Запуск ракет с Луны — наш билет в дом на Марсе
Как наш небесный сосед может стать стимулом будущего человечества
Тысячи поколений людей смотрели на Луну с любопытством и удивлением. От взгляда на Луну до полета на неё мы прошли долгий путь. Если мы хотим спасти себя как вид, мы должны колонизировать Луну, которую мы можем назвать нашим вторым домом.
Марс, безусловно, более пригодный для жилья, но Луна может стать ступенькой к колонизации человечеством других планет.
Человечество как мульти-планетный вид
Луна снова стала центром внимания России, Китая и Японии, которые заинтересованы в том, чтобы в будущем иметь лунную базу. Заявление Трампа о направлении астронавтов на лунную поверхность возродило интерес Америки к Луне. Мульти-планетарный вид, как это представлялось в фильме «Пространство» ( The Expanse), предполагает постоянные форпосты человечества на различных объекстах Солнечной системы, таких как Луна, Марс, спутник Юпитера Ганимед и многих других.
Огромные межпланетарные поселения требуют отправки на эти объекты громадных партий различных материалов. Создание даже небольшого постоянного форпоста на Марсе потребовало бы отправки сотен тысяч тонн материала на его поверхность. Это должно быть сделано при помощи порядка десятков-сотен запусков ракет.
Основная проблема ракетостроения
Чем большую полезную нагрузку должен нести космический корабль, тем больше топлива требуется в ракете, чтобы запустить его. Поскольку большее количество топлива также увеличивает массу самой ракеты, нам нужно ещё больше топлива для транспортировки этого топлива. Это основы ракетостроения.
При добавлении массы космического корабля количество требуемого топлива возрастает экспоненциально. Это требование называется дельта-v бюджетом.
Дельта-v — это изменение скорости космического аппарата, которое необходимо для выполнения орбитального манёвра, также называемое как «характеристическая скорость орбитального манёвра». Чем больше дельта-v, тем больше стоимость и технологическая сложность космической миссии, поскольку для выхода из гравитационного влияния Земли требуется больше энергии.
Отправка сотен тонн полезной нагрузки на ракете от Земли в другие миры требует большого значения дельта-v. Что приведет к очень высокой инженерной стоимости полетов. И здесь может помочь Луна.
Луна как ракетная платформа
На диаграмме показана дельта-v (и, следовательно, энергия), необходимая для достижения различных точек от Земли и Луны.
Переход космического корабля от Земли к низкоуровневой земной орбите требует дельта-v 9,4 км/сек. Дальнейшее увеличение дельта-v на 3,2 км/сек потребуется, чтобы космический корабль преодолел земную гравитацию. Обратите внимание, что Луна находится на расстоянии около 300 тыс.км от Земли, гораздо дальше низкоземных орбит.
В сочетании с низкой гравитацией Луны дельта-v, необходимая для того, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли при старте с поверхности Луны, составляет всего 2,64 км/сек, что даже меньше, чем требуется для вывода корабля на земную орбиту.
Низкая дельта-v, необходимая для запуска кораблей с Луны, имеет несколько преимуществ:
- Ускоренное создание баз на других планетах
Низкая дельта-v означает, что запуск того же количества полезной нагрузки с Луны потребует меньше ракетоного топлива по сравнению с запуском с Земли. Большие ракеты, такие как Falcon или BFR, могут нести гораздо больше полезной нагрузки при стартах с Луны, чем с Земли.
Это ускоряет темпы развертывания постоянной базы в любом мире, где потребуется много материалов для многократных запусков. Общие затраты на то, чтобы что-то вывести за пределы земной гравитации при стартах с Луны, могут быть в 10 раз меньше, чем при земных стартах. - Дешевые запуски
Меньшие потребности в топливе также означают, что менее сложные и менее дорогостоящие ракеты могут выполнять работу по преодолению земной гравитации и легко отправляться в такие места, как Марс. Более низкие затраты на запуск также позволяют делать более дешевые одноразовые старты таких аппаратов, как космические телескопы и спутники, а также полеты в глубокий космос.
Исходные материалы на Луне
Если мы используем земные материалы для запуска ракет с Луны, то это не имеет никакого смысла, так как общая дельта-v будет такой же, как при запуске кораблей с Земли. Как только у нас появится лунная колония, ресурсы Луны могут быть использованы. Возможность запускать ракеты предполагает, что мы производим ракеты и заправляем их топливом на самой Луне.
Лунный грунт может быть источником материалов и минералов, необходимых для сборки ракет. Наличие водяного льда на Луне является источником воды для получения водорода, который может быть использован в качестве компонента ракетного топлива. Добыча полезных ископаемых на приземных астероидах также может помочь производству, поскольку эти астероиды требуют очень малого дельта-v для доставки материалов с их поверхности на Луну.
Вывод:
Первоначальная стоимость лунной колонии, способной строить и запускать свои собственные ракеты, определенно будет высокой. Но это того стоит в долгосрочной перспективе. Когда вы рассматриваете сотни тысяч запусков, необходимых для расширения человеческого присутствия в солнечной системе, затраты быстро растут. Луна, как наша ракетная платформа, может значительно снизить затраты и обеспечить эффективное развитие инопланетных колоний человечества.
Луна может стать нашей долгосрочной ракетной платформой, с которой мы долетим до всех уголков Солнечной системы.
Источник
Как американцы взлетели с Луны: научное объяснение и факты
Как американцы взлетели с Луны? Это один из основных вопросов, которым задаются сторонники так называемого Лунного заговора, то есть те, кто считает, что американские астронавты в действительности не были на Луне, а космическая программа «Аполлона» была масштабной мистификацией, придуманной для того, чтобы пустить пыль в глаза всему миру. Несмотря на то что сегодня большинство ученых и исследователей склоняются к тому, что американцы действительно высаживались на Луне, скептики остаются.
Проблемы со взлетом
Многие искренне не понимают, как американцы взлетели с Луны. Дополнительные сомнения возникают, если вспомнить, как обставлены старты космических ракет с Земли. Для этого оборудуют специальный космодром, строят стартовые сооружения, необходима громадная ракета с несколькими ступенями, а также целые кислородные заводы, заправочные трубопроводы, монтажные корпуса и несколько тысяч человек обслуживающего персонала. Ведь это и операторы за пультами, и специалисты в Центре управления полетами и многие другие люди, без которых не обойтись, чтобы отправиться в космос.
Всего этого на Луне, конечно, не было и не могло быть. Тогда как американцы взлетели с Луны в 1969 году? Этот вопрос остается одним из ключевых для тех, кто уверен, что американские астронавты, прославившиеся на весь мир, вовсе не покидали орбиту Земли.
Но всех сторонников теорий заговоров придется расстроить и разочаровать. Это не только возможно и вполне объяснимо, но, скорее всего, было на самом деле.
Сила притяжения
Именно сила притяжения обеспечила американцам успех всей экспедиции. Дело в том, что на Луне она в разы меньше, чем на Земле, поэтому и не должно возникать вопросов о том, как американцы взлетели с Луны. Сделать это было не так уж и сложно.
Главное, что сама Луна в несколько раз легче Земли. Например, только ее радиус в 3,7 раза меньше земного. Значит, взлететь с этого спутника намного проще. Сила притяжения на поверхности Луны примерно в 6 раз слабее земного тяготения.
В результате получается, что первая космическая скорость, которой должен обладать искусственный спутник, чтобы, вращаясь вокруг небесного тела, не падать на него, значительно меньше. Для Земли она составляет 8 километров в секунду, а для Луны 1,7 километра в секунду. Это почти в 5 раз меньше. Этот фактор и стал решающим. Благодаря таким обстоятельствам американцы и взлетели с поверхности Луны.
При этом нужно иметь в виду, что скорость, которая меньше в 5 раз, не означает, что в пять раз легче должна быть и ракета для старта. В действительности, чтобы улететь с Луны, ракета может весить в сотни раз меньше.
Масса ракет
Если досконально разобраться в том, как американцы взлетели с Луны в 1969 году, то никаких сомнений в этом их достижении остаться не должно. Поговорим подробно про начальную массу ракет, которая зависит от необходимой скорости. По известному экспоненциальному закону масса растет с ростом необходимой скорости непропорционально быстро. Этот вывод можно сделать, основываясь на ключевой формуле ракетного движения, которую вывел еще в начале XX века один из теоретиков космических полетов Константин Эдуардович Циолковский.
При старте с поверхности Земли ракета должна успешно преодолеть плотные слои атмосферы. А так как американцы взлетели с Луны, то перед ними такой задачи не стояло. При этом нужно обязательно помнить, что сила тяги двигателей ракеты тратится и на преодоление сопротивления воздуха, а вот аэродинамические нагрузки, которые давят на корпус, вынуждают проектировщиков делать конструкцию максимально прочной, то есть ее приходится утяжелять.
Теперь разберемся, как американцы взлетели с поверхности Луны. На этом искусственном спутнике отсутствует атмосфера, значит, тяга двигателей не расходуется на ее преодоление, как следствие, ракеты могут быть значительно легче и менее прочными.
Еще один важный момент: когда ракета стартует в космос с Земли, обязательно учитывается так называемая полезная нагрузка. Масса учитывается весьма солидная, как правило, это несколько десятков тонн. А вот при старте с Луны ситуация совершенно иная. Эта самая «полезная нагрузка» составляет всего несколько центнеров, чаще всего не более трех, что как раз умещается в массу двух астронавтов с собранными ними камнями. После этих обоснований становится намного понятнее, как американцы смогли взлететь с Луны.
Лунный старт
Подводя итог разговору о том, как американцы взлетели в космос, можно сделать вывод, что для выхода на лунную орбиту корабль с экипажем на нем может иметь начальную массу меньше 5 тонн. При этом примерно половину можно отнести на необходимое топливо.
В результате общая масса ракеты, которая стартовала с Земли и отправилась к ее искусственному спутнику, была около 3 000 тонн. Но чем меньше ваше транспортное средство, тем легче и проще ним будет управлять. Вспомните, что на большом теплоходе необходима команда из нескольких десятков человек, а вот катером может управлять в одиночку, не прибегая к посторонней помощи. Ракеты не являются исключением из этого правила.
Теперь о стартовом сооружении, без которого, естественно, вряд ли бы американцы смогли взлететь с Луны. Его астронавты привезли с собой. По сути, им послужила нижняя половина их лунного корабля. Во время старта верхняя половина, в которой находилась кабина с астронавтами, отделилась и отправилась в космос, а нижняя так и осталась на луне. Вот какое оригинальное решение нашли конструкторы, чтобы можно было улететь с Луны.
Дополнительное топливо
Многие продолжают задаваться вопросом о том, как американцы улетели с Луны на Землю, когда у них не было специальных заправочных устройств. Откуда вообще взялось такое количество топлива, которого хватило, чтобы достигнуть искусственного спутника и вернуться обратно?
Дело в том, что дополнительных заправочных устройств на Луне не требовалось, корабль полностью был заправлен еще на Земле из расчета, что топлива должно хватить и на обратную дорогу. При этом подчеркнем, что на Луне все-таки имелся своеобразный центр управления полетом при старте. Только он находился на огромном расстоянии от ракеты — примерно в трех миллионах километров, то есть был на Земле, но его эффективность от этого нисколько не становилась меньше.
«Луна-16»
Задаваясь вопросом о том, могли ли американцы взлететь с Луны, нужно признать, что никакого особого секрета из технических данных кораблей они не делали, практически сразу публикуя основные цифры и параметры. Их даже приводили в советских учебниках для высших учебных заведений при изучении особенностей полета в космос. Отечественные специалисты, которые работали с этими данными, не видели в них ничего нереального или фантастического, поэтому они и не мучились над проблемой того, как американцы улетели с Луны.
Более того, именно советские ученые и конструкторы пошли еще дальше, когда создали ракету, которая смогла совершить подобный перелет вовсе без человеческого участия, без двух астронавтов, которые все-таки управляли кораблем и контролировали его в случае с американцами. Этот проект назывался «Луна-16». 21 сентября 1970 года впервые в истории человечества автоматическая станция стартовала с Земли, приземлилась на Луну, а затем прибыла обратно. На это ушло всего три дня.
С Луны на Землю автоматическая станция доставила около 100 граммов лунного грунта. Позже это достижения повторили еще две станции — это были «Луна-20» и «Луна-24». Им так же, как и американскому кораблю, не требовались дополнительные заправочные станции, особенные сооружения на Луне, особое предстартовое обслуживание, они абсолютно самостоятельно и автономно проделывали этот путь, успешно возвращаясь назад каждый раз. Поэтому нет ничего удивительного в том, как американцы улетали с Луны, потому что в рамках советской космической программы этот путь удалось повторить не раз.
«Аполлон-11»
Для того чтобы окончательно развеять все сомнения по поводу того, как и на чем американцы улетели с Луны, разберемся, какая ракета их доставила до искусственного спутника Земли и обратно. Это был пилотируемый космический корабль «Аполлон-11».
Командиром экипажа на нем был Нил Армстронг, а пилотом — Эдвин Олдрин. В ходе полета с 16 по 24 июля 1969 года им удалось успешно посадить свой корабль в районе Моря Спокойствия на Луне. На ее поверхности американские астронавты провели почти сутки, если быть точнее, то 21 час 36 минут и 21 секунду. Все это время на окололунной орбите их ожидал пилот командного модуля, которого звали Майкл Коллинз.
За все время, проведенное на Луне, астронавты совершили только один выход на ее поверхность. Его продолжительность составила 2 часа 31 минуту и 40 секунд. Нил Армстронг стал первым землянином, который ступил на поверхность Луны. Это произошло 21 июля. Ровно через четверть часа к нему присоединился Олдрин.
В месте посадки корабля «Аполлон-11» американцы установили флаг Соединенных Штатов, а также разместили научный прибор, с помощью которого собрали около 21,5 килограмма грунта. Его доставили на Землю для дальнейшего изучения. На чем улетели с Луны астронавты, было известно практически сразу. Из корабля «Аполлон-11» тайны и загадки никто не делал. Вернувшись на Землю, экипаж корабля прошел строгий карантин, по итогам которого не было выявлено никаких лунных микроорганизмов.
Этот полет американцев на Луну стал выполнением одной из ключевых задач американской лунной программы, которую обозначил президент США Джон Кеннеди еще в 1961 году. Он заявил тогда, что высадка на Луну должна состояться до конца десятилетия, так и произошло. В лунной гонке с СССР американцы одержали убедительную победу, став первыми, а вот отправить первого человека в космос раньше удалось Советскому Союзу.
Теперь вы точно знаете, на чем американцы улетели с Луны и как они смогли все это осуществить.
Другие аргументы сторонников Лунного заговора
Правда, одними сомнениями по поводу взлета астронавтов с поверхности Луны дело не ограничивается. Многие допускают, что понятно, как американцы взлетели с Луны, но молчат, по их словам, те, кто должен объяснить нестыковки, связанные с фото- и видеоматериалами, привезенными американцами.
Дело в том, что на многих фотографиях, которые служат доказательством того, что американцы были на Луне, часто обнаруживают артефакты, которые по всей видимости проявились в результате ретуши и фотомонтажа. Все это служит дополнительными доводами в пользу того, что в действительности съемка была организована в студии. Сомнение вызывает тот факт, что популярная в те времена ретушь и другие способы фотомонтажа часто применялись исключительно для улучшения качества изображения, так поступали и со многими снимками, которые получали со спутников.
Сторонники теории заговора утверждают, что на видеосъемке и фотодокументах, на которых американские астронавты устанавливают на Луне флаг США, явно заметна рябь, которая проявляется на поверхности полотна. Скептики считают, что такая рябь появилась в результате внезапного порыва ветра, а ведь на Луне безвоздушное пространство, а значит, снимки были сделаны на поверхности Земли.
Им в ответ часто заявляют, что рябь могла появиться не от ветра, а от затухающих колебаний, которые непременно возникли бы при установке флага. Дело в том, что флаг крепили на флагштоке, расположенном на телескопической горизонтальной перекладине, которую прижимали к древку при транспортировке. Астронавты, оказавшись на Луне, не сумели раздвинуть телескопическую трубку на максимальную длину. Именно из-за этого появилась рябь, которая создала иллюзию того, что флаг развевается на ветру. Стоит отметить также и тот факт, что в вакууме колебания затихают дольше, так как отсутствует сопротивление воздуха. Поэтому такая версия вполне обоснована и реалистична.
Высота прыжков
Также многие скептики обращают внимание на небольшую высоту прыжков астронавтов. Считается, что если бы съемки делали действительно на поверхности Луны, то каждый прыжок должен был быть высотой в несколько метров из-за того, что сила тяготения на искусственном спутнике в несколько раз ниже, чем на самой Земле.
У ученых есть ответ и на эти сомнения. Ведь за счет другой силы тяготения изменилась и масса каждого астронавта. На Луне она значительно возросла, ведь помимо их собственно веса на них был тяжелый скафандр и необходимые системы жизнеобеспечения. Особую проблему создавал наддув скафандра — совершать быстрые движения, которые необходимы для такого высокого прыжка, весьма затруднительно, ведь при этом значительные силы будут тратиться на то, чтобы преодолеть внутреннее давление. К тому же, совершая слишком высокие прыжки, астронавты рискуют утратить контроль над своим равновесием, с большой долей вероятности это может привести к их падению. А такое падение со значительной высоты чревато необратимыми повреждениями ранца системы обеспечения жизнедеятельности или самого шлема.
Чтобы представить себе, насколько опасным может быть такой прыжок, нужно иметь в виду, что любое тело способно совершать как поступательные, так и вращательные движения. В момент прыжка усилия могут распределяться неравномерно, поэтому тело астронавта может получить вращательный момент, начать неконтролируемо крутиться, поэтому место и скорость приземления в этом случае предугадать будет практически невозможно. Например, человек в этом случае может упасть вниз головой, получить серьезные травмы и даже погибнуть. Астронавты, прекрасно понимая эти риски, старались всячески избегать таких прыжков, поднимаясь над поверхностью на минимальную высоту.
Смертельная радиация
Еще один распространенный аргумент сторонников теории заговора основан на исследовании, которое провел Ван Аллен в 1958 году, изучая радиационные пояса. Исследователь отмечал, что смертельные для человека потоки солнечной радиации сдерживаются магнитной атмосферой Земли, в самих же поясах, как утверждал Ван Аллен, уровень радиации максимально высок.
Полет через такие радиационные пояса не представляет опасности только в том случае, если корабль имеет надежную защиту. Экипаж корабля «Аполлон» во время пролета через радиационные пояса находился в специальном командном модуле, стенки которого были прочными и толстыми, что и обеспечивало необходимую защиту. Кроме того, корабль летел очень быстро, что тоже сыграло свою роль, а траектория его движения лежала за пределами области наиболее интенсивной радиации. В результате астронавты должны были получить дозу облучения, которая была бы в разы меньше предельно допустимой.
Еще один аргумент, который приводят сторонники теории заговора, заключается в том, что фотопленки из-за радиации должны были быть непременно засвечены. Интересно, что такие же опасения существовали и перед полетом советского космического аппарата «Луна-3», но и тогда удалось передать фотографии нормального качества, пленка не пострадала.
Съемку Луны на фотоаппарат неоднократно осуществляли и многие другие космические аппараты, которые входили в серию «Зонд». А внутри некоторых из них были даже животные, например черепахи, которые также не пострадали. Доза радиации по результатам каждого из полетов соответствовала предварительным расчетам, была значительно ниже предельно допустимой. Подробный научный анализ всех полученных данных доказал, что на маршруте «Земля — Луна — Земля», если солнечная активность невысока, опасений для жизни и здоровья человека нет.
Интересна история документального фильма «Темная сторона Луны», который появился в 2002 году. В частности, в нем было продемонстрировано интервью вдовы знаменитого американского режиссера Стэнли Кубрика Кристианы, в котором она рассказывала, что президент США Никсон был весьма впечатлен картиной ее мужа «Космическая одиссея 2001 года», которая вышла на экраны в 1968 году. По ее словам, именно Никсон инициировал сотрудничество самого Кубрика и других голливудских специалистов, результатом которого должно было стать исправление американского имиджа в лунной программе.
После демонстрации этого документального фильма некоторые российские новостные агентства заявили, что это было как раз подлинное исследование, которое является доказательством Лунного заговора, а интервью Кристианы Кубрик рассматривалось как явное и бесспорное подтверждение того, что высадку американцев на Луне снимали в Голливуде под руководством Кубрика.
В действительности этот фильм был псевдодокументальным, о чем сами создатели признаются в его титрах. Все интервью были ими составлены из фраз, намеренно вырванных из контекста, или разыграны профессиональными актерами. Это был хорошо продуманный розыгрыш, на который многие повелись.
Источник