Космос почему нет успехов

Сегодня день рождения

Рекомендуем

Главная проблема, из-за которой человечество не освоит космос в ближайшие сотни лет

60 лет назад человечество отправило в космос искусственный спутник, а затем и человека. Мы готовимся к полётам на Луну и Марс и мечтаем о покорении космоса.

Но этим мечтам не суждено сбыться, по крайней мере в ближайшее время. Поговорим о том, почему полёты в космос ещё долгое время будут дорогими, а освоение других планет останется лишь мечтой

Главная проблема – это отсутствие эффективных двигателей

Что нужно для полёта в космос? Ракета, пара космонавтов и куча, просто куча топлива. Чтобы корабль смог преодолеть земное притяжение, ему нужно достичь второй космической скорости – 11,2 километра в секунду. А для этого нужны сотни тонн горючего.

Масса знаменитой советской ракеты «Союз» – 308 тонн. Из них 274 тонны – это топливо. 90% всего корабля! Современные корабли летают так же, требуют сотни тонн горючего

Космический корабль летит на реактивной тяге. Из ракетного двигателя вырывается струя горящего топлива, которая и «отрывает» корабль от поверхности. Но для каждого полёта нужно просто огромное количество горючего

При строительстве ракет инженеры борются за каждый килограмм полезной нагрузки, ведь любая взятая с собой вещь потребует больше топлива

А теперь представьте расходы горючего, чтобы построить колонию на Марсе. А если дальше? Как осваивать космос в таких условиях? Никто не будет тратить миллионы тонн ресурсов и триллионы долларов, особенно когда выгода от этого слишком туманна.

Конечно, мы можем предположить, что когда-нибудь учёные изобретут новый тип двигателя, основанный не на сжигании топлива. Например, огромную солнечную панель

Но это лишь мечты фантастов. Наши технологии основаны на сжигании топлива. Автомобили ездят на бензине. 70% всей энергии на планете берётся от сжигания нефти, угля и газа. А разработки новых видов двигателей в космической сфере почти не ведутся.

Но даже если забыть про топливо, то вспомним про время. Полёт до Марса займёт 150-300 дней. Чтобы марсианская колония стала самостоятельной, в ней должен жить хотя бы 1 миллион человек. Мы будем перевозить этот миллион и ресурсы для него не одну сотню лет.

А если мы захотим отправиться до ближайшей звёздной системы Альфа Центавра? Солнечному свету на это понадобится 4 года. А любой современной ракете – около 170 тысяч лет. Не быстро.

Неужели космос для нас закрыт?

На самом деле нет. Чтобы решить эту проблему, нужно запускать корабли не с поверхности Земли, а с орбиты. Для этого нужно построить орбитальную базу по типу МКС – только очень большую. Так мы ослабим влияние трения воздуха и притяжения и будем тратить меньше топлива.

Ракеты должны быть многоразовыми, то есть возвращаться после запуска. Сейчас ступени с хранящимся топливом сбрасываются и сгорают в атмосфере. Это ужасно неэффективно, но по-другому мы пока не умеем.

Также для полётов нам нужен космический лифт – трос от поверхности Земли до орбитальной базы. По нему будут подниматься космонавты и ресурсы для полёта. Мы сэкономим кучу топлива, а ракеты смогут летать как самолёты. Будем делать не по 100 запусков в год, а по несколько тысяч 🙂

Такие грандиозные планы можно совершить только совместными усилиями всего мира. И на это уйдёт уйма времени. Поэтому в ближайшие 200-300 лет человечество вряд ли побывает в космосе дальше Луны, Марса и Венеры.

Источник

Потерянная миссия: почему Россия отстает в космосе уже и от Китая

Новость о предстоящем падении отслужившей свой срок китайской орбитальной станции «Тяньгун-1», как ни странно, больше говорит об успехах космической программы КНР (новая станция уже на орбите). И о том, что России есть о чем задуматься. Конечно, космос не Олимпиада, космические программы зависят от задач страны, а не только от количественных показателей. Тем не менее статистика позволяет делать выводы. Вот, например, число запусков — здесь учитывается только «национальность» ракеты-носителя и ничего не говорится о том, чью полезную нагрузку — спутники и иные космические аппараты — они вывели на земную орбиту и вне ее.

При этом российскими считаются запуски «Союзов» с космодрома Куру международной частной компанией Arianespace — в 2014 году таких запусков было четыре, в 2015-м — три, в 2016 и 2013 годах — два, и их смело можно из «нашей» статистики вычитать. Европе, кстати, на пятки наступает Индия с семью успешными пусками в прошлом году. Кроме того, мы берем все пуски, не вычитая аварий, с которыми у «Роскосмоса» все не очень гладко. Китай, получается, делит первое место с США.

Копирование, и не только

Пекин, конечно, планомерно выстраивает свою космическую программу (благодаря или вопреки тому, что конгресс США ограничивает его сотрудничество с NASA), и она очень амбициозна — в планах и Луна, и Марс. Однако китайцы никогда не боялись учиться у других и заимствовать. Китайская ракета очень похожа на «Союз» совершенно не случайно: в 1990-е годы Китай купил у России массу технологий. И речь не только о ракете как таковой, но и о ценнейшей наземной аппаратуре — испытательных стендах, которые позволяют отработать используемые технологии и избежать ошибок на старте или в космосе. Эта прочная база, отталкиваясь от которой куда легче развиваться.

Если сравнивать по числу межпланетных миссий, то окажется, что последняя частично успешная такая миссия была у России (то есть еще СССР) в 1988 году — «Фобос-2» достиг орбиты Марса. Последняя по-настоящему культовая, взорвавшая научный, и не только, мир миссия случилась аж в 1984 году, это были два аппарата «Вега-1» и «Вега-2», исследовавшие атмосферу Венеры и пролетевшие мимо кометы Галлея. Советский космический аппарат был на Луне в последний раз в 1976 году. Для сравнения: последняя китайская автоматическая лунная станция «Чанъэ-5Т1» была запущена в 2014 году, индийский «Чандраян-1» — в 2008-м.

Но не Китай и не Индия, конечно, законодатели мод в этой сфере: все межпланетные миссии, выносящие науку в заголовки далеких от науки СМИ, — это NASA и отчасти Европейское космическое агентство. Благодаря им мы знаем так много о Титане и Юпитере, космический аппарат сел на поверхность кометы, а «Вояджер-1», запущенный в 1977 году, в 2013-м вышел за пределы Солнечной системы в межзвездное пространство. России сейчас на карте стран — межпланетных исследователей нет.

У России остается относительно мощная группировка спутников дистанционного зондирования Земли — снимки с разрешением до метра могут передавать на Землю сразу три спутника. Однако их оператор сидит как собака на сене: о том, насколько эффективно они используются «Роскосмосом», очень хорошо рассказывает апологет частной космонавтики Виталий Егоров, и повторять его слова нет нужды, скажу лишь, что их данные недоступны даже сервису «Яндекс.Карты».

Потребительский космос

В чем же причина того, что Россия начинает отставать в космосе не только от США, но и от Китая? Короткий ответ: мир стал глобальным. Более длинный ответ включает то, с чего начался разговор: зачем людям космос. Все задачи, которые мы решаем вне Земли, можно грубо разделить на две группы: наука и потребительский рынок. Наука — это исследования космоса, сюда входят как межпланетные миссии, так и эксперимент по пребыванию человека на околоземной орбите — МКС (хотя наука на станции не заканчивается, конечно, медициной). Потребительский рынок — это телекоммуникации, дистанционное зондирование Земли, картография, наблюдение землетрясений и поиски затерянных в джунглях древних городов. Ракеты-носители совмещают обе функции: на них выбираются с Земли любые космические аппараты, но для научной аппаратуры они сервисное сопровождение, так что и их по большому счету можно отнести к потребительскому космосу.

Развитие потребительского космоса в XXI веке предельно прагматично: нужно удовлетворить желания и требования заказчика наименьшими ресурсами. Прагматичность ведет на рынок частных игроков (будь то Илон Маск или международный консорциум инвесторов), которые не столько создают что-то принципиально новое, сколько отрабатывают и масштабируют технологии, разработанные в прошлом для нужд космической науки. В России этого разделения пока не произошло: наши ракеты-носители делаются на крупных предприятиях «Роскосмоса», это государственные структуры, и перед ними не стоит задач оптимизации либо нет достаточной мотивации это делать. Да и в целом подобные проекты ведутся, кажется, для галочки и количества в табличке — иначе как объяснить слабое использование тех же спутников зондирования Земли или ГЛОНАСС.

Научные миссии остаются и, наверное, всегда останутся вотчиной государственных космических агентств. Это классическая разница между фундаментальной и прикладной наукой: невозможно увидеть сиюминутную выгоду в исследовании Плутона, но такие работы двигают вперед границы человеческих возможностей и понимание мира. Финансово оставаясь на балансе государства (хотя нельзя не отметить инициативу Юрия Мильнера по полету наноспутников к альфе Центавра — частный капитал появляется и здесь).

Ракетная наука

Объединяет эти два направления совершенно нетехнический аспект — люди. В английском языке выражение, близкое по смыслу к «не боги горшки обжигают», звучит как it’s not rocket science. Значит — прорвемся, сделаем. Так вот rocket science — это rocket science, горшки обжигают боги, и в этой сфере нужны самые лучшие. И эти люди хотят жить, есть и кормить детей. Конечно, государственный служащий в космическом агентстве не станет богаче олигарха и даже программиста из Кремниевой долины, но этого и не нужно, эта работа хороша, интересна и привлекательна сама по себе. Но в разумных финансовых пределах: работа в NASA престижна и стабильна, чего нельзя сказать о предприятиях «Роскосмоса». Заработные платы остаются неконкурентоспособными, а довершает картину обязательная в большинстве случаев форма секретности: космические инженеры не выезжают за границу. То, что было мелочью для советского человека — никто же не ездил, — становится странным и необоснованным ограничением для миллениала. И не способствует привлечению кадров.

Есть и еще одна особенность: космические проекты — это всегда игра вдолгую. Я неоднократно слышала сравнение Большого адронного коллайдера или Международного термоядерного реактора ITER с собором: кладущие кирпичики сейчас осознают, что могут и не увидеть всего здания. Но при этом нужно стараться, чтобы каждый кладущий кирпичик проработал над зданием достаточно долго, накопив опыт и успев передать его юным коллегам. То же и в космосе: легендарная «Розетта» стартовала к комете 67P/Чурюмова — Герасименко в 2004 году (а перед этим была длительная фаза проектирования и строительства), а завершила полет в 2016-м. Ставший знаменитым вместе с этой миссией Мэтт Тейлор (тот самый, с татуировками и в вызвавшей бурю эмоций рубашке) начал работать в ESA в 2005 году и, я думаю, доработает на одном месте до стажа советского ветерана труда. История МКС еще дольше. В этом принципиальное отличие «ЦСКБ-Прогресс» и НПО им. Лавочкина от «Яндекса» или ТАСС — космических инженеров нельзя набрать по звонку на проект. Не потому, что веб-разработчики или программисты чем-то хуже, — таковы особенности производственного процесса. Космическая игра вдолгую предполагает совершенно иной тип работы с кадрами, материальной и нематериальной мотивации, их ценности и к ним уважения. Нельзя запускать ракеты силами людей, которые приходят на предприятия как в высокотехнологичный «Макдоналдс» — набраться опыта, получить хорошую запись в трудовой и поспешить туда, где трава зеленее.

Источник

Бесконечность Вселенной: как понять и осознать космос

Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).

Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.

Как доказать бесконечность Вселенной?

Космология Джордано Бруно

Джордано Бруно стал одним из первых, кто попытался ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения философии — и доказать это в своих трактатах: «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах». Однако его аргументы пересекались с теологией и основывались на божественном начале:

1. Первое доказательство: принцип полноты. Если бог, сотворивший Вселенную, всемогущ и бесконечен, то и Вселенная бесконечна.
2. Второе доказательство: принцип отсутствия основания. Если бог сотворил мир в одной точке пространства, то сотворил его в и в другой.
3. Третье доказательство: вне Вселенной ничего нет, поэтому ничто не может её ограничить.

Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.

Памятник Джордано Бруно в Италии

Современная космология. Расширяющаяся Вселенная

На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).

Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.

Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.

Красное смещение: принцип действия

Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.

Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.

Модели Фридмана

На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:

• Вселенная выглядит одинаково при наблюдении в любом направлении;
• Это справедливо при наблюдении из любой точки пространства;

Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:

1. Если средняя плотность вещества меньше или равна определённому критическому значению, то идея бесконечности Вселенной подтвердится. В этом случае её сегодняшнее расширение будет продолжаться вечно.
2. Если средняя плотность больше критической, то создаваемое веществом гравитационное поле заставит Вселенную замкнуть саму себя. Она будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Затем гравитационные поля остановят расширение Вселенной и заставят её перейти в состояние сингулярности.

Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.

Современные модели Вселенной (космологические теории)

Ускорение расширяющейся Вселенной

Вселенная не просто расширяется — она расширяется с ускорением. Это открытие было сделано в конце 1990-х Солом Перлмуттером, Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом при наблюдении сверхновых типа Ia. Яркость взрыва этих звёзд практически неизменна, поэтому по яркости света с Земли можно определить расстояние, на котором взрыв произошёл.

Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.

На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?

Наиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.

Можно ли доказать бесконечность Вселенной?

Первая попытка: космическое путешествие

Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:

• Космический корабль должен двигаться со сверхсветовой скоростью (299 792 458 м/с) и иметь бесконечный запас топлива;
• Путешественник должен быть бессмертен и не иметь потребностей.

Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.

Вторая попытка: изучение Большого взрыва

Большой взрыв является общепринятой космологической моделью рождения Вселенной. Его исследование помогает открывать свойства современного космоса и, возможно, поможет найти ответ на интересующий нас вопрос. Однако доподлинно неизвестно, почему произошёл Большой взрыв — учёные не пришли к окончательному выводу.

Хронология Большого взрыва. Температура указана в кельвинах. Источник: starcatalog.ru.

Третья попытка: измерение плотности вещества

Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.

Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.

Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

• Стивен Хокинг — «Краткая история времени», «Теория всего», «Краткие ответы на большие вопросы», «Кратчайшая история времени», «О вселенной в двух словах», «Природа пространства и времени»
• Стивен Вайнберг — «Гравитация и космология», «Первые три минуты», «Объясняя мир»
• Константин Циолковский — «Жизнь Вселенной»
• Нил Деграсс Тайсон — «Астрофизика с космической скоростью», «История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции»
• Аристотель — «О небе»
• Джордано Бруно — «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах».
• В.Н. Лукаш, Е. В. Михеева — «Актуальные проблемы космологии»
• Д. Шама — «Современная космология»
• Ф. Пиблс — «Физическая космология»
• Дэйв Голберг — «Вселенная в зеркале заднего вида»

Книги, которые стоит прочесть для понимания современных космологических теорий

Что посмотреть?

• «Удивительное путешествие от Земли до конца вселенной — живём ли мы в бесконечной вселенной?» — National geographic
• «Наша бесконечная Вселенная» — К.Р. Коллинз
• «Путешествие на край Вселенной» — National geographic
• «Телескоп Хаббл в 3D» — Тони Майерс
• «Бесконечная бесконечность» — BBC Horizon
• «Каковы размеры Вселенной» — BBC Horizon

Бесконечность Вселенной — FAQ

Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.

Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.

Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.

Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.

Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.

Тёмная материя — особый вид материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, поэтому названа «тёмной». Единственная сила, с которой взаимодействует тёмная материя, — гравитационная сила. Этот вид материи был обнаружен благодаря воздействию гравитации.

Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.

Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.

Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.

Источник