Проблемы ядерного освоения космоса

Шесть космических проблем освоения космоса

Человечество ведет свое начало из Африки. Но мы не остались там, не все из нас — тысячи лет наши предки расселялись по континенту, а после покинули его. И когда они пришли к морю, то построили лодки и поплыли через огромные расстояния к островам, о существовании которых знать не могли. Почему? Возможно, по той же причине мы смотрим на Луну и на звезды и задаемся вопросом: а что там? Можем ли мы туда попасть? Ведь таковы мы, люди.

Космос, конечно, бесконечно более враждебный для людей, чем поверхность моря; покинуть земную гравитацию сложнее и дороже, чем оттолкнуться от берега. Те первые лодки были передовыми технологиями своего времени. Мореплаватели тщательно планировали свои дорогие, опасные путешествия, и многие из них погибли, пытаясь выяснить, что там за горизонтом. Почему мы тогда продолжаем?

Можно было бы поговорить о бесчисленных технологиях, от небольших продуктов для удобства до открытий, которые позволили предотвратить массу смертельных случаев или спасти кучу жизней больных и раненых.

Можно было бы поговорить о том, что не стоит нам всем отсиживаться на одной планетке, ожидая хорошего удара метеорита, чтобы присоединиться к нелетающим динозаврам. И вы заметили, как меняется погода?

Можно было бы поговорить о том, что всем нам легко и приятно работать над проектом, который не включает убийство себе подобных, который помогает нам понять нашу родную планету, искать способы жить и, что особенно важно, выживать на ней.

Можно было бы поговорить о том, что убраться из Солнечной системы подальше — весьма неплохой план, если человечеству повезет выжить в следующие 5,5 миллиарда лет и Солнце расширится достаточно, чтобы поджарить Землю.

Можно было бы поговорить обо всем этом: о причинах, по которым мы должны найти способ поселиться подальше от этой планеты, построить космические станции и лунные базы, города на Марсе и поселения на спутниках Юпитера. Все эти причины приведут нас к тому, что мы посмотрим на звезды за пределами нашего Солнца и скажем: можем ли мы добраться туда? Будем ли?

Это огромный, сложный, почти невозможный проект. Но когда это останавливало людей? Мы родились на Земле. Останемся ли мы здесь? Нет, конечно.

Проблема: взлет. Преодолеть гравитацию

Это выливается в серьезный «упс» в денежном эквиваленте. Чтобы просто запустить марсоход «Кьюриосити», понадобилось 200 миллионов долларов, одна десятая бюджета миссии, и любой экипаж миссии будет отягощен оборудованием, необходимым для поддержания жизни. Композитные материалы вроде сплавов экзотических металлов могут снизить вес; добавьте к ним более эффективное и мощное топливо и получите нужное ускорение.

Но лучшим способом сэкономить денег будет возможность повторного использования ракеты. «Чем выше число рейсов, тем выше будет экономическая отдача, — говорит Лес Джонсон, технический ассистент Advanced Concepts Office NASA. — Это путь к резкому снижению стоимости». SpaceX пытается сделать свою ракету Falcon 9, к примеру, многоразовой. Чем чаще вы летаете в космос, тем дешевле это выходит.

Проблема: тяга. Мы слишком медленные

Проблема: космический мусор. Там, наверху — минное поле

Поздравляем! Вы успешно запустили ракету на орбиту. Но прежде чем вы прорветесь во внешний космос, к вам с тыла зайдет парочка старых спутников, изображающих кометы, и попытается протаранить топливный бак. И нет больше ракеты.

Это проблема космического мусора, и она весьма актуальна. Американская сеть космического наблюдения смотрит за 17 000 объектов — каждый размером с футбольный мяч — которые носятся вокруг Земли на скорости свыше 35 000 км/ч; если считать с кусками до 10 сантиметров в диаметре, обломков будет свыше 500 000. Крышки от фотоаппаратов, пятна краски — все это может создать пробоину в критической системе.

Мощные щиты — слои металла и кевлара — могут защитить от крошечных кусочков, но ничто не спасет вас от целого спутника. 4000 таких вращается вокруг Земли, большая часть из них уже отработали свое. Центр управления полетами выбирает наименее опасные маршруты, но отслеживание не идеально.

Проблема: навигация. В космосе нет GPS

Deep Space Network, коллекция антенн в Калифорнии, Австралии и Испании — это единственный инструмент навигации в космосе. Начиная студенческими зондами и заканчивая «Новыми горизонтами», летящим через пояс Койпера, все полагается на работу этой сети. Сверхточные атомные часы определяют, сколько необходимо сигналу, чтобы добраться от сети до космического аппарата и обратно, и навигаторы используют это для определения положения аппарата.

Но по мере роста числа миссий, сеть становится перегруженной. Коммутатор часто забит. NASA спешно работает, чтобы облегчить нагрузку. Атомные часы на самих аппаратах сократят время передачи вдвое, позволив определять расстояния с помощью односторонней связи. Лазеры с повышенной пропускной способностью смогут обрабатывать большие пакеты данных, вроде фотографий или видео.

Проблема: космос большой. Варп-двигателей пока не существует

Самый быстрый объект, который люди когда-либо строили, это зонд Helios 2. Сейчас он мертв, но если бы звук мог распространяться в космосе, вы услышали бы, как он свистит, проносясь мимо Солнца на скорости свыше 252 000 км/ч. Это в 100 раз быстрее пули, но даже двигаясь на такой скорости, вам потребовалось бы 19 000 лет, чтобы достичь ближайшего соседа Земли по звездам. Никто пока даже и не думает отправляться так далеко, потому что единственное, что можно встретить за такое время, — смерть от старости.

Чтобы победить время, потребуется много энергии. Возможно, придется разрабатывать Юпитер в поисках гелия-3 для поддержки ядерного синтеза — при условии, что вы построили нормальные термоядерные двигатели. Аннигиляция вещества и антивещества даст больший выхлоп, но контролировать этот процесс весьма сложно. «Вряд ли вы стали бы делать это на Земле, — говорит Лес Джонсон, работающий над сумасшедшими космическими идеями. — В космосе — да, так что если что-то пойдет не так, вы не уничтожите континент». Как насчет солнечной энергии? Все, что нужно, это парус размером с небольшое государство.

Впрочем, легко сказать, но трудно сделать. Человечеству потребуется несколько эйнштейнов, работающих в масштабах Большого адронного коллайдера, чтобы увязать все теоретические выкладки. Вполне возможно, что однажды мы сделаем открытие, которое все изменит. Но никто не будет делать ставку на случайность. Потому что моменты открытия требуют финансирования. Но лишних денег у физиков сферы элементарных частиц и у NASA нет.

Проблема: Земля только одна. Не смело вперед, а смело остаемся

Пару десятилетий назад фантаст Ким Стэнли Робинсон набросал будущую утопию на Марсе, построенную учеными перенаселенной и задыхающейся Земли. Его трилогия о Марсе показала убедительный повод колонизации Солнечной системы. Но на самом деле зачем, если не ради науки, нам двигаться в космос?

Жажда исследований таится у нас в душе — о таком манифесте многие из нас слышали и не раз. Но ученые давно выросли из шинели мореплавателей. «Терминология первооткрывателей была популярна 20-30 лет назад, — говорит Хайди Хаммел, которая занимается расстановкой приоритетов исследований в NASA. С тех пор, как зонд «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона в прошлом июле, «мы исследовали каждый образец среды в Солнечной системе хотя бы раз», говорит она. Люди, конечно, могут копаться в песочнице и изучать геологию далеких миров, но поскольку этим занимаются роботы, нет нужды.

Конечно, в такой перспективе нет ничего хорошего. «Появляется нравственная угроза, — говорит Робинсон. — Люди думают, что если мы испоганили Землю, мы всегда можем отправиться к Марсу или к звездам. Это губительно». Насколько нам известно, Земля остается единственным пригодным для жизни местом во Вселенной. Если мы покинем эту планету, сделать это придется не по прихоти, а по необходимости.

Источник

Мирное освоение космоса

В чем суть мирного освоения космоса

Освоение космоса — освоение человеком космического пространства и небесных тел с помощью космических аппаратов. Исследования космоса ведутся как с помощью пилотируемых космических полётов, так и с помощью автоматических космических аппаратов.

Мирное освоение космоса означает отказ от реализации военных программ. Оно должно быть направлено на:

исследование глубин пространства;
обеспечение безопасности Земли;
создание человечеству условий для выживания.

Сегодня существует несколько глобальных проблем, которые так или иначе могут быть решены в процессе мирного освоения галактики. Из них можно сформировать краткий список из 2 больших групп:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Проблемы, затрагивающие вопросы обеспечения населения планеты продовольствием.
Проблемы взаимодействия природы и человека, включающие энергетическо-сырьевые, климатические, экологические вопросы.

В связи с этим сформировалось 2 вектора мирного освоения внеземного пространства:

Космическое землеведение, в рамках которого ученые изучают поверхности других планет на предмет наличия плодородных почв, ставят эксперименты по выращиванию растений в условиях невесомости.
Космическое производство, направленное на получение альтернативных источников энергии, выращивание кристаллов, разработку инновационных материалов, медицинских препаратов, новых технологичных сплавов.

Оба направления являются составляющими мирного процесса освоения космоса, никак не затрагивают военные, оборонные интересы стран.

Глобальными называются проблемы общепланетарного масштаба, способные стать причиной уничтожения цивилизации, затрагивающие жизненные интересы всего мирового сообщества.

Будущее космических исследований

В проектах ведущих ученых существуют работающие в космосе солнечные электростанции, расположенные на орбите оранжереи и человеческие колонии-поселения. Однако, как показывает практика, до этого еще далеко. Пока что исследователи занимаются подготовкой:

запуска оснащенного мощной бурильной установкой марсохода, который должен будет взять пробы поверхностных слоев Марса;
повторной высадки человека на Луну, запланированной на начало 2030 года;
условий для расширения системы космических обсерваторий;
специальных аппаратов в форме угря — гибких роботов, получающих энергию от магнитных полей, способных в течение долгого времени функционировать в неблагоприятных условиях, проникать в ограниченные пространства сложной конфигурации;
оборудования, которое будет отражать солнечный свет на определенные участки земной поверхности с целью продления светового дня.

Японские специалисты планируют создать орбитальный спутник, который сможет в больших объемах аккумулировать и отправлять на Землю солнечную энергию. А Илон Маск задумался о разработке межпланетной транспортной системы, которая в будущем будет перевозить грузы и людей на Марс.

Группы проблем и их характеристика, примеры

Преодоление человеком границ Земли сопровождается массой проблем. Среди них:

Правовые, сущность которых заключается в том, что космос не находится под юрисдикцией отдельного государства. Для проведения исследовательских программ необходимы единые международные правила, касающиеся всех стран. Сегодня они есть, но их недостаточно, и отслеживание их исполнения не отлажено в полной мере.
Военные, предполагающие возможность возникновения угрозы из космоса от одной страны другой.
Экологические, связанные с загрязнением космоса, оставлением в нем следов человеческой деятельности.

Ярким примером экологической проблемы может служить выброс огромного количества мусора: от бытовых отходов, до отработанного топлива и частей летательных аппаратов. Это угрожает безопасности полетов, рабочему состоянию космических станций, дальнейшему развитию отрасли в целом.

Изначально процесс развития космонавтики ознаменовался возникновением жесткого соперничества между США и СССР. Сегодня эта тенденция продолжает развиваться, а ее главной характеристикой является отказ от полноценного обмена информацией, стремление сохранить лидерство в решении поставленных перед человечеством задач.

Пути решения проблем отдельными странами

Эффективными способами решения проблем могут стать демилитаризация внеземных просторов, налаживание международного, межнационального сотрудничества. Из арены политических и военных споров космос должен превратиться в платформу для совместного изучения его глубин.

Некоторые страны уже включились в этот процесс:

Япония поделилась информацией, добытой в ходе изучения физики Солнца, взяла на себя разработку масштабного проекта по предотвращению появления на орбите мусора.
Китай предложил услуги по запуску возвращающихся спутников.
Россия опубликовала результаты экспериментов по выращиванию вирусов и белков для создания препаратов методами генной инженерии.
США провели ознакомление стран-партнеров с техникой, способной защитить Землю от комет.

Состоящее из 22 участников Европейское космическое агентство, помимо реализации непосредственно научных задач, занимается рассмотрением правовых вопросов, регулированием взаимодействия государств-космических держав.

В России главной проблемой освоения космоса является нехватка средств, которая сказывается не только на темпах исследований, но и на возможности активного участия в решении глобальных вопросов. Поэтому в ближайших планах страны значится укрепление экономики, способной обеспечить развитие науки и расширенный доступ во внеземное пространство.

Источник

Освоение космоса и ядерный щит родины

Порывался на прошлой неделе «тиснуть статейку» на хабр про мое видение развития космоса. Тогда победила лень, то что я не являюсь непосредственным участником событий и подозрение, что меня подхватывает и уносит волна «в интернет кто-то не прав».
Однако, тема всплыла снова и не в лучшем виде. Статья Краткая история освоения космоса авторства Сергея Каленика и желание получить инвайт на хабр, таки заставили меня сесть и написать эти строки. Хотелось бы, чтобы на инженерном ресурсе больше обсуждалась и была известна инженерная сторона вопроса. Кроме того, тема сильно связана с развитием электроники и компьютерной техники.
Существует, не мое даже, мнение, что освоение космоса напрямую связано и даже является побочным продуктом создания «ядерного щита родины».

Совсем вкратце о себе, в СССР чуток пожил, по моим ощущениям хлебнул его не много, скорее захватил краешек. Закончил Днепропетровский университет, по специальности, «Динамика и прочность машин». В числе преподавателей были непосредственные участники создания «ядерного щита родины». Куратор приносил и показывал часть лунного посадочного модуля, в разработке которого он принимал участие. Так что романтика была, для тех кто искал. Готовили к созданию оболочек, например ракет и подводных лодок. Немного поработал по специальности в КБ Южное где широко известное тем, что здесь создали, МБР называемую американцами «Сатана». Почему-то так сложилось, что меня интересует различное вооружение. Т. к. непосредственным участником знаменательных исторических событий быть не довелось, моя информация будет больше аналитической из открытых источников, но постараюсь поменьше фантазировать.
Здесь придется заглянуть немного в историю вопроса, а также порассуждать на тему вооружений.
Новейшая история реактивного движения в объемах и силах интересных для нынешней темы статьи начинается, на мой взгляд, непосредственно перед второй мировой войной. В странах, стоявших затем по разные стороны фронта работали группы ученых, инженеров создававших двигатели на реактивной тяге. Такие работы велись в том числе в СССР, США, Германии. В частности в СССР над темой работал широко известный товарищ Королев и другие менее известные товарищи, в Германии широко известный фон Браун. Насколько я помню, у Германии на тот момент был реактивный двигатель с наибольшей тягой. Думаю, можно сказать, что у Германии было преимущество, которое повлияло на расстановку сил в отрасли и много лет позже.
Теперь о вооружении.
Так уж выходит у человечества, что они много сил и средств вкладывают в создание всё более изощренных и технически развитых средств уничтожения себе подобных. Вторую мировую войну, кажется, прозвали войной «моторов».
Во время второй мировой войны были доведены до практического боевого применения такие технологии, как радары, крылатые ракеты, баллистические ракеты, управляемые ракеты. Существовали проекты межконтинентальных баллистических ракет и даже орбитальных «кораблей». Думаю сложно спорить, что по существованию и применению таких средств, впереди планеты всей была Германия.
Многим известны Фау-1 и Фау-2, но, уверен, значительно меньшее количество людей знает, что англичане провели анализ эффективности применения различных средств доставки на основе информации бомбардировки Великобритании. Насколько я помню, анализ показал, что наиболее экономически целесообразным было бы развитие крылатых ракет (насколько я помню эффективность бомбардировщиков на тот момент была лучше, но были проблемы с пилотами), баллистические Фау-2 были практически бесполезны, т. к. фактически не могли попасть в цель.
Тут и начинаются вместе кружиться вальсом такие понятия, как средство доставки, эффективность, развертывание и технологии.
Есть бомба, есть средства доставки этой бомбы на головы противника.
Как показала практика применения, доставка авиацией имеет свои проблемы, погода, навигация, точность, уязвимость от средств ПВО, подготовка летчиков в конце концов. У ракет не было проблем с экипажами, но с точностью при больших дистанциях было значительно хуже, чем у самолетов. Для того чтобы нанести как можно больший урон, а заодно компенсировать проблемы с точностью наведения, военные стремились нарастить мощность бомб. Но просто увеличивать их размер тоже нельзя. Практически все пришли к некоему максимуму выше которого, соваться конечно можно было, но практически нецелесообразно, он крутился около величины в тонну, как для бомб самолетов, так и для ракет. Таким образом, развитие применения крупного бомбового вооружения, логично шло по нескольким направлениям, развитие самой бомбы, развитие средств доставки.
Старались сделать бомбу мощнее, что выливалось в большие размеры и вес, соответственно средства доставки нужны грузоподъемнее, а ещё и дальность хочется побольше, а если людьми не рисковать (ракеты пускать) вообще замечательно. Кстати, а откуда вообще взялись люди в этих летающих бомбах? Почему на тоннах ВВ сидел экипаж. А всё просто, не было поначалу другого способа. Можно видеть, что оператор в лице человека не нужен. Человек должен DOOM’ать, а машина работать. Но сложными системами нужно было управлять и ничего другого как создать кабину и посадить в нее человека тогда не было. От камикадзе не так далеко и ушли…
Таким образом на конец Второй Мировой войны сложилась такая ситуация.
Общий противник повержен и тут снова всплывают непреодолимые разногласия между «коммунистической Россией» и союзниками.
Американцы по причинам ведения войны за океаном имели самый развитый стратегический бомбардировочный флот в мире и очень, а возможно и самый развитый океанский морской флот. Базы в Европе на землях союзников и освобожденных стран.
И тут на сцену выходит ядерное оружие.
Продолжение следует…

Картинка в начале статьи с Википедии.

Черток Б.Е. Ракеты и люди (в 4-х тт.) — М.: Машиностроение, 1999

Книга про КБ Южное:
Призваны временем. От противостояния к международному сотрудничеству.

Источник