Циолковский
Космические пророчества
« Невозможное сегодня станет возможным завтра» К. Э. Циолковский
Он предвидел ракеты, искусственные спутники, орбитальные станции и выход в открытый космос задолго до того, как они стали реальностью. Константин Циолковский — основоположник теоретической космонавтики. Мы изучили основные космические предсказания ученого и посчитали, сколько лет отделяло теорию от практики.
До Циолковского ракеты ассоциировались с двумя вещами: фейерверками и войной. Ученый впервые предложил взглянуть на них как на транспорт. Космическая ракета Циолковского — это пилотируемый аппарат с двигателем на жидком топливе и достаточно сложной системой управления и жизнеобеспечения.
« …в качестве исследователя атмосферы предлагаю реактивный прибор, то есть род ракеты, но ракеты грандиозной и особенным образом устроенной» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1903 год
В своих работах исследователь не только подробно описал теорию полета ракеты, но и перечислил ее преимущества перед альтернативным космическим транспортом, например гигантской пушкой (по мнению Циолковского, создание ракет было значительно дешевле).
Первое изображение «реактивного прибора» должно было появиться в журнале «Научное обозрение» еще в 1903 году, но чертеж не попал в печать и был опубликован только в 1962 году.
Схематический вид ракеты, 1902–1903 годы
На протяжении нескольких лет Циолковский дорабатывал внешний вид и конструкцию своих ракет.
Схема одиночной космической ракеты для полета человека в космос (конструктивная особенность — газовые рули)
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Например, до 1914 года камера сгорания — «взрывная труба» — имела коническую форму. В 1914 году Циолковский предложил «закрутить» ее для стабилизации ракеты во время полета. Но уже в 1926 году отказался от этой идеи, признав ее ошибочной.
«Исследование мировых пространств реактивными приборами» (дополнение к I и II частям труда того же названия), 1914 год
Первым практическим шагом к воплощению идей Циолковского стала ГИРД-09 — экспериментальная советская ракета на гибридном топливе. В 1933 году Группа исследователей реактивного движения запустила ее с подмосковного полигона в Нахабине. По характеристикам ракета сильно уступала современным: ее стартовая масса составляла 19 кг, а полет продлился 18 секунд, в течение которых ракета поднялась всего на 400 метров. Но даже такие результаты впечатлили Циолковского.
Ракета ГИРД-09 на гибридном топливе, 1933 год
В 1934 году один из создателей ракеты — конструктор Михаил Тихонравов — встретился с ученым в Калуге и показал ему снимки, сделанные во время испытаний. Это была одна из немногих прижизненных «встреч» Циолковского со своими идеями. Остальные космические замыслы исследователя были реализованы уже после его смерти в 1935 году.
« …только с момента применения реактивных приборов начнется новая, великая эра в астрономии — эпоха более пристального изучения неба» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Несколько лет конструкторских работ превратили первые «реактивные приборы» в полноценные ракеты-носители. Мощность их двигателей уже позволяла человечеству «дотянуться» до орбиты и воплотить в жизнь другие идеи Циолковского. Например — запуск искусственного спутника Земли. Правда, в трудах ученого под «спутником» понимается не конкретное устройство, а скорее «статус» любого космического аппарата, выведенного на земную орбиту.
« …мы залетели за пределы атмосферы… Теперь мы подобны Луне, потому что превратились в спутник Земли» К. Э. Циолковский
«Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения», 1895 год
В 1933 году Циолковский выступил научным консультантом фильма «Космический рейс». В ходе работы он создал для съемочной группы серию поясняющих иллюстраций, в том числе изображение спутника-ракеты. В подписях к эскизам он не только указал первую космическую скорость (около 8 км/с), но и достаточно точно определил время обращения спутника вокруг Земли — «около 5400 секунд» (1,5 часа).
«Альбом космических путешествий», 1933 год
4 октября 1957 года на орбиту был выведен первый советский «Простейший спутник-1». Один оборот вокруг Земли занял у него 1 час 36 минут 10 секунд. А это значит, что в своих расчетах Циолковский ошибся всего на несколько минут.
Первый искусственный спутник Земли ПС-1 , 1957 год
С другой стороны, ПС-1 был мало похож на то, что описывал ученый: он был слишком мал и не предполагал наличие пилота. Впрочем, первый космонавт не заставил себя долго ждать.
В своих ранних работах Циолковский не торопился с датой первого полета человека в космос. В его научно-фантастической повести «Вне Земли» (1918 год) люди отправились исследовать космическое пространство только в 2017 году. Тем не менее на протяжении многих лет Циолковский активно изучал теоретическую сторону пребывания человека в невесомости. Впервые этот вопрос был рассмотрен в статье «Свободное пространство», написанной еще в 1883 году. В дальнейшем работы ученого наполнялись подробностями.
« Все не прикрепленные к ракете предметы сошли со своих мест и висят в воздухе… Сами мы также не касаемся пола и принимаем любое положение и направление: стоим и на полу, и на потолке, и на стене» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911–1912 годы
Циолковский перечислял способы передвижения в свободном пространстве, описывал воздействие невесомости на человека и на другие живые организмы, указывал оптимальную форму космического корабля, предупреждал об изменении восприятия и т. д.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком, совершившим полет в космическое пространство. После возвращения на Землю он подчеркивал, что «в книге К. Э. Циолковского очень хорошо описаны факторы космического полета» и что ощущения, которые он испытал, практически не отличались от тех, что были предсказаны ученым.
Юрий Гагарин, 1961 год
Вскоре после полета Юрия Гагарина сбылось еще одно космическое предсказание Циолковского, названное им «Игры на привязи вокруг ракеты» и «Хоровод и человеческие гирлянды». Речь шла о выходе в безвоздушное пространство. В своих работах ученый нигде напрямую не называл подобную процедуру именно выходом в открытый космос. Тем не менее его тексты содержат несколько узнаваемых описаний.
« Были особые скафандры, которые надевались при выходе в пустое пространство и вхождении в чуждую нам атмосферу» К. Э. Циолковский
«Вне Земли», 1920 год
Так, Циолковский понимал, что космонавту нельзя выйти в безвоздушное пространство без скафандра и специальной подготовки: предварительно необходимо провести некоторое время в шлюзовой камере, чтобы выровнять давление.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Исследователь также подчеркивал, что в космосе нельзя находиться незакрепленным. На эскизах Циолковского присутствует прообраз специальных страховочных тросов (фалов), связывающих космонавтов с космическим кораблем.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
« Оторвалась привязь — погиб товарищ. Он блуждает кругом Земли и жив, пока есть запас кислорода. Найти его трудно» К. Э. Циолковский
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Первым человеком, реализовавшим идею Циолковского о выходе в безвоздушное пространство, стал Алексей Леонов. 18 марта 1965 года он успешно вышел в открытый космос и провел в нем 12 минут 9 секунд.
Алексей Леонов, 1965 год
Что характерно, практически все внеземные исследования, описанные Циолковским, проводятся на базе «космических жилищ», в которых угадываются орбитальные станции. Наиболее полно идея создания «эфирных поселений» отражена в повести «Вне Земли» (версия 1920 года). Но фрагментарные описания принципов работы и особенностей строения станций можно найти и во многих других работах Циолковского.
Ученый описывал станции нескольких типов: от простых, состоящих из одного обитаемого отделения, до сложных, представляющих собой связки из нескольких модулей.
« Эти жилища и все принадлежности для них должны доставляться ракетами с Земли в сложенном (компактном) виде, раскладываться и собираться в эфире по прибытии на место» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами» (дополненное переиздание), 1926 год
Наименее реалистичной (и наиболее популярной в фантастических фильмах) оказалась концепция кольцеобразных «колоний-бубликов», вращающихся вокруг собственной оси. По замыслу Циолковского, при достаточно высокой скорости вращения центробежная сила смогла бы «заменить» привычную земную силу тяжести и создать внутри станции искусственную гравитацию.
« Представьте себе кольцеобразное жилище человека в виде скрученной кольцом колбасы. Если жилище закружим… как карусель, то вот вам и тяжесть» К. Э. Циолковский
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Внешний вид космических станций, 1933 год
Зато идеи Циолковского по созданию простых («односоставных») и модульных орбитальных станций успешно воплотились: в 1971 году — при запуске орбитальной станции «Салют-1» , в 1986 году — при выводе на орбиту первой модульной станции «Мир».
Макет первой пилотируемой орбитальной станции «Салют-1» , 1971 год
Ученый также предлагал восполнять запасы кислорода на станции при помощи орбитальных оранжерей.
« Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера» К. Э. Циолковский
«Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911 год
Подобная практика не прижилась: сейчас для поддержания оптимального газового состава на орбитальных станциях используются сложные технические системы жизнеобеспечения. Но идея космической оранжереи все же была частично реализована в 1971 году на борту орбитальной станции «Салют-1» . Тогда в специальной установке «Оазис» была успешно выращена экспериментальная партия «космической» пекинской капусты.
«Альбом космических путешествий», 1933 год
Впрочем, с точки зрения Циолковского, орбитальные станции — это всего лишь промежуточный этап на пути к покорению дальнего космоса. В своих работах ученый подчеркивал, что человечеству следует стремиться к созданию «колоний звездолетов за земной атмосферой», «удалению от земной орбиты к астероидам» и «посещению планет иных солнечных систем». Сказать, что эта часть его предсказаний начала осуществляться, мы пока не можем: первые пилотируемые полеты на Марс запланированы только на 2030-е годы.
« Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство» К. Э. Циолковский (1857–1935)
В материале использованы фотографии: Фотохроники ТАСС (Марк Редькин, Владимир Базанов), кадры из фильмов «Гравитация», «Интерстеллар» (filmpro.ru), SOVFOTO/UIG VIA GETTY IMAGES, изображения из фондов Архива РАН, из книг «Рукописные материалы К. Э. Циолковского» ( Изд-во АН СССР, 1966 год), К. Э. Циолковский «Избранные труды» ( Изд-во АН СССР, 1962 год), из журнала «Земля и Вселенная» (№4, 2015 год).
Источники: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева. 1946–1996. Гл. ред. Ю. П. Семенов. — М.: Менонсовполиграф, 1996; Рукописные материалы К. Э. Циолковского. — М.: Изд-во АН СССР, 1966; К. Э. Циолковский Избранные труды. — М.: Изд-во АН СССР, 1962; К. Э. Циолковский Собрание сочинений. Том 2. Реактивные летательные аппараты. — М.: Изд-во АН СССР, 1954.
Редакторы: Кристина Недкова, Сабина Вахитова. Иллюстраторы: Анастасия Зотова, Александр Волков. Ведущий дизайнер: Антон Мизинов.
Источник
План Циолковского по освоению космоса: насколько далеко продвинулось человечество и чего учёный ждал от будущего
Исследователь предвидел множество технических достижений, их устройство, но его замыслы пока далеки от воплощения.
Краткая биография
Константин Циолковский родился в сентябре 1857 года в селе Ижевское под Рязанью. Из-за перенесённой в детстве скарлатины он почти полностью потерял слух. Глухота не позволила продолжать учёбу в школе, и в 1873 году, в 16 лет, его отчислили. После Циолковский до конца жизни занимался только самостоятельно.
С 16 до 19 лет он жил в Москве и изучал физико-математические науки. В 1879 году экстерном сдал экзамены на звание учителя. Вскоре его назначили учителем арифметики и геометрии в Боровском уездном училище Калужской губернии.
В 1881 году Циолковский опубликовал свою первую научную работу «Теорию газов», в которой изложил основы кинетической теории газов. «Механика животного организма», вторая его работа, получила благоприятный отзыв Ильи Сеченова, и Циолковского приняли в Русское физико-химическое общество.
Два года спустя учёный написал статью «Продолжительность лучеиспускания Солнца». Другое сочинение, «Свободное пространство», написано в форме дневника от имени наблюдателя, который находился в безвоздушном пространстве и не испытывал действия сил притяжения. В ней Циолковский впервые сформулировал принцип полётов в космосе — реактивное движение.
Работы Циолковского после 1884 года в основном связаны с четырьмя проблемами научного обоснования:
Цельнометаллического аэростата (дирижабля).Обтекаемого аэроплана.Поезда на воздушной подушке.Ракеты для межпланетных путешествий.
В них он предложил основы теории многоступенчатых ракет, жидкостных реактивных двигателей и решил задачу посадки космических аппаратов на поверхность планет, лишённых атмосферы.
«Исследование мировых пространств реактивными приборами»
В этой публикации, переиздании работ 1903-го и 1911 годов, Циолковский сформулировал план по освоению космоса в 16 этапах, подробно описав развитие «аэропланного дела» на каждом.
Первый этап: оборудование самолёта реактивным двигателем
- Устраивается ракетный самолёт с крыльями и обыкновенными органами направления. Но бензиновый мотор заменён взрывной трубой, куда накачиваются взрывчатые вещества слабосильным двигателем. Воздушного винта нет. Есть запас взрывчатых материалов и остаётся помещение для пилота, закрытое чем-нибудь прозрачным, так как скорость такого аппарата больше аэропланной и сквозняк невыносим.
Этот прибор от реактивного действия взрывания покатится на полозьях по смазанным рельсам (ввиду небольшой сначала скорости могут остаться и колёса).
Затем поднимется на воздух, достигнет максимума скорости, потеряет весь запас взрывчатых веществ и облегчённый начнёт планировать, как обыкновенный или безмоторный аэроплан, чтобы безопасно спуститься на сушу.
Количество взрывчатых веществ и силу взрывания надо понемногу увеличивать, также максимальную скорость, дальность, а главное — высоту полёта. Ввиду проницаемости для воздуха человеческого помещения в самолёте высота, конечно, не может быть больше известной рекордной высоты. Достаточно и 5 км поднятия.
Цель этих опытов — умение управлять аэропланом (при значительной скорости движения), взрывной трубой и планированием.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Под «взрывной трубой» Циолковский имел в виду камеру сгорания, а в качестве «взрывчатых веществ» рассмотрел множество окислителей и горючих, рекомендуя смеси жидкого кислорода с керосином, спиртом или метаном.
Также Циолковский указал, что можно увеличить скорость истечения газа из сопла, если в качестве окислителя применять озон. Рекомендованными Циолковским компонентами топлива пользовались при создании реактивного двигателя ракеты «Фау-2».
Первые самолёты держались в воздухе плохо, поскольку инженеры не умели решить проблемы управления и сохранения равновесия.
В 1896 году над задачей задумались братья Райт. Их достижением стало открытие трёх осей вращения, что позволило пилотам самостоятельно управлять самолётом и поддерживать его равновесие во время полёта. Сегодня метод продолжает оставаться основным для всех типов самолётов.
В 1903 году усовершенствованная модель планёра была готова, и братья Райт совершили первый полёт человека на аппарате тяжелее воздуха с двигателем внутреннего сгорания.
Новый этап развития в самолётостроении наступил уже после смерти Циолковского, в 1939 году, — тогда появились самолёты с реактивным двигателем. Такие аппараты называют нулевым поколением.
Самолёты этого поколения развивали скорость до 900 км/ч и поднимались на 13 км. Однако они унаследовали конструкцию фюзеляжа, прямые крылья и аэродинамику от самолётов с поршневым двигателем, поэтому новые модели мало отличались от предшественников.
Применялись различные варианты стартов — от колёсных шасси до направляющих рельс под определённым углом к земле. Затем появился вариант старта, при котором самолёт взлетал и поднимался в небо с помощью жидкостных ракетных двигателей, как ракета.
Стартовая позиция в этом случае состояла из маятниковой конструкции, которая отводила самолёт от земли в самом начале движения, и подъёмников, необходимых для его установки на маятник.
Первый пункт плана осуществился спустя четыре года после ухода учёного.
Этапы со второго по четвёртый: совершенствование самолётов и первая ракета на жидком топливе
2. Крылья последующих самолётов надо понемногу уменьшать, силу мотора и скорость увеличивать. Придётся прибегнуть к получению предварительной, до взрывания, скорости с помощью описанных ранее средств.
3. Корпус дальнейших аэропланов следует делать непроницаемым для газов и наполненным кислородом, с приборами, поглощающими углекислый газ, аммиак и другие продукты выделения человека. Цель — достигать любого разрежения воздуха. Высота может много превосходить 12 км. В силу большой скорости при спуске, для безопасности, его можно делать на воде. Непроницаемость корпуса не даст ракете потонуть.
4. Применяются описанные мною рули, действующие отлично в пустоте и в очень разрежённом воздухе, куда залетает снаряд. Пускается в ход бескрылый аэроплан, сдвоенный или строенный, надутый кислородом, герметически закрытый, хорошо планирующий.
Он требует для поднятия на воздух большей предварительной скорости и, стало быть, усовершенствования разбежных приборов. Прибавочная скорость даст ему возможность подниматься всё выше и выше. Центробежная сила может уже проявить своё действие и уменьшить работу движения.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Для первого поколения самолётов основным нововведением стало появление стреловидного крыла — для меньшего аэродинамического сопротивления на больших скоростях по сравнению с предшественниками. Первым прототипом реактивного истребителя с полноценным стреловидным крылом стал советский «Ла-160», построенный в июне 1947 года.
Также в самолётах появились гермокабина и кислородное оборудование (первый известный патент с описанием такого самолёта, зарегистрированный в 1907 году, принадлежит Роберту Эсно-Пельтри, однако активная разработка гермокабин началась в 1930-е годы).
Характеристики самолётов первого поколения: скорость до 1000–1100 км/ч (дозвуковая скорость), высота полётов — до 15–16 км.
Циолковский писал: «Разве и сейчас аэроплан, летая на высоте 12 км, не одолевает уже 70–80% всей атмосферы и не приближается к сфере чистого эфира, окружающего Землю! Поможем же ему достигнуть большего». К преодолению этой высоты стремился учёный, опираясь на показатели летательных аппаратов своего времени.
Характеристики второго поколения самолётов:
Двигатели с форсажными камерами (камера сгорания в турбореактивном двигателе, расположенная за его турбиной).
Высотность — 19 км.
Наличие управляемого оружия.
Наряду с авиацией развивалась космическая отрасль.
В 1903 году Циолковский разработал схему жидкостного ракетного двигателя и доказал возможность его использования для межпланетных полётов. Предложенный учёным механизм дополнил Юрий Кондратюк, схема сохранилась в современных двигателях.
Первые двигатели такого типа испытали американский учёный Роберт Годдард в 1926 году и немецкий учёный Герман Оберт в 1929 году (спроектировал трёхступенчатую ракету).
Ракета Годдарда продержалась в воздухе 2,5 секунды, поднявшись на 12 метров, но через четыре года учёный повторил опыт: новая ракета взлетела на 600 метров со скоростью 800 км/ч.
Описываемые Циолковским «рули» в четвёртом пункте представляют собой специальные приспособления для управления полётом ракеты и изменения траектории её центра масс, о наличии которых Циолковский задумался в 1911 году.
Две пары газовых рулей, отклоняемых относительно продольной оси ракеты-носителя, обеспечивают управление по тангажу, курсу и крену. Делают их из графита и жаропрочных сплавов; применялись в ракетах «Фау-2», Р-1, Р-2, Р5, на первых ступенях ракет-носителей «Джуно», «Космос», «Скаут».
В плане по освоению космоса Циолковский также затронул тему приземления ракет на воду. Схожие идеи — у Илона Маска: по его задумке, если первую ступень ракеты удастся успешно приземлить без повреждений, её можно перезаправить и запустить вновь, существенно снизив стоимость космических запусков.
Преимущество посадки на плавучую платформу — сокращение заключительной фазы полёта первой ступени: аппарату не нужно достигать космодрома во Флориде. Следовательно, экономится топливо и повышаются шансы на успешное маневрирование при посадке.
Здесь Циолковский тоже оказался прав:
Самолёты совершенствовались: форма крыльев изменилась, скорость и высотность увеличились, появились гермокабина и кислородное оборудование.Описанные Циолковским «рули» применялись во многих ракетах, а упомянутые им посадки на воду — работают сегодня.
Пятый и шестой этапы: освоение спутников
5. Скорость достигает 8 км/с, центробежная сила вполне уничтожает тяжесть, и ракета впервые заходит за пределы атмосферы. Полетавши там, насколько хватает кислорода и пищи, она всё же спирально возвращается на Землю, тормозя себя воздухом и планируя без взрывания.
6. После этого можно употреблять корпус простой, не сдвоенный. Полёты за атмосферу повторяются. Реактивные приборы всё более и более удаляются от воздушной оболочки Земли и пребывают в эфире всё дольше и дольше. Всё же они возвращаются, так как имеют ограниченный запас пищи и кислорода.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Первым искусственным спутником Земли стал «Спутник-1», запущенный СССР 4 октября 1957 года. Первый американский спутник «Эксплорер-1», разработанный Вернером фон Брауном, учеником Германа Оберта, отправился в космос 1 февраля 1958 года, после запуска уже второго советского спутника.
Фон Браун создал и первую ракету, которая могла нести на большие расстояния груз весом до тонны («Фау-2», 1942 год). Она не только вышла за пределы атмосферы, но и послужила прототипом всех будущих космических ракет-носителей («Восток-1», «Сатурн-5», которая доставила человека на Луну).
«Восток-1» стал первым космическим аппаратом, поднявшим человека на околоземную орбиту — 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин совершил первый полёт в космос.
Вернер фон Браун предложил создать на околоземной орбите обитаемые лаборатории, переделав верхние ступени ракет-носителей в жилые блоки для длительного пребывания на орбите.
Свои планы он воплотил в космической станции «Скайлэб» — первой и пока единственной американской пилотируемой орбитальной станции. А для миссий «Аполлон» для высадки на Луну использовалась ракета «Сатурн-5», которую фон Браун спроектировал в 1962 году.
Циолковский снова оказался прав в своих предположениях.
Этапы с седьмого по девятый: о космическом быте
7. Делаются попытки избавиться от углекислого газа и других человеческих выделений с помощью подобранных мелкорослых растений, дающих в то же время питательные вещества. Над этим много, много работают и медленно достигают успеха.
8. Устраиваются эфирные скафандры (одежда) для безопасного выхода из ракеты в эфир.
9. Для получения кислорода, пищи и очищения ракетного воздуха придумывают особые помещения для растений. Всё это в сложенном виде уносится ракетами в эфир и там раскладывается и соединяется. Человек достигает большей независимости от Земли, так как добывает средства жизни самостоятельно.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Свежий воздух
Космонавты поддерживают низкое содержание углекислого газа в воздухе несколькими способами.
Первым решением проблемы стал «продув». Выделяемый при дыхании углекислый газ выбрасывается в вакуум вместе со всей остальной смесью, но кислорода в помещении остаётся достаточное количество.
Сейчас такая система применяется только в скафандрах в качестве запасного варианта, на случай неисправности основной системы регенерации («шашки» для воздуха). В таком случае воздух циркулирует по замкнутому циклу, без выброса наружу
Убыток кислорода компенсируется тем, что подмешивается кислород из баллонов (или от электролиза воды), а для удаления углекислого газа используют специальные ёмкости с гидроксидом лития.
Благодаря компактности и надёжности «шашек» систему используют в скафандрах и на кораблях-доставщиках вроде «Союза». В современном скафандре космонавт может провести до десяти часов в открытом космосе.
Также она служит запасной системой на МКС: если штатная система вышла из строя или если на станции слишком много людей и основная система не справляется.
В штатном режиме МКС обеспечивают свежим воздухом с помощью молекулярного сита. Вещество, хорошо пропитывающееся газом (не любым, а в зависимости от диаметра молекулы), захватывает углекислоту, а азот и кислород — нет. Ситом выступает цеолит.
Другой принцип — реакция Сабатье. В углекислый газ добавляют водород, на выходе получаются вода и метан. Новый кислород затем извлекают через разложение воды.
У этой системы есть свои недостатки: в силу химических особенностей на практике перерабатывается лишь половина объёма углекислого газа. Поэтому учёные ищут новые способы обеспечения кислородом и поддержания низкого содержания углекислого газа на космических станциях.
Космическое садоводство
Космонавты по-прежнему зависят от доставки продуктов с Земли, несмотря на то, что в разные годы на МКС проводили эксперименты с выращиванием: салата, подсолнечника, кабачков, брокколи, пшеницы, редиса, гороха, китайской капусты.
Вырастить растение в условиях микрогравитации — непростая задача, для этого космонавты применяли специальное освещение, «направляли» рост растения.
Без влияния силы тяжести семена могут просто разлететься в разные стороны. Вода не льётся, а собирается в «шарики», которые могут затопить корни растений. Искусственный свет и вентиляторы необходимо расставить точно в нужных местах, чтобы они заменяли солнце и ветер.
Растения должны хорошо переносить условия на борту МКС: температуру +22 °С, влажность 40% и высокую концентрацию углекислого газа — около 3000 частей на миллион.
По словам ботаника NASA Джойи Массы, к таким условиям растения не привыкли, на Земле показатель составляет 400 частей на миллион.
Помимо перечисленного выше, растения, выращиваемые по методике, похожей на гидропонную, должны давать росток из небольшого количества влажной почвы и быть достаточно стерильными: в космосе их трудно мыть.
Предположения Циолковского в целом оказались верны, но в деталях, например в способах избавления от углекислого газа, они не совпали с действительностью. Сейчас космонавты не способны добывать «средства жизни» самостоятельно.
Десятый, двенадцатый и тринадцатый этапы: освоение глубокого космоса
10. Вокруг Земли устраиваются обширные поселения.
12. Основывают колонии в поясе астероидов и других местах солнечной системы, где только находят небольшие небесные тела.
13. Невообразимо разколонии Развивается промышленность и размножаются.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Пока Марс и Луна — наиболее вероятные кандидаты на основание колоний в обозримом будущем. По крайней мере о них рассуждают предприниматели и космические агентства.
«Роскосмос»
В 2019 году сформулировал стратегию развития космонавтики в долгосрочной перспективе. Она связана с освоением Луны.
Колонизация спутника делится на несколько этапов:
Создание базового модуля окололунной станции, испытания перспективного пилотируемого корабля «Федерация», беспилотные облёты Луны «Федерацией» и исследование Луны автоматическими станциями.Отработка средств доступа на поверхность Луны, первые пилотируемые полёты на поверхность спутника, создание и размещение на Луне первых элементов посещаемой базы.Завершение строительства полноценной посещаемой лунной базы, создание единой системы пилотируемых и автоматических средств освоения Луны. Далее — колонизация Марса.
Для реализации планов необходимо не только построить новые типы ракет-носителей, но и позаботиться о здоровье экипажа.
Последние исследования российских и зарубежных учёных показали: радиация вне магнитосферы Земли (или в зоне ослабленного действия магнитного поля планеты) не только повышает вероятность развития рака, но и способна менять поведение животных и людей, вызывая тяжёлые повреждения мозга.
Предвидя эти проблемы, учёные взялись за разработку зонда «Возврат-МКА», аппарата для проведения биологических исследований в космосе. Два десятка мышей на борту отправятся в длительный полёт, сопоставимый с путешествием к Луне.
NASA и ESA
NASA и ESA (Европейское космическое агентство) также объявили полёт на другие небесные тела своей целью.
Циолковский выделял астероиды в своих планах по освоению космоса. Они могут использоваться в качестве баз для космических кораблей, что также сократит расходы на запуски и увеличит расстояния космических путешествий.
Первая посадка космического аппарата на поверхность кометы прошла 12 ноября 2014 года: на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко спущен модуль «Филы», построенный ESA.
Добытую на Луне или Марсе воду, помимо прочего, можно использовать ещё и для извлечения водорода, который необходим для реактивного топлива.
Если топливо получится производить прямо на Луне (или Марсе), расходы на запуск ракет сократятся. Также корабли можно дозаправлять уже на орбите: технологию разрабатывает SpaceX.
Металлы, добытые в космосе, использовали бы на месте для производства других объектов, например запасных деталей для космических кораблей.
Это можно сделать с помощью технологий 3D-печати, с чем уже экспериментирует стартап Made in Space при поддержке NASA: он напечатал радиационный щит и планирует создавать солнечные панели прямо в космосе.
Кроме того, NASA официально одобрило миссию Europa Clipper по изучению спутника Юпитера — Европы. Исследовательскую станцию запустят не раньше 2023 года, она займётся изучением ледяной коры и подлёдного океана спутника, его состава, а также поиском признаков жизни на нём.
NASA также планирует очередную миссию программы New Frontiers, в рамках которой к Титану отправят октокоптер Dragonfly. Беспилотник исследует поверхность и атмосферу спутника Сатурна. Старт миссии запланирован на 2026 год, а прибытие к Титану — на 2034 год.
Одна из причин полётов к спутникам газовых гигантов — перспективы добычи полезных ископаемых. Разработкой таких технологий занимаются Moon Express, Planetary Resources, Bradford.
Предположения Циолковского о колонизации ближайших небесных тел осуществимы в перспективе, в наши дни исследователи заняты разработкой нужных технологий: космических убежищ, производством топлива на Луне, добычи полезных ископаемых.
Одиннадцатый этап: солнечная энергия
11. Используют солнечную энергию не только для питания и удобств жизни (комфорта), но и для перемещения по всей солнечной системе.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
В 1924 году советский учёный Фридрих Цандер написал статью «Перелёты на другие планеты», в которой представил схему конструкции солнечного паруса и принцип его работы. Лёгкость паруса позволит сменить тяжёлое топливо на полезную нагрузку.
В 2014 году NASA запустило в космос солнечный парус Sunjammer из каптона, термостойкого пластика, выдерживающего колебание температуры от +400 до -273 °С. Площадь паруса — 1200 м².
В июле 2015 года российский инвестор Юрий Мильнер объявил об открытии программы Breakthrough Initiatives — серии научных благотворительных проектов, направленных на изучение жизни во Вселенной. Инициативу поддержал Стивен Хокинг.
Один из проектов посвящён разработке флота межзвёздных космических кораблей, использующих световой парус StarChip, для перелёта к звёздной системе Альфа Центавра.
К 2030 году Япония планирует создание орбитального спутника с большим количеством солнечных панелей. Благодаря фотоэлементам аппарат будет способен собирать и пересылать солнечную энергию на Землю.
Основной недостаток солнечных панелей — низкий КПД по сравнению с другими типами генераторов. Среднее значение эффективности панели не превышает 20%; у ветряков оно выше — до 30–35%, у современного дизельного генератора — до 80%.
Солнечные панели используют в космосе и на земле уже сейчас, а технологии, позволившие бы перемещаться с помощью солнечных лучей, пока разрабатываются.
Совершенный человек и расселение по всему космосу
14. Достигается индивидуальное (личности, отдельного человека) и общественное (социалистическое) совершенство.
15. Население солнечной системы делается в сто тысяч миллионов раз больше теперешнего земного. Достигается предел, после которого неизбежно расселение по всему Млечному пути.
16. Начинается угасание Солнца. Оставшееся население солнечной системы удаляется от неё к другим солнцам, к ранее улетевшим братьям.
из «Исследований мировых пространств реактивными приборами»
Циолковский предлагал не только технические средства освоения космоса, но и духовные. В этом смысле учёный — один из представителей русского космизма, учения, решившего радикально изменить человеческий быт: полностью урегулировать природу, воскресить ушедших отцов, сделать нравственным идеалом общую братскую жизнь.
На практике исследователи смогли конкретизировать вероятные пути развития человечества: после колонизации Солнечной системы люди отправятся к экзопланетам.
Экзопланета — планета за пределами Солнечной системы, вращающая вокруг другой звезды. Её пригодность для жизни определяется наличием воды в жидкой форме, плотной атмосферой, химическим разнообразием (простые и сложные молекулы на основе водорода, углерода, кислорода, серы, фосфора) и достаточным количеством света и тепла от звезды.
С нынешним уровнем развития технологий последние пункты плана Циолковского неосуществимы. Однако учёные уже отыскивают планеты, где человек сумел бы поселиться.
Источник