10 способов покорить космос, которые могут однажды сработать
Люди давно мечтают о путешествиях к далеким планетам; этот же вопрос больше века освещается в научной фантастике. В реальности существует много проблем, которые мешают нам осуществить это, в том числе и отсутствие адекватных технологий. Но это не останавливает ученых от теоретизации возможных способов освоения космического пространства, которые однажды могут стать вполне реальными.
Ионные двигатели
Ионные двигатели вряд ли станут чем-то новеньким для фанатов «Звездных войн», поскольку на них летали TIE Fighters. Кроме того, это вполне существующая технология, которую использовал зонд Dawn, запущенный в сентябре 1997 году, для изучения карликовых планет Весты и Цереры.
Ионные двигатели работают, когда атомы ксенона бомбардируются электронами, образуя ионы. В задней части двигателя находятся металлические сетки, заряженные на 1000 вольт, которые выстреливают ионы с огромной скоростью. Тяга довольно небольшая, но поскольку космос — это среда без трения и с нулевой гравитацией, она постоянно нарастает. Максимальная скорость, которую набрал Dawn, составляет 38 600 км/ч.
Ионные двигатели требуют минимального топлива. Они в 10 раз эффективней химических двигателей. Энергию они получают от больших солнечных батарей, поэтому нет никакой необходимости строить хранилище для топлива. Также это дает ионным двигателям в теории неисчерпаемый источник энергии.
Текущая проблема ионных двигателей заключается в том, что они слишком медленные, чтобы перевозить людей. Их можно было использовать, например, для транспортировки оборудования и припасов в марсианские колонии.
Bussard Ramjet
Как упоминалось выше, одной из самых больших проблем, стоящих на пути у космических путешествий, остается необходимое количество топлива. Для решения этой проблемы в 1960-х годах предложили создать так называемый Bussard Interstellar Ramjet.
Идея в том, что космический аппарат подбирает протоны, разбросанные во Вселенной, по мере путешествия. Если эти протоны затем можно синтезировать, космический аппарат по сути летит на ядерной ракете.
Правда, есть ряд проблем с концепцией Ramjet. Можно поднять только определенное количество протонов, а по мере подбора протонов также будет рождаться существенное сопротивление. Кроме того, есть небольшой вопрос о создании стабильно работающего устройства ядерного синтеза.
Движение на ядерном импульсе
Идея использования ядерной энергии для запуска космических аппаратов уходит корнями еще в 1950-е. Проект «Орион» был инициативой NASA, которое решило построить корабль размером с хороший небоскреб, запускающийся от взрыва ядерной бомбы под ним. Вы уже начинаете догадываться о связанных с проектом проблемах. Для начала после этого проекта должно остаться огромное количество радиации, да и сами астронавты получат отравление радиацией.
Когда бомба взорвется, она создаст электромагнитный импульс, который уничтожит бортовую электронику. И это если запуск еще будет успешным и не приведет к фатальным потерям. Проект «Орион» рассматривался в первую очередь потому, что мог доставить нас на Марс за три месяца. Обычному кораблю потребовалось бы восемнадцать.
Очевидно, проект «Орион» умер, но стоящая за ним идея живет. «Вояджер-1», «Вояджер-2» и «Кассини» использовали форму ядерной энергии на основе распада плутония, преобразуя ее в электричество, для своих полетов. К сожалению, запасы необходимого плутония на нашей планете подошли к концу, а запустить повторное производство довольно сложно, поскольку это побочный продукт создания ядерных бомб.
Движение на лазерных лучах
Аэрокосмический инженер Леик Мирабо в 1988 году пришел к идее использования движения на лазерных лучах, когда он работал над проектом ПРО «Звездных войн». Аппарат Мирабо должен был быть коническим. Мощный лазерный луч выстреливал бы с узкого конца конуса, содержащего параболический отражатель.
Это нагревало бы воздух внутри до 30 000 градусов, что приводило бы к взрывам, создающим тягу. Мирабо считал, что такой аппарат появится уже в ближайшие 20 лет, но его сверстники смотрели на эту идею со скепсисом.
Межзвездный аппарат «Дедал»
Британское межпланетное общество проводило исследования в течение пяти лет, начиная с 1973 года, изучая возможность отправки людей к звезде Барнарда, которая находится в шести световых годах от нас. Их решением стал межпланетный космический аппарат «Дедал» (Daedalus). Daedalus был гигантским аппаратом, тоже по размерам с хороший небоскреб, и точно должен был собираться на орбите Земли.
Как и проект «Орион», он должен был использовать двигатели синтеза. Гранулы топлива вводились бы на высокой скорости в реакционную камеру, где их поджигали бы пучки высокоэнергетических электронов. Первая ступень должна была поднять Земли 46 000 тонн топлива, вторая — небольшую часть корабля с 4000 тонн топлива. Топливом должен был стать гелий-3.
Гелий-3 — невероятная редкость на Земле, но на Луне, как полагают, его гораздо больше; также его можно найти в космических облаках. Сбор необходимого количества занял бы 20 лет. Гелий-3 также очень трудно поджечь в качестве топлива, поскольку требуется крайне много тепла. Но если бы проект выгорел, аппарат разогнался бы до 12,2% скорости света и достиг бы звезды Барнарда за 50 лет.
В 2009 году начались исследования в рамках проекта «Икар» (Icarus), которые должны показать, каким может стать межзвездное путешествие после стольких лет научного прогресса.
Верхом на астероиде
Одной из крупнейших проблем путешествий в космосе остается воздействие космических лучей. Если человеку необходимо 1000 дней, чтобы добраться до Марса, он получит такое облучение, что шансы на развитие рака вырастут с 1 до 19 процентов.
Космический аппарат состоит из легких материалов, а экраны от радиации слишком тяжелые. Поэтому профессор физики из Массачусетского технологического института считает, что лучшим способом преодолеть большие расстояния будет приземление на астероид и создание туннеля под его поверхностью.
Астероид должен быть 10 метров шириной и проходить в пределах нескольких миллионов километров от Земли и Марса, чтобы план сработал. Пока известно пять таких астероидов, и все они пройдут рядом с Землей до 2100 года. Путешествие будет в один конец, поскольку астероидов, которые летят туда и обратно, не существует. Впрочем, постоянно происходят новые открытия, поэтому, возможно, мы найдем и астероид, летящий от Марса к нам в нужный момент.
Солнечный парус
Хотя паруса сложно назвать высокими технологиями по современным меркам, в космическом контексте они получили хорошее обновление. Вместо использования ветра эти паруса будут задействовать энергию солнца. Солнечные паруса дадут космическому аппарату небольшую тягу, но поскольку в космосе нет трения, эти паруса будут постепенно набирать скорость.
К примеру, солнечный парус шириной в 400 метров сможет проходить больше двух миллиардов километров в год. Это быстрее, чем может проходить судно с химической тягой. Также было бы дешевле.
Проекты по использованию солнечных парусов тоже не редкость. Один от NASA называется Sunjammer, названный в честь рассказа Артура Кларка. Парус Sunjammer может быть изготовлен из материала каптона и быть в пять микрон толщиной, весить меньше 20 килограммов и в упакованном состоянии по размерам быть как стиральная машинка.
Другой вариант, созданный в честь Карла Сагана, очень скоро должен выйти на орбиту. Есть также теория, что солнечный парус может отвезти космический аппарат в другую солнечную систему. Такой парус будет размером с большой город и активным его центром будет мощный лазер.
Магнитный парус
Скорость большинства испускаемых Солнцем протонов и электронов варьируется от 400 до 600 километров в секунду. Магнитный парус мог бы использовать их энергию и отталкиваться от них. Петля проводящего материала может производить магнитное поле, которое перпендикулярно солнечному ветру, и это будет толкать аппарат в нужном направлении.
Проблема в том, что магнитный парус должен быть стокилометровой длины. Технологии, которые позволят сделать парус из сверхпроводящего материала таких размеров и поддерживать нужную температуру, пока просто недоступны сейчас. Магнитные паруса остаются теорией, пока не будет разработана нужная технология.
Червоточина
Выходцы из научной фантастики, червоточины вдохновляли людей с самого своего появления в теории в 1921 году. Хотя их существование допускается, прямых свидетельств этому пока не находили. Червоточины — это по сути туннели в космосе, через которые может пройти объект в теории. При этом червоточины нестабильны — если кто-то захочет пройти через одну из таких, ее стенки могут коллапсировать.
Для безопасного прохождения через червоточину аппарат должен использовать антигравитационную силу. Физики считают, что мы просто не соберем достаточно энергии. Если и существует червоточина, через которую могут пройти люди, то точно не в природе; однако достаточно развитая цивилизация могла бы построить ее. Поэтому пока мы не встретим или не построим ее, червоточина будет оставаться научно-фантастическим вымыслом.
Варп-двигатель
Ставшая популярной благодаря «Звездному пути», идея варп-двигателя позволяет путешествовать буквально быстрее скорости света, при этом не нарушая законы физики. Тем не менее ученые верят в возможность его реализации. Впервые идею предложил физик Мигель Алькубьерре: создать космический аппарат в форме мяча для регби с плоским кольцом вокруг. Правда, чтобы корабль полетел, вам нужен шар антиматерии размером с Юпитер.
Чтобы сделать такой космический аппарат возможным, Гарольд Уайт из NASA внес в проект изменения. В теории его модифицированный корабль будет требовать намного меньше антиматерии, порядка 500 килограммов. Он сможет искривлять пространство-время и достигать скорость в 10 раз быстрее скорости света. Путешествие к ближайшей звезде займет четыре-пять месяцев.
К сожалению, антиматерия чрезвычайно нестабильна. Всего треть грамма антивещества может высвободить столько же энергии, сколько было высвобождено при бомбардировке Хиросимы. Антиматерии в проекте Уайта потянет на 1,5 миллиона Хиросим, чего будет достаточно для уничтожения Земли.
Источник
Освоение космического пространства
Освоение космоса человеком кратко описать практически невозможно. За каждым небольшим достижением стоит огромное количество научной и конструкторской работы. Вспомним стихотворение Бродского «Освоение космоса». Оно во многом отражает значимость и масштабность всех проектов:
« … донес, что в космос взвился человек.
А я лежал, не поднимая век,
и размышлял о мире многоликом.
Я рассуждал: зевай иль примечай,
но все равно о малом и великом
мы, если узнаем, то невзначай»
Космос и СССР
Освоение космоса СССР развивалось стремительными темпами. Считается, то правопреемником большинства технологий стала современная Россия. Как мы знаем, масштабные программы постоянно развиваются, они не стоят на месте. По этой причине, каждый новый полёт полон научных прорывов. Освоение космоса Россией немного замедлено. Но, определенно, мы должны гордиться, что наша страна способна заниматься такими развитыми проектами. Мы являемся одним из немногих государств, где мечта мальчиков и девочек стать космонавтом вполне реальна. Освоение космоса человеком только начинается, но этому следовала краткая и яркая предыстория. Рассмотрим всё в хронологическом порядке и интересных фактах.
Космос раскрывает свои тайны
Тезисы по теме освоения космического пространства сильно расходятся, в зависимости от характера подаваемой информации. Безусловно, происходит этот процесс постепенно. На самом деле, каждый этап, просто звучащий на словах, подразумевает годы кропотливой работы. Более того, это десятки миллиардов вложенных средств. С этой целью, в ход идёт всё, начиная от новейших материалов, заканчивая теориями и догадками. Пожалуй, профессия космонавтов является одной из наиболее рискованных в мире.
Несомненно, освоение космоса на фото восхищает и впечатляет. Но это делают лишь наиболее отважные люди, обладающие мощным запасом здоровья, способностью принимать сложные решения в экстренных ситуациях. К тому же, благодаря орбитальным телескопам, МКС и множеству других проектов, было получено множество систематизированных данных. Именно они составляют базу знаний человечества об этом неизведанном месте. В конце концов, даже у солидных ученых больше вопросов, чем ответов. Несмотря на то, что они занимаются раскрытием тайн. А освоение космоса, как глобальная проблема, рассматривается многими странами. Между тем, они не имеют даже собственных космодромов.
Зачем нужно покорение космоса человеком
В данный момент эксперты выделяют большое количество причин для этого. Не только тяга к знаниям движет проекты освоения человеком космического пространства:
- Выживание. В определенной ситуации человечество может оказаться на грани исчезновения. Предполагается, что спасти остатки цивилизации поможет только эвакуация на другую планету.
- Добыча полезных ископаемых. Считается, наиболее ценными залежами обладают астероиды. Соответственно, поэтому освоение человеком космического пространства играет экономическую роль. Редкоземельные металлы не настолько редки в других звездных системах. Таким образом, это позволит решить множество проблем.
- Возможность противостоять глобальным угрозам. Сейчас в данный ранг возведены кометы и астероиды. Ранее эти теории лишь пугали зрителей с экранов телевизора, но упавший в 2013 году Чебаркульский метеорит под Челябинском показал всю мощь космических тел.
Этапы освоения космического пространства
В данный момент люди смогли покорить лишь околоземные орбиты. А более дальние пространства открылись лишь необитаемым аппаратам. Завораживающие картинки освоения космоса лишь передаваемые радиотелескопами кодированные изображения. Процент изучения ничтожно мал, но уже это является весомым вкладом. Стоит отметить, что освоение космоса и мирового океана схоже. Ведь перед человечеством стоят действительно безграничные задачи.
Результаты и цели
В данный момент успехи были достигнуты лишь в исследованиях астероидов и комет, Солнца, а также близлежащих планет. Всё остальное строится на теориях, подтверждения которых придётся ждать ещё очень долго.
Следующий этап – это дальние планеты Солнечной системы. Затем выход из неё и переход в другие галактики. Но ни одна из современных земных технологий не в состоянии создать что-то пригодное для подобных путешествий. Следовательно, необходим революционный прорыв.
Выделять этапы строго нельзя. Потому что всё находится в стадии формирования, систематика дисциплин постоянно меняется. К тому же, довольно часто отдельные фрагменты предыдущих наработок полностью перечёркиваются новыми открытиями.
Наука и космос
Наука об освоении космического пространства называется космонавтикой. Пожалуй, это наиболее сложная дисциплина, требующая множество научно-исследовательской работы, больших вложений средств и высшего уровня подготовки учёных.
Первый искусственный спутник
Как известно, первым аппаратом на орбите Земли стал так называемый Спутник-1. Он был настолько популярен, что в Советском союзе в его форме делали даже ёлочные игрушки и значки. Освоение космического пространства СССР поставило точку на стараниях американцев 4 октября 1957 года. Потому как именно тогда первый шарообразный спутник вышел на орбиту, передав обратно сигнал об успешном старте. Единственной целью его запуска была проверка теорий. В конце концов, освоение космоса в 50-60 годы перестало казаться призрачной задачей. Также это спровоцировало всплеск огромного количества научной фантастики, наводнившей страницы книг и экраны телевизоров.
Устройство представляло собой две сваренные полусферы из магниевого сплава и четыре стабилизатора, параллельно играющие роль передающих антенн. Общая масса устройства не превышала 88.5 кг.
Первый запуск космического аппарата
Это гордое имя смог получить только проект Спутник-5. Действительно, ведь именно в нём летели специально обученные собаки Белка и Стрелка. Они благополучно вернулись на землю 19 августа 1960 года. На самом деле, это было генеральной репетицией освоения космоса Гагариным. Потому как эти животные теплокровны, что позволило переложить воздействие на их организмы применимо к людям. Разумеется, исследования на них после возвращения проводили очень аккуратно, а обе собаки благополучно дожили до глубокой старости.
Человек в космосе
12 апреля 1961 года корабль Восток-1 успешно вывел на орбиту Земли первого в мире человека. Им стал гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. Этому событию предшествовала атмосфера строжайшей секретности, и конечно тщательная подготовка. Несмотря на проигрыш в космической гонке, все государства встречали его, как героя. После успешной посадки началось настоящее мировое турне, награждение различными медалями, чествование, как героя.
Далее история освоения космоса не закончилась, а корабли Восток имели множественное продолжение. Данное имя до сих пор используется Россией для кодировки в своих программах. Как известно, 12 апреля было объявлено как международный день авиации и космонавтики.
Первая высадка на Луну
Освоение космоса американцами всегда шло по пятам за СССР. Уставшие отставать, они в 1969 году запустили миссию Апполон-11, совершившую высадку на Луну. Первым человеком, ступившим на поверхность спутника, стал Нил Армстронг. В дальнейшем получивший всемирную известность. Пребывание в этих условиях длилось 2.5 часа, после чего был осуществлён возврат на Землю.
Скептики до сих пор ставят эту миссию под сомнение, но для этого есть реальные основания. Для того чтобы стартовать с нашей планеты, нужно строить космодром и иметь огромные запасы топлива. Как это сделали США около 50 лет назад, до сих пор остаётся загадкой. И почему никто до сих пор не повторил это? Отметим, что доказательством считался пакет лунного грунта, привезенного обратно.
Орбитальные станции «Салют»
В феврале 1971 года, сразу после лунной миссии американцами, история освоения космического пространства ознаменовалась новым событием. В это время СССР запустил первую станцию на орбиту нашей планеты. Экипаж состоял из трёх космонавтов, а всего проект просуществовал 175 дней. Так что, это было более выгодно, чем делать краткосрочные запуски. Впоследствии, данная история освоения космического пространства в журналах часто приукрашалась. Естественно, что в условиях холодной войны и железного занавеса все считали, что всё это преследует только военные цели. Но атаки с большой высоты не последовало. В результате пройдут годы, а всё человечество будет пользоваться этими наработками для новых исследований.
Первая международная космическая станция
Освоение космического пространства приобрело совершенно другой смысл, когда люди стали подолгу проживать на орбите. Последний проект оказался настолько дорогим, что коллектив стран, во главе с США, принял Россию в 1990-м году. В настоящее время в космическом пространстве работает единственная станция, хотя у СССР был самостоятельный опыт подобных проектов ранее. В 1993 году Альберт Гор и Виктор Черномырдин подписали все документы, необходимые для сборки.
Изучение и разработки
Подлинное количество модулей неизвестно, но строительство продолжается. Прежде всего, здесь постоянно проводятся исследовании плюсов и минусов освоения космоса. А также разрабатываются инновационные материалы, способные выдерживать специфические условия. Изучаются радиационные условия работы электроники в космическом пространстве, функционирование человеческого организма и связанные с этим проблемы. Помимо этого, не обделены вниманием рост растений, поведение и размножение животных, колоний бактерий.
Несколько фактов о МКС
Перечислим наиболее интересные сведения, часто не входящие в многочисленные новости и космические отчёты:
— Космонавт – это учёный. У них есть специальная программа, требуемая к выполнению ежедневно. К тому же, отчёты регулярно отправляются в земные лаборатории. Научные исследования касаются, в основном, новых материалов.
— Корабль имеет множество продуманных до мелочей систем жизнеобеспечения. По этой причине они занимают львиную долю полезного пространства. В конце концов, кажущиеся здесь простые вещи на орбите обеспечить крайне сложно.
— Орбитальная станция является наиболее дорогим и долгосрочным международным проектом. На самом деле, по разным оценкам, в неё уже вложено 150-200 миллиардов долларов, не считая затрат на разработку и работу поддерживающих центров на Земле.
Уже в космосе
— После запуска всем участникам экспедиций предписаны физические тренировки. Доказано, что один месяц пользования невесомостью, когда отсутствует ходьба и прочие нагрузки, уже приведёт к атрофии мышц шеи, а голова просто перестанет держаться. Поэтому на борту действует специфичный тренажерный зал.
— Проблема стирки грязного белья решена интересным способом. Оно просто сбрасывается на нашу планету, а затем сгорает над океанами в атмосфере. Более того, этот же контейнер доставляет экипажу чистые вещи. Очевидно, что слишком дорого возить на орбиту воду, порошок и выводить стиральные машины.
Первая межконтинентальная баллистическая ракета
Интересно, что первенство в создании суборбитальных космических реактивных летательных аппаратах по праву принадлежит Германии. Известный конструктор Вернер Фон Браун успел в январе 1945 года провести опытные испытания, так называемого проекта А9 «Америка». Конечной целью данного гиганта весом в 100 тонн были индустриальные центры США, находящиеся на восточном побережье. Большую часть массы составляли две ступени и твердое топливо, а использование могло иметь, скорее всего, психологический эффект. Заявленная дальность полёта составляла 5000 км, а практический потолок не более 60 км. Но траектория была достаточна для выхода на орбиту при наличии первой космической скорости.
Влияние изучения космоса на политику
Неосторожно оброненные Черчиллем фразы на международных конференциях сделали из СССР международную угрозу, в результате весь мир стал на грань конфликта. Впоследствии началась гонка вооружений, где первенство взяли советские учёные. Они создали ракету Р7, дальностью почти 9000 км. Конечно, США последовали через год. На самом деле, в совокупности с ядерным оружием это полностью изменило военные докторины. Косвенно можно считать, эти разработки одним из толчков к освоению ближайшего космического пространства.
Так что, в современном мире стать первым в данной сфере можно двумя способами. Первый предусматривает полёты над уровнем земли, когда ракета сливается для радаров с рельефом. А второй, конечно, заключается в выходе на орбиту для нанесения удара строго сверху по заданной цели.
Космонавтика сегодня завтра и всегда
С уверенностью можно сказать, что в освоении ближайшего космического пространства реальной задачей для текущих 10-20 лет считается колонизация Марса. К тому же, учёные демонстрируют красивые ролики с трёхмерной анимацией, запускают беспилотные летательные аппараты. Кроме того, они высаживают исследовательские самоходные роботизированные машины, собирающие данные.
Несколько простых истин
- Здоровье астронавтов. Мы являемся сложной биологической структурой. Которая, в конце концов, привыкла миллионы лет функционировать в определенных условиях. К тому же, постоянный уровень магнитного поля и гравитации, этого достаточно. Если осанка человека нарушается, то в результате неправильно работают все внутренние органы. Однако, на красной планете искаженное притяжение заставит все системы работать в другом ключе. Другими словами, последствия этого не изучены. Также пагубно будут влиять магнитные поля, разность давлений. Скафандр и поселения в капсулах не являются панацеей. Получается, что Сатурн и Юпитер освоить не получится, ведь там на человека будет действовать чудовищное притяжение.
- Успешная посадка возможна, но что делать с обратным стартом? Пока на Земле человечество строит сложнейшие космодромы для запуска. Однако на Марсе сделать это физически невозможно. Получается, что любая миссия будет иметь билет в один конец.
- Энергия и материалы, еда и гигиена окажутся большой проблемой. Вероятно, можно топить марсианский лёд. Но нет гарантии, что полученная вода не убьёт первого человека, ступившего на эту планету.
Достижения в освоении космоса
В итоге можно сделать один вывод из всего сказанного выше. Достижения в освоении космического пространства необходимо постепенно накапливать, параллельно с развитием технологий. Здравый взгляд на проблематику позволяет сказать, что для безопасных путешествий по Солнечной системе нам понадобится не менее 100 лет. Текущим поколениям нужно лишь приумножать опыт и развивать космонавтику.
Источник