Зачем нам космос и космонавтика
12 апреля – День космонавтики. Ну, вы знаете: в 1961 году первый космонавт Земли Юрий Гагарин на космическом аппарате «Восток» совершил первый полет вокруг Земли. С тех пор многое изменилось: в космосе появилась МКС, где космонавты и астронавты живут месяцами. В космос отправляют туристов, и даже машины.
Но чем с практической точки зрения космос полезен человеку?
Прогноз погоды
Благодаря спутникам у метеорологов появилась возможность предсказывать погоду. И чем больше спутников на земной орбите, тем точнее прогнозы и тем меньше приходится следить за высотой полета ласточек, чтобы понять: будет дождь, или нет.
Навигация
Когда мы едем на такси с водителем, который не знает дороги, или сами едем по неизвестному маршруту, или отмечаем в инстаграме место, где мы сегодня ужинали и фотографировали еду, мы пользуемся спутниковой навигацией. Без космоса всего бы этого не существовало.
Спутниковое телевидение
Без космоса бы не существовало спутникового телевидения, и список доступных вам телеканалов был бы намного меньше того, что существует сейчас.
Геологоразведка
Космос помогает разрабатывать месторождения полезных ископаемых, сужая радиус поиска до 1-2 километров, облегчая жизнь людям.
Борьба с наркотиками
Американские военные по снимкам из космоса находят в Афганистане поля, засеянные маком и коноплей. Сорт растений можно распознать из космоса.
Спасение природы
Еще из космоса можно следить за незаконной вырубкой леса, чтобы бороться с браконьерами, искать очаги лесных пожаров, чтобы оперативно их тушить, наблюдать за посевами зерновых и других сельхозкультур.
Если мы не хотим искать воду на Марсе и пытаться выживать там, нам нужно учиться жить в мире, согласии и в чистоте на своей планете
Виталий Егоров, «Зеленый Кот», блогер и популяризатор космоса: «Что нам дала космонавтика? Она дала четкое понимание, четкое знание: свалить с этой планеты не получится. Лучше, чем на Земле, нет нигде во всей известной Вселенной. Поэтому, если мы не хотим искать воду на Марсе и пытаться выживать там, нам нужно учиться жить в мире, согласии и в чистоте на своей планете. Мне кажется, это полезное знание».
Материал подготовлен на основе выпуска программы «ЗаДело!»
Источник
Почему Космос нужен нам всем?
На правах дисклеймера
Я не пытаюсь нарисовать здесь «единую программу развития» космической отрасли, нет у меня таких знаний. Просто пройдусь по самым интересным (с моей точки зрения) технологиям и рискну «на кончике пера» найти возможные точки пересечения и развития. Любые обсуждения — приветствуются. Формат — перевод и компиляция источников, немного авторских комментариев, ссылки на сайты разработчиков и внедрителей, ну и картинки для привлечения внимания.
И еще. Упор делается на гражданский космос. Поклейка танчиков сухопутных, водоплавающих и орбитальных вместе с милитаристами всех мастей идет лесом в другом, не моем треде. Я пацифист. Благодарю за понимание.
Связь
Самое очевидное применение космоса — связь. Спутники могут выступать как непосредственные ретрансляторы сигнала между абонентами, так и работать цепочкой промежуточных ретрансляторов. Для увеличения скоростей передачи данных между спутниками можно использовать оптический канал, разреженные остатки атмосферы на НОО не ослабят лазерный луч. Небольшая рабочая высота спутников решает сразу две проблемы — снижает потребную мощность передатчика (сигнал ведь слабеет пропорционально квадрату расстояния) и упрощает утилизацию вышедшего из строя спутника в верхних слоях атмосферы.
Лучший пример технологии — спутники Starlink, легкие КА массой
227 кг, размещаемые на НОО.
Электроракетные двигатели, устанавливаемые на StarLink начиная с модификации V1.0 , обеспечивают как ориентацию, как и поддержание орбиты. Плазменные двигатели SPT-100HET спутников StarLink обладают высоким удельным импульсом(
1600c) и работают на безопасном, экологически чистом топливе — ксеноне и криптоне.
Избыток энергетических и вычислительных ресурсов спутников космической связи можно использовать для наблюдений за земной поверхностью, астрономических наблюдений, геофизических исследований (измерения магнитного поля и гравитационных аномалий). А еще они смогут обеспечить нам Internet of Sattelites. Этот как IoT. Только в космосе.
Картография, ДЗЗ, геодезия
Легкие и сверхлегкие спутники способны нести на борту оптику, обеспечивающую качественную съемку земной поверхности. Лучший пример «легких» спутников наблюдения — КА Dove и SuperDove компании PlanetLabs
Спутники Dove ожидают своей очереди к запуску на складе PlanetLabs
Высота орбиты, км
Ширина полосы просмотра, км
На базе КА Dove компании PlanetLabs уже сформирована группировка в 140 спутников, ведущих непрерывное наблюдение за земной поверхностью.
Полюбоваться на снимки с борта Dove
На борту микроспутников может размещаться не только фотооборудование, но и радиометрические приборы, с помощью которых можно вести сбор метеорологических данных в режиме реального времени. Сейчас уже действует прототип — кубсат TEMPEST, созданный компанией Blue Canyon Technologies.
Наложение снимков урагана Florence, сделанных метеоспутником GOES и TEMPEST
Основные характеристики КА «TEMPEST»
Высота орбиты, км
Ширина полосы наблюдения, км
Рабочий диапазон частот, ГГц
Масса и габариты
3 кг, формат КА — 3U
Непрерывно получаемые с НОО данные о состоянии атмосферы могут быть жизненно важны для подготовки к экстремальным погодным условиями, в первую очередь — безопасности морских и воздушных перевозок.
Спутники как часть системы управления транспортными потоками
Находящийся на низкой орбите кубсат вполне может принимать данные с транспондеров грузовых кораблей, а затем передавать их конечным пользователям. Компания Meisei Electric Co.LTD уже разрабатывает миниатюризованный приемник (8 см * 8 см * 6 см) сигналов AIS для установки на кубсаты формата 3U
Еще одно неожиданное применение данных спутниковой съемки — повышение эффективности кораблей с ветроэнергетическими установками. Проект OCEANBIRD, к примеру, предполагает создание парка крупногабаритных (длина — 200м, водоизмещение — 32000 тонн) парусников с вспомогательной электрической силовой установкой
Это — примерный вид системы SEABIRD, футуристичного вида паруса — аэродинамические профили. Компания Wallenius Marine
Регулярно обновляемые карты ветров и течений могут быть подспорьем в формировании оптимальных траекторий для хайтековых парусников. Вполне возможно, что перспективное направление развития морских перевозок — это флот дронов с парус-электрическими или парус/СПГ силовыми установками (Или, чем черт не шутит — с маломощной ЯСУ), задания которых корректируются на основе данных от группировок метеоспутников на базе TEMPEST, передаваемых через сети, подобные StarLink и отслеживаемые по сигналам ASI-бортовых транспондеров.
Мультиспектральная съемка
Кубсаты могут выступать и платформами для мультиспектральной съемки земной поверхности. Пример мультиспектрального датчика для кубсатов формата 3U и крупнее — Chameleon Imager . Результаты анализа мультиспектральной съемки могут применяться для решения самых разных задач.
Оптимизация работы систем ирригации и обработки сельхоз-угодий химикатами, удобрениями и биологическими агентами. Уже существуют системы мониторинга состояния посевов с помощью дронов, измеряющие уровень водного стресса посевов. Осторожно, наукоемко и на английском.
Еще одна работа посвящена оценке уровня заражения кукурузных посевов вредителями на основе данных мультиспектральной съемки.
Следующий шаг — вынести систему в космос для расширения полосы охвата и меньшей зависимости системы мониторинга от погодных условий.
Данные мультиспектральной съемки могут передаваться на землю, где на их основе операторы-агрономы смогу уточнить схемы орошения посевов и оставить программы обработки посевов. Возможно — при помощи все тех же дронов
Агро-дрон компании Small Robot Company (Великобритания). Им не управляют из космоса. Пока что не управляют
Мультиспектральная съемка также может оценивать продуктивность водных биомов. Точная оценка цвета поверхности океана позволяет оценить параметры углеродного и азотного цикла в приповерхностных водах и продуктивность планктона. Данные со спутников могут использоваться для выбора участков океана под аквакультуру и разведки рыбных ресурсов:
Выбор участков рыбной ловли в Южно-Китайском море
Оценка продуктивности солоноватых водоемов для ведения аквакультуры
Мониторинг космического пространства
Понятно, что на низких (до 1000 км) орбитах должна собраться внушительная (
2500 — 5000) группировка КА. И эту группировку необходимо обслуживать, снабжая информацией, необходимой для ее выживания (и недопущения синдрома Кесслера)
Земная атмосфера — сущность непостоянная, изменения солнечной активности приводят к ее расширению(и ускоряют затухание орбит спутников). Поскольку большинство перспективных спутников — это сверхмалые и малые КА с низкой нагрузкой на мидель (и достаточно «парусные»), то даже небольшое расширение термосферы может привести к существенному снижению сроков жизни КА (и к необходимости досрочного пополнения группировки). К счастью, современные технологии ЭРД позволяют компенсировать потери скорости малыми расходами топлива. Решение проблемы — спутники мониторинга космического пространства, поставляющие данные для маневров подъема орбиты для компенсации «распухания» верхних слоев атмосферы.
Мониторинг космолома. Спутники оптического, радиолокационного и ЛИДАР-наблюдения могут дополнять наземные службы мониторинга околоземного пространства и содействовать им, поставляя свежие данные о космоломе. Спутники StarLink уже располагают ДУ и набором бортовых алгоритмов для предотвращения столкновений.
Борьба с космоломом. Здесь возможен целый спектр решений, простейшее — кубсат, оснащенный гарпуном и собственной ДУ и/или надувным / раскладывающимся аэродинамическим тормозом для погружения фрагмента космического мусора на орбиту, «увязающую» в плотных слоях атмосферы и обеспечивающую падение обломков в безопасном регионе. НАСА уже проводит работы по установкам, использующим эффект солнечного паруса и тормозящие аэродинамические устройства для свода спутников с орбиты
Более сложный вариант — орбитальная платформа, оснащенная мощной энергетической установкой, системами наведения и лазерной системой. На поверхности «обстреливаемого» куска космолома возникнет плазма, которая создаст механический импульс, понижающий орбиту фрагмента для надежного захвата атмосферой. В журнале «Chinese Society of Aeronautics and Astronautics» уже предложен проект КА с лазерной установкой килоджоулевой мощности для сведения с орбиты фрагментов космолома массой
Солнечная энергетика
Возможное ответвление технологии дистанционной энергии на орбите — питание энергоемких систем КА (ионные двигатели, радарные установки для наблюдения за земной поверхностью). Развитая площадь солнечных батарей на низкой орбите снижает срок жизни КА, и возможен вариант, при котором специализированный спутник на промежуточной орбите (
750 — 1000 км), оснащенный достаточно мощной солнцеэнергетической установкой и антенной решеткой, передает энергию для питания КА на низкой орбите или даже дронам в атмосфере или на поверхности Земли. Или Марса.
Прототип такой системы уже отрабатывался на экспериментальном беспилотном космическом корабле X-37 OTV, запущенном в рамках миссии USSF-7 17 мая 2020 года.
Второе возможное направление — орбитальные отражатели, передающее солнечную энергию на Землю. Простейший вариант — зеркала из надувных и раскладывающихся металлизированных конструкций, передающие дополнительную солнечную энергию к наземным солнечным электростанциям.
Это — спутник «Echo». Металлизированный баллон диаметров в 100 футов из шестидесятых. И возможный прототип для орбитальных «Зеркал Архимеда». Материала официального сайта NASA
Если оценивать массовое совершенство орбитального зеркала на базе надувной конструкции типа Echo (0,09 кг/м 2 ) с коэффициентом запаса 1,66 на элементы жесткости, систему ориентации зеркал и управляющую автоматику, то тяжелый носитель с полезной нагрузкой в 20 тонн сможет вывести на НОО «зеркало» площадью в 133000 м 2 . Такое зеркало способно перенаправить на Землю поток энергии мощностью 180 МВт.
Китай уже начал работы по спутнику-коллектору, передающему на землю концентрированную солнечную энергию .
Солнечная печь Паркента (Узбекистан). Возможный прототип наземной станции в системе орбитальных зеркал-концентраторов
Сожалею, если материал вышел хаотично. Я обязательно исправлюсь в следующем выпуске
Источник
Не нужен нам космос далекий? Зачем человечеству осваивать космическое пространство?
Дональд Трамп нынче пообещал выделить NASA из бюджета дополнительные $1,6 млрд, чтобы вернуться в космос с размахом – сначала на Луну, а потом – на Марс. Российские власти, к счастью, подобных заявлений не делали и в принципе в космосе стараются держаться поближе к Земле. Но все ж таки выделили из федерального бюджета на космическую деятельность почти 182 млрд рублей в 2018 году и около 172 млрд – в 2019 году. А нужно ли вообще человечеству тратить столько времени, денег и сил за пределами околоземной орбиты? Что людям искать в открытом космосе?
Лунная дорожка
В апреле Президент США поздравил SpaceX с успешным запуском космического корабля Dragon 2. Директор NASA Джим Брайденстайн тогда ответил, что американская администрация обеспечила достаточное финансирование, которое позволяет продвигаться вперед: «Сегодня — МКС. Завтра — Луна!».
На днях основатель компании «Amazon» Джефф Безос, представил макет космического корабля «Blue Moon» для высадки на поверхность Луны. «Пришло время вернуться на Луну»,- заявил Безос на пресс-конференции в Вашингтоне.
Для тех, кто не знает. «Amazon» специализируется на электронной коммерции, «облачных вычислениях» и искусственном интеллекте. В настоящее время Безос, по оценкам журнала «Forbes», является богатейшим человеком в мире. Его состояние оценивается в 135,6 миллиардов долларов. Как говорится, «у богатых свои причуды», и видимо, Безосу лавры Илона Маска покоя не дают. Тот, правда, сразу на Марс собирается послать экспедицию. А этот поскромнее – на Луну к 2024 году.
Пилотируемая космонавтика
Речь все чаще идет о полетах космических аппаратов с человеком на борту. И не просто на околоземной орбите – там и так уже давно МКС работает. А подальше, в открытый космос. Пока что на Луну и на Марс, потому как этом этапе технического прогресса больше летать людям некуда. Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 миллиона километров (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное – 401 миллион километров. Для сравнения, расстояние от Земли до Луны – примерно 384 тысяч километров. А МКС летает примерно в 400 километрах над Землей. Как говорится, почувствуйте разницу.
Обо всех остальных планетах говорить не приходится. Например, на поверхности Венеры гигантские температуры и давления – это еще наши автоматические станции времен СССР показали. Мы, тогда, кстати, были пионерами в изучении Венеры. Так, атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза больше, чем на поверхности Земли, а средняя температура составляет 462 градуса Цельсия. Это обусловлено тем, что планета покрыта непрозрачным слоем из облаков серной кислоты, губительной для всего живого. Отсюда действие так называемого «парникового эффекта». Которым сегодня нас пугают сторонники теории глобального потепления на Земле. На нашей планете, правда, этот эффект будут вызывать не пары серной кислоты, а углекислый газ, в больших объемах производимый человечеством в результате своей экономической деятельности.
Поэтому туда, на Венеру, больше никто и не летал. А до других планет (Юпитер, Сатурн) и их спутников, человеку пока что просто не добраться. Космическая автоматика их успешно изучает и много интересного там находит. Но человеку в обозримом будущем там делать нечего. Как и вообще в космосе. Но, об этом мы еще дальше поговорим.
Спутник Земли
На Луне люди уже побывали – в 70-х годах. Проект «Аполлон». США вбухали тогда в него бешенные по тем временам деньги – 25 миллиардов долларов. Зачем? А все затем, чтобы показать всему миру, что именно США, а не СССР «впереди планеты всей» в деле освоения космоса.
Ну, показали. И что? А ничего. Никакого практического смысла в этой программе не было. А какие практические применения дает нам МКС? Что-то не видно победных реляций о том, что благодаря исследованиям космонавтов на орбитальной станции, удалось добиться того-то и того-то, полезного для жизни на Земле. Какие — такие прорывные решения пришли к нам с околоземной орбиты? Что-то не слышно.
Теперь вновь идут разговоры о программе «Артемида» (это сестра Аполлона в греческой мифологии), о пилотируемых полетах к Луне, а также созданию на ней станций, которые будут посещать космонавты. И Америка об этом говорит, в том числе американские частные инвесторы. И Роскосмос не отстает. Да и китайцы туда же. Нет, космический туризм – дело хорошее. У нас на планете есть люди, которым заплатить несколько десятков миллионов долларов, чтобы слетать в открытый космос, не говоря уже о том, чтобы вокруг Луны облететь – это как вам в магазин сходить за продуктами. Но, это отдельная история.
А что там, на Луне, люди будут делать? С практической точки зрения, Луна интересна только своими запасами изотопа Гелий – 3, который является идеальным топливом для термоядерных электростанций, и которого на Земле практически нет. Но беда вся в том, что термоядерные электростанции не построены. До их практического применения так же далеко, как до Луны. А может быть и намного дальше. Более того. Собирать этот Гелий – 3 прекрасно могли бы и автоматические аппараты. Не нужны для этого шахтеры в скафандрах. На поверхности все лежит. А так, что же. Вон, японцы на поверхность астероида Рюгу, находящемуся в 300 миллионах километров от Земли, сбросили небольшую бомбу с целью изучения состава выброшенного взрывом грунта. И человека на борту космического аппарата, ясно дело, не было. Автоматика сработала.
Марсианские хроники
Марс, вообще отдельная тема. Полет туда человека будет стоить немереных денег. Сколько – точно никому не известно. Это будет крайне опасно для космонавтов. Ведь как только космический корабль выходит за пределы магнитного поля Земли, на него обрушивается поток солнечного излучения, смертельно опасного для всего живого. Особенно, если во время полета произойдет вспышка на Солнце, во время которой интенсивность излучения возрастает в разы. До Луны-то еще быстро долететь можно. А вот до Марса? Выживет кто-нибудь из этих марсопроходцев? Большой вопрос. Если они даже просто долетят до красной планеты, обогнут ее и вернутся на Землю. А о том, чтобы там жить – и говорить не о чем.
А то, что тот же Илон Маск обещает в середине 20-х годов отправить на Марс экспедицию с людьми – так это просто бизнес. Надо же привлекать интерес и инвестиции к своим космическим проектам. Благо и деньги неплохие он при этом получает.
Околоземная орбита
Околоземный космос – совсем другая история. Спутники связи, метеоспутники, наблюдения за состоянием планеты, спутники военного назначения, да и многое чего другого. Без этого человечество жить уже не сможет. Важно то, что человека на этих аппаратах нет.
И, как представляется, это магистральное направление космонавтики сегодняшнего дня. Дело в том, что посылать человека в космос очень сложно и дорого. Намного эффективней создать соответствующую аппаратуру, которая человека полностью заменит. Разнообразные автоматические системы, роботы. Они там будут намного более эффективными. Когда еще советские луноходы ползали по Луне? Американские марсоходы по многу лет бороздят Марс и собирают научную информацию.
Конверсия
Освоение космоса, ближнего и дальнего, изучение Вселенной – это полезное дело. Мало ли чем эти знания потом обернутся? Мало ли каких благ они принесут человечеству? Ведь в нашей истории такое бывало уже не раз. Самый яркий пример – Майкл Фарадей, который, путем множества экспериментов показал, что электричество и магнетизм являются проявлением одной сущности – электромагнитного поля. Тогда, в середине 19 века, всем казалось, в том числе и самому Фарадею, что его исследования не имеют практического значения. Так, «чистая наука». А теперь вся электроэнергия в мире вырабатывается на принципах, открытых этим англичанином.
Поэтому и нашу Вселенную надо изучать. И Солнечную систему, и ближайшие галактики, а потом — и самые отдаленные уголки того пространства — времени, в котором мы живем. Поэтому запускаются орбитальные телескопы, межпланетные станции. И создание подобной техники окупается сторицей. Ведь инженерные и технические решения для х космических задач, часто внедряются в сугубо земные разработки. Это называется конверсией. Так что исследования космоса приносят, пусть и опосредованным путем, массу благ для нашей повседневной жизни.
Люди и звезды
А пилотируемая космонавтика? Ведь там основная проблема состоит в разработке систем жизнеобеспечения человека. А зачем такие системы нужны на Земле? То-то и оно. Поэтому представляется, что космос должны осваивать автоматические станции, что они прекрасно и делают. Роботы, которые когда-нибудь будут все же работать на Луне или на Марсе, с тем же успехом смогут выполнять аналогичные функции на Земле, выполняя за человека самые тяжелые и вредные для здоровья дела.
Люди всегда стремились к звездам. И это прекрасно и необходимо для развития нашей цивилизации. Но лучше делать это руками умных машин, которые и на Земле пригодятся. А людям лучше заниматься благоустройством своей планеты. Мест предостаточно — приполярные территории России и Канады, бескрайние пески Сахары и так далее и тому подобное. И, конечно, решать экологические проблемы на Земле , чтобы не пришлось потом искать новые места обитания в космосе.
А космос пусть останется полем для кардинально новых и полезных для нашей планеты научно-технических разработок. Пусть он будет давать нам все новые и новые знания об устройстве нашей Вселенной. Но людям туда далеко летать незачем — «есть у нас еще дома дела».
Источник