiezdne.

Przy prędkości równej połowie prędkości światła – a jest to granica, jaką według badań Edelsteina może wytrzymać nasze ciało – podróż w obie strony do najbliższej gwiazdy zajęłaby ponad 16 lat.

(Efekty dylatacji czasu, które spowodowałyby, że załoga statku kosmicznego miałaby w swoim układzie współrzędnych mniej czasu niż ludzie pozostający na Ziemi w swoim układzie współrzędnych, nie miałyby dramatycznych konsekwencji przy połowie prędkości światła).

Mark Millis jest pełen nadziei. Biorąc pod uwagę, że ludzkość wynalazła kombinezony G i ochronę przed mikrometeorami, które pozwalają ludziom bezpiecznie podróżować w wielkich, błękitnych dali i napełnionej gwiazdami czarnej przestrzeni kosmicznej, jest on przekonany, że znajdziemy sposoby na przetrwanie wszelkich ograniczeń prędkości, jakie osiągniemy w przyszłości.

„Te same technologie, które mogą pomóc nam osiągnąć nowe, niesamowite prędkości podróżowania” – zastanawia się Millis, „zapewnią nam nowe, nieznane jeszcze możliwości ochrony załóg”.

Uwagi tłumacza:

*Miguel Alcubierre wpadł na pomysł swojej bańki w 1994 roku. A w 1995 roku rosyjski fizyk teoretyczny Siergiej Krasnikow zaproponował koncepcję urządzenia umożliwiającego podróżowanie kosmiczne z prędkością większą niż prędkość światła. Pomysł nazwano „fajką Krasnikowa”.

Jest to sztuczne zakrzywienie czasoprzestrzeni na zasadzie tzw. tunelu czasoprzestrzennego. Hipotetycznie statek poruszałby się po linii prostej z Ziemi do danej gwiazdy przez zakrzywioną czasoprzestrzeń, przechodząc przez inne wymiary.

Według teorii Kraśnikowa podróżnik kosmiczny powróci w tym samym czasie, w którym wyruszył.

Jednak w kosmosie wszystko jest inne, niektóre zjawiska są po prostu niewytłumaczalne i w zasadzie nie podlegają żadnym prawom. Na przykład satelita wystrzelony kilka lat temu lub inne obiekty będą się obracać po swojej orbicie i nigdy nie spadną. Dlaczego to się dzieje, Z jaką prędkością rakieta leci w kosmos?? Fizycy sugerują, że istnieje siła odśrodkowa, która neutralizuje działanie grawitacji.

Po przeprowadzeniu małego eksperymentu możemy to zrozumieć i poczuć sami, bez wychodzenia z domu. Aby to zrobić, musisz wziąć nić i zawiązać niewielki ciężarek na jednym końcu, a następnie rozwinąć nić w kółko. Poczujemy, że im większa prędkość, tym wyraźniejsza będzie trajektoria obciążenia i tym większe będzie naprężenie nici; jeśli osłabimy siłę, prędkość obrotu obiektu zmniejszy się, a ryzyko upadku ładunku wzrośnie kilka razy. Dzięki temu małemu doświadczeniu zaczniemy rozwijać nasz temat - prędkość w kosmosie.

Staje się to jasne wysoka prędkość pozwala każdemu obiektowi pokonać siłę grawitacji. Jeśli chodzi o obiekty kosmiczne, każdy z nich ma swoją własną prędkość, jest inna. Istnieją cztery główne typy takich prędkości, a najmniejszy z nich jest pierwszym. Z tą prędkością statek wlatuje na orbitę okołoziemską.

Aby wylecieć poza jego granice, potrzebujesz sekundy prędkość w kosmosie. Przy trzeciej prędkości grawitacja zostaje całkowicie pokonana i możesz latać poza granice. Układ Słoneczny. Czwarty prędkość rakiety w kosmosie pozwoli ci opuścić samą galaktykę, jest to około 550 km/s. Zawsze byliśmy zainteresowani prędkość rakiety w przestrzeni km h, przy wejściu na orbitę wynosi 8 km/s, poza nią - 11 km/s, czyli rozwija swoje możliwości do 33 000 km/h. Rakieta stopniowo zwiększa prędkość, pełne przyspieszenie rozpoczyna się od wysokości 35 km. Prędkośćspacer kosmiczny wynosi 40 000 km/h.

Prędkość w kosmosie: rekord

Maksymalna prędkość w kosmosie- rekord ustanowiony 46 lat temu nadal pozostaje aktualny, ustanowili go astronauci biorący udział w misji Apollo 10. Lecąc wokół Księżyca, wrócili kiedy prędkość statku kosmicznego w kosmosie wynosiła 39 897 km/h. W najbliższej przyszłości planowane jest wysłanie statku kosmicznego Orion w przestrzeń o zerowej grawitacji, co wyniesie astronautów na niską orbitę okołoziemską. Być może wtedy uda się pobić 46-letni rekord. Prędkość światła w kosmosie- 1 miliard km/h. Ciekawe, czy przy maksymalnej dostępnej prędkości 40 000 km/h uda nam się pokonać taki dystans. Tutaj jaka jest prędkość w kosmosie rozwija się w świetle, ale tutaj tego nie czujemy.

Teoretycznie człowiek może poruszać się z prędkością nieco mniejszą od prędkości światła. Będzie to jednak pociągać za sobą kolosalne szkody, szczególnie dla nieprzygotowanego organizmu. W końcu najpierw trzeba rozwinąć taką prędkość, podjąć wysiłek, aby bezpiecznie ją zmniejszyć. Ponieważ gwałtowne przyspieszanie i zwalnianie może być śmiertelne dla człowieka.

W czasach starożytnych wierzono, że Ziemia jest w bezruchu; nikogo nie interesowała kwestia prędkości jej obrotu na orbicie, ponieważ takie pojęcia w zasadzie nie istniały. Ale nawet teraz trudno dać jednoznaczną odpowiedź na to pytanie, ponieważ wartość nie jest taka sama w różnych punkty geograficzne. Bliżej równika prędkość będzie większa, w rejonie południowej Europy wynosi 1200 km/h, jest to średnia Prędkość Ziemi w kosmosie.