Как быстро Земля мчится через Вселенную?
Пока вы читаете эти строки, вероятнее всего, вы сидите и считаете себя неподвижным. Но мы-то знаем, что на космическом уровне мы постоянно движемся. Земля вращается вокруг своей оси, пронося нас через космос на скорости 1700 км/ч, если измерять, находясь на экваторе. Но это не так-то много, если перевести скорость в км/с. Земля вращается вокруг оси со скоростью 0,5 км/с, что не так-то и много, если сравнить с нашими другими способами перемещения.
Как и все планеты в нашей Солнечной системе, Земля вращается вокруг Солнца намного быстрее, чем вокруг своей оси. Чтобы поддерживать нас на стабильной орбите, Земля должна двигаться со скоростью порядка 30 км/с. Внутренние планеты — Меркурий и Венера — движутся быстрее, а внешние миры — Марс и другие — движутся медленнее. Так было в прошлом и будет в будущем, еще много-много лет.
Такова космическая история образования структур в нашей расширяющейся Вселенной. Что она означает для нас? Что Млечный Путь притягивается всеми другими галактиками, группами и скоплениями в наших окрестностях. Это означает, что самые близкие, самые массивные объекты на протяжении всей космической истории будут управлять нашим движением. И это означает, что не только наша галактика, но и все близлежащие галактики «собьются в поток» из-за этой гравитационной силы. Ученые составляют все более точную карту этого процесса, и мы постепенно приходим к пониманию нашего космического движения через космос.
- полный набор начальных условий, в которых родилась Вселенная;
- как каждая отдельная масса двигалась и развивалась со временем;
- как сформировались Млечный Путь и все сопряженные галактики, группы и кластеры;
- как все это происходило в каждой точке космической истории до текущего момента;
мы не сможем понять наше космическое движение по-настоящему. И уж точно без следующего трюка.
Куда мы ни посмотрим в космос, мы видим это: радиационный фон в 2,725 К, который остался от Большого Взрыва. В разных регионах встречаются крошечные несоответствия — на порядок в несколько сотен микрокельвинов или около того — но куда мы ни посмотрим (за исключением закрытой плоскости галактики, которую мы увидеть не можем), мы видим одну и ту же температуру: 2,725 К.
Причина этому в том, что Большой Взрыв произошел сразу везде в космосе, 13,8 миллиарда лет назад, и с тех пор Вселенная расширяется и остывает.
И когда это произошло, фотоны, путешествующие беспрепятственно, наконец начали врезаться во что-то. Их осталось так много — больше 400 на кубический сантиметр — что мы с легкостью можем их измерить. Даже ваши антенны на старых телевизорах улавливали космический микроволновый фон. Порядка 1% серого шума, этого мельтешения серо-белых пикселей, на телеэкране — это послесвечение Большого Взрыва. И если убрать в стороны микрокельвины расхождений, оно равномерное по всем направлениям.
«Горячая» сторона — это 2,728 К, а «холодная» — порядка 2,722 К. Такой большой перепад превосходит все остальные в 100 раз и легко может озадачить. Почему флуктуации в таких масштабах такие большие, если сравнивать с остальными?
Разгадка в том, что это не флуктуация микроволнового фона.
Подумайте, что еще может заставить свет — а реликтовое излучение это просто свет — быть горячее (или более энергичным) в одном направлении и холоднее (или менее энергичным) в другом? Движение.
Благодаря послесвечению Большого Взрыва мы не только знаем, что не находимся в особенном и привилегированном месте во Вселенной, но даже не неподвижны относительно главного события в нашем общем космическом прошлом. Мы движемся. И движение — это жизнь.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Гамма-лучевые всплески, мощные вспышки света, — это самые яркие события в нашей Вселенной, которые длятся не дольше нескольких секунд или минут. Некоторые на…
В то время как множество людей спорят о том, как и где закончится человеческая раса, никто не сомневается в основной причине и катализаторе последнего крупне…
Антиматерия давно была предметом научной фантастики. В книге и фильме «Ангелы и демоны» профессор Лэнгдон пытается спасти Ватикан от бомбы из антиматерии. Ко…
Источник
В космосе есть магистрали для быстрых перемещений. Как изменятся полеты?
Сегодняшние космические аппараты преодолевают силу земного тяготения с помощью химического топлива и даже могут, использовав для разгона гравитационные маневры, выйти за пределы гелиосферы. Этого, конечно, мало для далеких межзвездных перелетов, но возможны ли они в принципе?
Как можно перемещаться в космосе?
Космический полет — это путешествие или транспортировка в или через космос. Однако четкая граница между Землей и космосом отсутствует, и Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли.
Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость, что делает полет скорее орбитальным, чем аэродинамическим. Классическое разделение между авиа- и космическим полетами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолетов.
Пропасть, отделяющая нас от других планетных систем, чудовищна. Есть разные иллюстративные приемы, показывающие на каком огромном расстоянии от других небесных тел мы находимся.
Уменьшим все в 10 млрд раз — на 10 порядков величины. Солнце станет размером с апельсин, Земля — песчинкой в 15 м от Солнца. Скорость света будет 3 см в секунду. И где будет ближайшая звезда? Примерно на том же расстоянии, что Иркутск от Москвы.
Свет доползет туда за четыре с небольшим года, «Вояджер-2» (более быстрый, чем «Вояджер-1»), двигаясь со скоростью 6 мм в час (в рамках модели с апельсином), улетит на такое расстояние за сотню тысяч лет. Это ближайшая звезда Проксима Центавра, где есть планета — скорее всего, непригодная для обитания. А ближайшая пригодная будет в 15–20 световых лет от нас, то есть в 4–5 раз дальше. И это очень оптимистичный результат.
Что нам нужно для межзвездных полетов?
Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей. Однако нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным для таких расстояний оснащением.
Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с «Пионером» уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 млн лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.
Независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.
Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше.
Константин Феоктистов, летчик-космонавт СССР
Существует и другая проблема: надо не только разогнать корабль, надо еще преодолеть гравитационный потенциал Солнца. Если бы корабли разгонялись у Земли, им бы пришлось придать скорость около 30 км/c при том, что скорость истечения газов в сопле ракеты почти на порядок меньше. Это потребовало бы наличия многих ступеней уже в космосе и безумных затрат.
Возможно ли разогнаться кораблю и какие существуют способы ускорения?
Есть вариант разогнаться у Солнца с помощью эффекта Оберта: подойдя к звезде по сильно вытянутой орбите из далекого афелия, включаем двигатель в перигелии и получаем конечное приращение скорости в √2Δ v V, где V — орбитальная скорость, Δ v — приращение скорости.
Если взять радикальный случай пролета на 10 радиусах Солнца ( V = 200 км/с, равновесная температура
3 000 градусов Цельсия) и добиться приращения скорости 4 км/с, то получим около 40 км/с на бесконечности. Опять те же 10-4 скорости света.
Существуют и радикальные идеи, одна из них — фотонный двигатель на антивеществе. Если бы у человечества было антивещество, то мы могли бы эффективно конвертировать энергию его аннигиляции в световой луч (через нагрев тугоплавкой оболочки и фокусировку обычным параболическим зеркалом).
Теоретически так можно было бы достичь, скажем, половины скорости света, хотя тут есть и обратная сторона, связанная с бомбардировкой корабля атомами межзвездной среды.
Если взять корабль массой 100 тонн, то в идеальном случае для его разгона потребуется всего 30 тонн антивещества и столько же аннигилирующего вещества. Правда, разгоняться придется медленно: при радиусе тугоплавкой (4 000 Кельвинов) оболочки 10 м, максимально допустимой мощности 30 ГВт, силе 0,3 Н и ускорении 3 × 10-6 сантиметра в секунду за секунду время разгона до половины скорости света составит 10 000 лет.
Можно было бы обойтись без твердой оболочки, например, использовать магнитную бутылку с плазмой, но и тогда возникнут ограничения на предельную мощность из-за величины поля, предельной стойкости окружающих конструкций и тому подобных причин.
Куда мы полетим в первую очередь?
Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) — наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.
Галактика Андромеды находится от нас на расстоянии 2,5 млн световых лет. По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле пройдет целая эра. Надо помнить, что мы видим галактику Туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад.
Значит, даже полеты со скоростью света обоснованы только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории.
В Солнечной системе сеть «гравитационных шоссе»
Исследователи из Калифорнийского университета нашли новую сеть «гравитационных шоссе», которая позволит перемещаться по Солнечной системе намного быстрее, чем это было возможно раньше. Их можно было бы использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в дальние уголки нашей системы.
Ученые наблюдали за динамической структурой этих маршрутов, которые образуют связанную между собой серию арок, простирающихся от пояса астероидов до Урана и далее. Это вновь открытый маршрут, которые можно использовать в течение нескольких десятилетий, прежде чем небесные тела, которые могут этому помешать, изменят свое местоположение.
Оказалось, что эти маршруты могут выталкивать кометы и астероиды на расстояние между Юпитером и Нептуном менее, чем за десять лет. По таким скоростным путям также можно перемещать кометы и астероиды на 100 астрономических единиц менее чем за столетие.
Исследователи надеются, что найденные сети супермагистралей можно будет использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в отдаленные участки Вселенной, а также для мониторинга и понимания объектов, сближающихся с Землей.
Есть несколько групп космических тел на разных расстояниях от Солнца, временные рамки перемещения в нашей системе которых могут варьироваться от 10 000 до миллиарда лет. Но ученые выявили орбитальный шлюз, связанный с Юпитером, который, кажется, намного быстрее.
Как указывают в Калифорнийском университете, Юпитер, будучи самым массивным телом в Солнечной системе, ответственен за большинство структур, которые обнаружили ученые. Астрономы сообщили, что притяжение других планет также может создавать подобные пути.
Чтобы сделать это открытие, ученые собирали числовые данные о миллионах орбит в нашей Солнечной системе и вычисляли, как они проходят внутри ранее известных космических многообразий. Исследователи отмечают, что результаты нуждаются в дальнейшем изучении, чтобы определить, возможно ли пускать по этим супермагистралям космические корабли.
Источник
# факты | Как космонавты передвигаются в открытом космосе?
Многие видели фильм «Гравитация» и многие были впечатлены, но как хотел режиссер фильма, главное в фильме «эмоции и сюжет», а не технические моменты. Как космонавты перемещаются на орбите в открытом космосе? Неужели ползает, цепляясь за обшивку летательного аппарата, обмотанный бечевой вокруг пояса?
Представьте: космонавт медленно ползет по поверхности космической станции, приближаясь к месту неисправности. Но вдруг обнаруживает, что цепочка, соединяющая его со шлюзом, коротковата — не хватает пары метров. Подумав минутку, он отстегивает от пояса карабин, чтобы прикрепить его к ближайшей скобе. Но случайно рванувшись за вылетевшим из рук инструментом (и такое бывает, теряют инструменты), космонавт перестает быть одним целым со станцией и раскручиваясь, летит куда-то в сторону альфы Центавра. Всё?
Нет, космонавт даже и не думает паниковать. Достав пару устройств, похожих на пистолеты, космонавт целится куда-то во мрак и спускает крючки. Из сопел «пистолетов» вырывается сжатый воздух и в полном соответствии с третьим законом Ньютона реактивная сила возвращает скафандр с нашим земляком на станцию. Умело используя реактивную силу, космонавт все-таки добирается до места ремонта, ради которого и выбрался за борт.
Первое устройство, с помощью которого космонавты могли передвигаться в космосе, создали американцы. HHMU было похоже на ручное оружие, простое, но жутко неудобное, поэтому дальнейшая его разработка была приостановлена.
Реактивный пистолет HHMU
Реактивный пистолет для перемещения.
Примерно так выглядела картина работы в безвоздушном пространстве для первых людей в космосе. В рамках американской программа «Джемини» первое устройство для свободных маневров в космосе было именно «реактивным пистолетом». HMNU (Hand-Helded Maneuvring Unit, или «ручное устройство маневрирования») работало на основе сжатого кислорода, и всякий раз, когда астронавт корабля «Джемини-4» Эдвард Уайт выходил в космос, он брал его с собой. Разумеется, с таким пистолетом до Луны не долетишь, но он все же давал куда более прочную надежду, чем страховочный фал связи с кораблем. Однако минимум одна рука астронавта была занята, и это было не очень хорошо.
Советское устройство 21 КС
Подобное перемещение имело ряд недочетов.
- Ранец с запасом сжатого газа и системой управления
- Сопла бокового смещения
- Отгибаемые подлокотники с рукоятками управления
Пятьдесят лет назад всем казалось, что космос без пяти минут освоен и вот-вот мы начнем строить колонии на Луне. Но чтобы строить дивный новый мир на орбите, безусловно, требовались устройства для индивидуального передвижения. Реактивные пистолеты быстро отошли на задний план, поскольку «целиться» приходилось в пустоту, а выстрелы не всегда попадали в «яблочко». Безвоздушный строитель должен четко и надежно ориентироваться в пространстве, попадать именно в ту точку, в которую хочет, иметь большую автономность и выбор действий для комфортной работы.
«Реактивная подкова»
УПМК и его части
- Первое советское устройство перемещения и маневрирования космонавта (УПМК), выполненное в форме подковы с твердотопливными двигателями, так и не было испытано в космосе.
- Батарея твердотопливных двигателей УПМК
Уже в начале второй половины 20 века стало известно, что человек проще управляется с линейной скоростью и передвижением, чем вращательными движениями. Поэтому система автономного перемещения в пространстве должна быть частично автоматизированной и ограничивать угловые скорости и ускорения. Выяснили, что космонавт не должен вращаться быстрее, чем со скоростью 40-50 градусов в секунду. К тому же, было бы неплохо, если система сама определяет координаты или хотя бы ориентацию относительно цели и места возврата. Связь с кораблем или Землей должна быть непрерывной, и все это великолепие — в течение нескольких автономных часов. Но представьте: 60-е годы, чтобы позволить космонавту столько бонусов, понадобился бы агрегат в сотни, если не тысячи килограммов. Конструкторам пришлось искать компромисс между ручным и автоматическим управлением. Да-да, полуавтоматика.
А вот советское устройство перемещения и маневрирования космонавта (УПМК), которым пользовались корабли «Восход», а позднее и военные станции «Алмаз», обещало очень многое. «Подкова» как бы обнимала скафандр с астронавтом. Перемещение обеспечивали два блока: разгонный и тормозной, каждый из 42 пороховых двигателей, каждый из которых разгонял космонавта на 20 см/с. Облететь стометровую МКС с такой скоростью можно было за 10 минут. Медленное движение было невыгодным, быстрое — опасным и тоже невыгодным. Система управлялась джойстиком на подлокотнике, а автоматика, ура, ограничивала скорость разворота.
Весило УПМК 90 кг, а аккумуляторы позволяли работать в открытом космосе до четырех часов в автономном режиме. Если бы космонавта унесло в космос, он мог бы разогнаться и лететь в одном направлении со скоростью 32 м/с. В космонавтике этот параметр называется характеристической скоростью устройства.
К сожалению, испытать УПМК в открытом космосе советским космонавтам не удалось.
Реактивный ранец
Так можно перемещаться и на Земле, и в космосе.
Предыдущие варианты установок для перемещения использовали в основном твердое ракетное топливо. Но ради повышения характеристической скорости и улучшения маневренности пытались использовать и жидкое.
AMU (Astronaut Maneuvering Unit) — первый американский реактивный ранец — использовал в качестве топлива 90-процентную перекись водорода. Весила штуковина 75 кг, из которых 20 занимали системы жизнеобеспечения, а 11 — топливо. Характеристическая скорость AMU превышала аналогичный параметр советской модели почти в два раза — 76 м/с. На орбите AMU крепилось на приборно-агрегатном отсеке корабля снаружи. Как выглядела работа астронавта в открытом космосе?
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Будучи в скафандре, космонавт выходил из гермокабины, при помощи поручней добирался до устройства и напяливал его как ранец. После этого можно отрываться от аппарата и начинать маневры. В общей сложности астронавт и AMU весили 185 килограммов. Движение в космосе обеспечивали 16 небольших ракетных двигателей. Как прошли испытания AMU?
Тестирование системы пришлось на июнь 1966 года во время полета корабля «Джемини-9А». Но все прошло на редкость ужасно. Юджин Сернан с превеликим усердием дошел до установки, залез в нее, но внезапно обнаружил, что ничего не видит. Пока астронавт добирался по открытому космосу до AMU, его шлем залило потом. А рукой его не вытереть. К тому же, Сернан не смог манипулировать джойстиком AMU — рука не дотянулась, а когда дотянулась, он сломал рукоятку. В общем, пришлось вернуться в корабль.
Только к 80-м годам аппаратура стала миниатюрнее и легче, увеличился резерв массы для дополнительных приборов. Долгожданное масштабное строительство, космический коммунизм так и не наступил. Устройства передвижения космонавтов должны были теперь служить разве что обследованию спутников, а также проверке наружного состояния станции. Для этих задач полной автоматизации процесса уже не понадобилось. Но все же космонавтов ждали перемены.
Средство передвижения космонавта (СПК) 21КС
«Сфоткай, типа в космосе летаю»
В феврале 1990 года космонавты А. Викторенко и А. Серебров получили возможность испытать в космосе устройство СПК 21 КС, поочередно облетев на нем станцию «Мир». Журналисты называли его «космический мотоцикл», но на деле оно оказалось жутко неудобным. Как говорил Серебров, «поскольку руки у космонавта жестко прикреплены к рукояткам, то он толком не мог ничего поделать с грузом, значит для транспортировки СПК использовать невозможно».
21КС (СПК), разработанное в Советском Союзе, могло работать в двух режимах: экономичном и форсированном. Первый режим ограничивал линейные и угловые скорости возле станции или спутника-мишени. Разворот кругом, поскольку угловая скорость была крайне ограничена, длился не менее 20 секунд. Форсированный режим служил для быстрого перемещения на безопасном от станции расстоянии и для экстренного реагирования в случае столкновения. Сжатый воздух, который служил топливом для реактивных сопел, хранился как у дайверов в двух 20-литровых баллонах под давлением 350 атмосфер и выпускался через 32 сопла. Пульты управления располагались на двух консолях — под руками космонавта.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Первые летные испытания 21КС прошли в феврале 1990 года. Серебров и Викторенко выходили в открытый космос из модуля «Квант-2» и удалялись от станции на 35-45 метров. Да, они использовали страховочную лебедку, но в штатном режиме СПК должен был работать без нее, удаляясь от станции «Мир» на 60 метров и от станции «Буран» на 100. Почему такая разница? В случае неполадок СПК «Буран» мог легко догнать космонавта.
MMU: Manned Maneuvering Unit
Брюс Маккэнделс в MMU
Наши сделали 21КС, подглядев у американцев пилотируемый маневрирующий блок MMU. Будучи по конструкции похож на 21КС, он обладал меньшей характеристической скоростью и весил на 30 кг меньше. В двух алюминиевых баллонах, усиленных кевларом, содержалось 6 кг азота, который и служил топливом для реактивного движения системы. В отличие от советской системы, MMU применялся для решения практических задач.
В 1984-1985 годах американские астронавты при помощи MMU сняли с орбиты несколько телекоммуникационных спутников, которые не дошли до расчетных орбит. Джозеф Аллен и Дейл Гарднер «отловили» Westar VI и Palapa B2. «Челленджер» доставил их на Землю. Но несмотря на успех MMU, катастрофа «Челленджера», которая по словам очевидцев «травмировала нацию» и чуть не привела к закрытию космической программы вообще, поставила крест и на MMU. Кроме того, стоимость пилотируемых полетов оказалась настолько велика, что дешевле было бы запускать новый аппарат, чем отправлять к сломанному человека-ремонтника.
Теперь, чтобы возобновить интерес к разработке пилотируемых средств управления для работы в космосе, нам нужно начать освоение Луны и Марса.
Что применяется в космосе сегодня?
На устройства передвижения пока возлагают немногие задачи. Если космонавт случайно удалился от станции во время выхода в открытый космос, например. УСК (российское устройство спасения космонавта) крепится сзади к скафандру «Орлан-М» и питается от его батарей. С ним можно выйти через люк диаметром 0,8 метра. Американцы используют похожее УСК — SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue, или упрощенное устройство для спасения космонавта при внекорабельной деятельности), и применяли его уже не менее чем сто раз во время выхода в открытый космос.
Источник