Američko vozilo na ionski pogon postavilo je rekord brzine letjelica. Međuzvjezdana putovanja nisu maštarija

Korznikov daje izračune da pri brzini većoj od 0,1 C letjelica neće imati vremena promijeniti putanju leta i izbjeći sudar. Vjeruje da će se letjelicom pri slaboj svjetlosti srušiti prije nego što postigne svoj cilj. Prema njegovom mišljenju, međuzvjezdana putovanja moguća su samo pri znatno manjim brzinama (do 0,01 C). Od 1950.-60. u Sjedinjenim Državama razvijena je svemirska letjelica s nuklearno-impulsnim raketnim motorom za istraživanje međuplanetarnog svemira "Orion".

Međuzvjezdani let putovanje je između zvijezda vozila s posadom ili automatskih stanica. Prema riječima direktora Istraživačkog centra Ames (NASA) Simona P. Wardena, projekt dubokog svemirskog leta mogao bi se razviti u roku od 15-20 godina.

Let tamo i let natrag sastoje se od tri faze: jednoliko ubrzano ubrzanje, let konstantnom brzinom i jednoliko ubrzano usporavanje. Neka se letjelica pomakne na pola puta s jedinstvenim ubrzanjem, a druga polovica s istim ubrzanjem usporava (). Tada se brod okreće i ponavlja faze ubrzanja i usporavanja.

Nisu sve vrste motora pogodne za međuzvjezdani let. Proračuni pokazuju da je uz pomoć svemirskog sustava koji se razmatra u ovom radu, moguće doći do zvijezde Alpha Centauri ... za otprilike 10 godina. " Kao jedna od mogućnosti rješavanja problema, predložena je upotreba elementarnih čestica koje se kreću svjetlošću ili blizu brzine svjetlosti kao radna tvar rakete.

Kolika je brzina modernih svemirskih brodova?

Brzina ispušnih čestica od 15 do 35 kilometara u sekundi. Stoga su se pojavile ideje za opskrbu međuzvjezdanih brodova energijom iz vanjskog izvora. Trenutno ovaj projekt nije izvediv: motor mora imati brzinu izdisaja od 0,073 s (specifični impuls 2 milijuna sekundi), dok potisak mora doseći 1570 N (tj. 350 lb).

Sudar s međuzvjezdanom prašinom dogodit će se pri brzinama bliskim svjetlosti i fizički će nalikovati mikroeksplozijama. U radovima znanstvene fantastike često se spominju metode međuzvjezdanih putovanja temeljene na kretanju bržem od brzine svjetlosti u vakuumu. Najveća posada sastojala se od 8 kozmonauta (uključivala je 1 ženu), lansiranih 30. listopada 1985. na svemirsku letjelicu Challenger za višekratnu uporabu.

Udaljenost do najbliže zvijezde (Proxima Centauri) je oko 4.243 svjetlosne godine, odnosno oko 268 tisuća puta veća udaljenost od Zemlje do Sunca. Letovi svemirskih brodova važan su dio znanstvene fantastike.

U ovoj će situaciji vrijeme leta u zemaljskom referentnom okviru biti približno 12 godina, dok će 7,3 godine proći pored brodskog sata. Prikladnost različitih vrsta motora za međuzvjezdana putovanja posebno je na sastanku Britanskog međuplanetarnog društva 1973. pregledao dr. Tony Martin.

Tijekom rada predloženi su projekti za velike i male zvjezdane brodove ("brodove generacija") sposobni doseći zvijezdu Alpha Centauri 1800, odnosno 130 godina. 1971. godine u izvješću H. Marxa na simpoziju u Byurakanu predloženo je korištenje rentgenskih lasera za međuzvjezdane letove. 1985. R. Forward predložio je dizajn međuzvjezdane sonde ubrzane energijom mikrovalnog zračenja.

Kozmičko ograničenje brzine

Glavna komponenta mase suvremenih raketa je masa goriva koja je potrebna raketi za ubrzanje. Ako je moguće okoliš koji okružuje raketu nekako iskoristiti kao radni fluid i gorivo, moguće je značajno smanjiti masu rakete i zbog toga postići velike brzine.

Šezdesetih je Bussard predložio dizajn međuzvjezdanog izravnog toka mlazni motor (MNRD). Međuzvjezdani medij sastoji se prvenstveno od vodika. Jeffrey Landis je 1994. godine predložio projekt međuzvjezdane ionske sonde koja će primati energiju od laserske zrake na stanici.

Pokazalo se da je raketni brod Daedalus toliko ogroman da bi ga trebalo graditi na otvorenom svemiru. Jedan od nedostataka međuzvjezdanih brodova je potreba da sa sobom nose elektroenergetski sustav, što povećava masu i, sukladno tome, smanjuje brzinu. Dakle, električni raketni motor ima karakterističnu brzinu od 100 km / s, koja je prespora da bi u prihvatljivo vrijeme odletjela do udaljenih zvijezda.

Jedno od najvećih bogatstava čovječanstva je Međunarodna svemirska stanica, odnosno ISS. Za njezino stvaranje i djelovanje u orbiti ujedinilo se nekoliko država: Rusija, neke europske zemlje, Kanada, Japan i SAD. Ovaj aparat pokazuje da se puno može postići ako države neprestano surađuju. Svi ljudi na planetu znaju za ovu postaju, a mnogi postavljaju pitanja na kojoj visini ISS leti i u kojoj orbiti. Koliko je kozmonauta bilo tamo? Je li istina da su tamo smješteni turisti? I to nije sve što je čovječanstvu zanimljivo.

Struktura stanice

ISS se sastoji od četrnaest modula u kojima se nalaze laboratoriji, skladišta, odmorišta, spavaće sobe, pomoćne prostorije. Stanica čak ima i teretanu s spravama za vježbanje. Cijeli ovaj kompleks napajaju solarni paneli. Ogromni su, veličine stadiona.

ISS činjenice

Tijekom svog rada postaja je izazvala puno divljenja. Ovaj aparat je najveće postignuće ljudski umovi. Po svom dizajnu, namjeni i značajkama može se nazvati savršenstvom. Naravno, možda će za 100 godina na Zemlji početi graditi svemirske brodove drugačijeg plana, ali zasad je ovaj aparat danas vlasništvo čovječanstva. O tome svjedoče sljedeće činjenice o ISS-u:

Tijekom njegovog postojanja ISS je posjetilo dvjestotinjak kozmonauta. Bilo je i turista koji su samo uletjeli kako bi pogledali Svemir s visine orbite.
Stanica se sa Zemlje može vidjeti golim okom. Ova je struktura najveća među umjetnim satelitima i lako se može vidjeti s površine planeta bez ikakvog uređaja za povećavanje. Postoje karte na kojima možete vidjeti u koje vrijeme i kada uređaj leti iznad gradova. Pomoću njih lako je pronaći informacije o vašem naselju: pogledajte raspored letova po regiji.
Da bi postaju postavili i održali u ispravnom stanju, kozmonauti su više od 150 puta izlazili u otvoreni prostor, provevši tamo oko tisuću sati.
Aparatom upravlja šest astronauta. Sustav za održavanje života osigurava kontinuiranu prisutnost ljudi na stanici od trenutka prvog pokretanja.
Međunarodna svemirska stanica jedinstveno je mjesto za razne laboratorijske pokuse. Znanstvenici donose jedinstvena otkrića na području medicine, biologije, kemije i fizike, fiziologije i meteoroloških promatranja, kao i na drugim poljima znanosti.
Uređaj koristi divovske solarne ploče čija veličina doseže područje teritorija nogometnog igrališta s krajnjim zonama. Njihova je težina gotovo tristo tisuća kilograma.
Baterije su sposobne u potpunosti osigurati rad stanice. Njihov se rad pomno prati.
Stanica ima mini kuću opremljenu s dvije kupaonice i teretanom.
Let se promatra sa Zemlje. Za kontrolu su razvijeni programi koji se sastoje od milijuna linija koda.

Kozmonauti

Od prosinca 2017. posadu ISS-a čine sljedeći astronomi i kozmonauti:

Anton Shkaplerov - zapovjednik ISS-55. Na stanici je bio dva puta - 2011.-2012. I 2014.-2015. Dva leta živio je na stanici 364 dana.
Skeet Tingle - inženjer leta, NASA-in astronaut. Ovaj kozmonaut nema iskustva u svemirskim letovima.
Norishige Kanai je inženjer leta i astronaut u Japanu.
Aleksandar Misurkin. Prvi je let izveden 2013. godine u trajanju od 166 dana.
Macr Wande Hai nema letačkog iskustva.
Joseph Aqaba. Prvi let izveden je 2009. godine u sklopu Discoveryja, a drugi let izveden je 2012. godine.

Zemlja iz svemira

Iz svemira na Zemlju otvaraju se jedinstveni pogledi. O tome svjedoče fotografije, video zapisi astronauta i kozmonauta. Možete vidjeti rad stanice, svemirske pejzaže ako gledate mrežne emisije sa ISS stanice. Međutim, neke su kamere isključene zbog održavanja.

Naš čitatelj Nikita Ageev pita se: koji je glavni problem međuzvjezdanih putovanja? Odgovor će također zahtijevati dugačak članak, iako se na pitanje može odgovoriti jednim simbolom: c .

Brzina svjetlosti u vakuumu, c, je oko tristo tisuća kilometara u sekundi i ne može se prekoračiti. Slijedom toga, nemoguće je doći do zvijezda brže nego za nekoliko godina (svjetlost putuje 4.243 godine do Proxime Centauri, tako da letjelica ne može stići još brže). Ako zbrojimo vrijeme za ubrzanje i usporavanje s manje ili više prihvatljivim ubrzanjem za osobu, tada ćemo doći do desetak godina do najbliže zvijezde.

U kojim uvjetima biste trebali letjeti?

A ovo je razdoblje već samo po sebi značajna prepreka, čak i ako zanemarimo pitanje "kako ubrzati do brzine bliske brzini svjetlosti". Ne postoji sada svemirski brodovi, što bi omogućilo posadi da autonomno živi u svemiru toliko dugo - astronauti neprestano donose svježe zalihe sa Zemlje. Obično razgovor o problemima međuzvjezdanih putovanja započinje temeljnijim pitanjima, ali započet ćemo s čisto primijenjenim problemima.

Čak i pola stoljeća nakon Gagarinova leta, inženjeri nisu uspjeli stvoriti perilicu rublja i dovoljno praktičan tuš za svemirske brodove, a zahodi dizajnirani za uvjete nulte gravitacije na ISS-u se raspadaju sa zavidnom pravilnošću. Let do barem Marsa (22 svjetlosne minute umjesto 4 svjetlosne godine) već predstavlja ne trivijalni zadatak za dizajnere vodovoda: zato ćete za putovanje do zvijezda trebati barem izmisliti svemirski WC s dvadeset godina jamstva i istim perilica za rublje.

Voda za pranje, pranje i piće također će se morati ponijeti sa sobom ili ponovno upotrijebiti. Kao i zrak, tako se i hrana mora čuvati ili uzgajati na brodu. Eksperimenti za stvaranje zatvorenog ekosustava na Zemlji već su provedeni, ali njihovi su se uvjeti i dalje vrlo razlikovali od svemirskih, barem u prisutnosti gravitacije. Čovječanstvo zna pretvoriti sadržaj lonca u čistu piti vodu, ali u ovom slučaju to morate biti u stanju bez gravitacije, s apsolutnom pouzdanošću i bez kamiona potrošnog materijala: preskupo je odvesti kamion filtrirnih uložaka do zvijezda.

Pranje čarapa i zaštita od crijevnih infekcija može se činiti previše trivijalnim, "nefizičkim" ograničenjima međuzvjezdanih putovanja - međutim, svaki sezonski putnik potvrdit će da "sitnice" poput neugodnih cipela ili uzrujanog želuca od nepoznate hrane u autonomnoj ekspediciji mogu biti opasne po život.

Rješenje čak i elementarnih svakodnevnih problema zahtijeva jednaku ozbiljnu tehnološku osnovu kao i razvoj temeljno novih svemirskih motora. Ako se na Zemlji izlizano brtvilo u vodokotliću može kupiti u najbližoj trgovini za dvije ruble, tada već na marsovskom brodu morate osigurati ili zalihu od svega slične dijelove ili 3D printer za proizvodnju rezervnih dijelova od univerzalnih plastičnih sirovina.

U američkoj mornarici 2013. godine ozbiljnobavio se 3D ispisom nakon procjene vremena i novca utrošenog na popravak vojne opreme tradicionalnim metodama na terenu. Vojska je zaključila da je ispis neke rijetke brtve za sklop helikoptera koji je ukinut prije deset godina lakše nego naručivanje dijela iz skladišta na drugom kopnu.

Jedan od najbližih Korolevovih suradnika, Boris Chertok, napisao je u svojim memoarima "Rakete i ljudi" da je u određenom trenutku sovjetski svemirski program naišao na nedostatak kontaktnih utikača. Pouzdani konektori za višežilni kabel morali su se razviti odvojeno.

Osim rezervnih dijelova za opremu, hranu, vodu i zrak, astronautima će trebati i energija. Motoru i ugrađenoj opremi trebat će energija, pa će problem s moćnim i pouzdanim izvorom energije morati biti riješen odvojeno. Solarne baterije su neprikladne, iako samo zbog udaljenosti od zvijezda u letu, generatori radioizotopa (oni pokreću Voyagere i New Horizons) ne daju snagu potrebnu za veliku svemirsku letjelicu s posadom, a još uvijek nisu naučili kako napraviti punopravne nuklearne reaktore za svemir.

Sovjetski program za stvaranje satelita s nuklearnom elektranom zasjenjen je međunarodnim skandalom nakon pada aparata Kosmos-954 u Kanadi, kao i niz neuspjeha s manje dramatičnim posljedicama; sličan rad u Sjedinjenim Državama zaustavio se i ranije. Sada Rosatom i Roskosmos namjeravaju stvoriti svemirsku nuklearnu elektranu, ali to su još uvijek postrojenja za kratke letove, a ne dugoročno putovanje do drugog zvjezdanog sustava.

Možda će se umjesto nuklearnog reaktora tokamaci koristiti u budućim međuzvjezdanim brodovima. O tome koliko je teško barem točno odrediti parametre termonuklearne plazme, na MIPT-u ovog ljeta. Inače, projekt ITER na Zemlji uspješno napreduje: čak i oni koji su ušli u prvu godinu, danas imaju sve šanse da se pridruže radu na prvom eksperimentalnom termonuklearnom reaktoru s pozitivnom energetskom bilancom.

Na čemu letjeti?

Konvencionalni raketni motori nisu prikladni za ubrzavanje i usporavanje međuzvjezdanih brodova. Oni koji su upoznati s tečajem mehanike koji se u prvom semestru predavao na MIPT-u mogu samostalno izračunati koliko će goriva raketa trebati da dobije najmanje sto tisuća kilometara u sekundi. Za one koji još nisu upoznati s jednadžbom Tsiolkovskog, odmah ćemo objaviti rezultat - ispada da je masa spremnika za gorivo znatno veća od mase Sunčevog sustava.

Opskrba gorivom može se smanjiti povećanjem brzine kojom motor izbacuje radnu tekućinu, plin, plazmu ili nešto drugo, sve do snopa elementarnih čestica. Trenutno se plazemski i ionski motori aktivno koriste za letove automatskih međuplanetarnih postaja unutar Sunčevog sustava ili za korekciju orbite geostacionarnih satelita, ali oni imaju niz drugih nedostataka. Konkretno, svi takvi motori daju premali potisak, još ne mogu brodu dati kvadrat ubrzanja od nekoliko metara u sekundi.

Oleg Gorshkov, prorektor MIPT-a, jedan je od priznatih stručnjaka u području plazma motora. Motori serije SPD proizvode se u Fakel Design Bureau-u; to su serijski proizvodi za ispravljanje orbite komunikacijskih satelita.

Pedesetih godina 20. stoljeća razvijen je projekt za motor koji će koristiti impuls nuklearne eksplozije (projekt Orion), ali daleko je od toga da je to gotovo rješenje za međuzvjezdane letove. Još je manje razvijen dizajn motora koji koristi magnetohidrodinamički učinak, odnosno ubrzava se zbog interakcije s međuzvijezdom plazmom. U teoriji, svemirska letjelica mogla bi "usisati" plazmu prema unutra i baciti je natrag stvaranjem mlaznog potiska, ali to otvara drugi problem.

Kako preživjeti?

Međuzvjezdana plazma prvenstveno su protoni i jezgre helija ako uzmemo u obzir teške čestice. Pri kretanju brzinama reda stotina tisuća kilometara u sekundi, sve te čestice dobivaju energiju u megaelektronvoltama ili čak desecima megaelektronvolta - jednaku količinu kao i proizvodi nuklearnih reakcija. Gustoća međuzvjezdane sredine iznosi oko sto tisuća iona po kubnom metru, što znači da će u sekundi kvadratni metar brodske kože primiti oko 10 13 protona s energijom od desetaka MeV.

Jedan elektron volt, eV,― to je energija koju elektron stječe prelijetanjem s jedne elektrode na drugu s razlikom potencijala od jednog volta. Svjetlosni kvanti imaju takvu energiju, a ultraljubičasti kvanti s većom energijom već su sposobni oštetiti molekule DNA. Zračenje ili čestice s energijama u megaelektronvoltima prate nuklearne reakcije i, štoviše, i sami su sposobni da ih izazovu.

Takvo zračenje odgovara apsorbiranoj energiji (pod pretpostavkom da svu energiju apsorbira koža) u desecima džula. Štoviše, ta će energija doći ne samo u obliku topline, već može djelomično ići na pokretanje nuklearnih reakcija u materijalu broda stvaranjem kratkotrajnih izotopa: drugim riječima, koža će postati radioaktivna.

Neki od upadnih protona i jezgre helija mogu se odbiti magnetnim poljem u stranu, a složena ljuska od mnogih slojeva može se zaštititi od induciranog zračenja i sekundarnog zračenja, ali ti problemi još uvijek nemaju rješenje. Uz to, temeljne poteškoće oblika "koji će se materijal najmanje uništiti tijekom zračenja" u fazi servisiranja letjelice u letu pretvorit će se u posebne probleme - "kako odvrnuti četiri vijka za 25 u odjeljku s pozadinom od pedeset miliseverta na sat".

Prisjetimo se da tijekom posljednjeg popravka teleskopa Hubble astronauti isprva nisu uspjeli odvrnuti četiri vijka koji su učvršćivali jednu od kamera. Nakon savjetovanja sa Zemljom, zamijenili su momentni ključ konvencionalnim i primijenili grubu silu. Vijci su se pomaknuli sa svog mjesta, kamera je uspješno zamijenjena. Da se zakvačeni vijak otkinuo, druga ekspedicija koštala bi pola milijarde američkih dolara. Ili se uopće ne bi dogodilo.

Postoje li zaobilaznice?

U znanstvenoj fantastici (često fantastičnijoj od znanstvene fantastike), međuzvjezdana putovanja odvijaju se "podprostornim tunelima". Formalno, Einsteinove jednadžbe, opisujući geometriju prostor-vremena ovisno o masi i energiji raspoređenoj u ovom prostor-vremenu, doista priznaju nešto slično - samo su procijenjeni troškovi energije još depresivniji od procjena količine goriva za let do Proxime Centauri. Ne samo da je potrebno puno energije, već i gustoća energije mora biti negativna.

Pitanje je li moguće stvoriti stabilnu, veliku i energetski moguću "crvotočinu" vezano je uz temeljna pitanja o strukturi Svemira u cjelini. Jedan od neriješenih fizičkih problema je odsutnost gravitacije u takozvanom Standardnom modelu - teoriji koja opisuje ponašanje elementarnih čestica i tri od četiri temeljne fizičke interakcije. Velika većina fizičara prilično je skeptična prema činjenici da u kvantnoj teoriji gravitacije postoji mjesto za međuzvjezdane "skokove kroz hiperprostor", ali, strogo govoreći, nitko ne zabranjuje pokušaj traženja zaobilaznog puta za letove do zvijezda.

Moderne tehnologije i otkrića istražuju svemir na sasvim drugu razinu, ali međuzvjezdana putovanja i dalje su san. No je li to tako nestvarno i nedostižno? Što možemo učiniti sada i što možemo očekivati \u200b\u200bu bliskoj budućnosti?

Proučavajući podatke dobivene Keplerovim teleskopom, astronomi su otkrili 54 potencijalno nastanjiva egzoplaneta. Ovi udaljeni svjetovi su u naseljivoj zoni, tj. na određenoj udaljenosti od središnje zvijezde, što omogućuje održavanje tekuće vode na površini planeta.

Međutim, odgovor na glavno pitanje, jesmo li sami u Svemiru, teško je dobiti - zbog velike udaljenosti koja razdvaja Sunčev sustav i naše najbliže susjede. Na primjer, "perspektivni" planet Gliese 581g udaljen je 20 svjetlosnih godina - dovoljno blizu prema kozmičkim mjerilima, ali predaleko za zemaljske instrumente.

Obilje egzoplaneta u krugu od 100 i manje svjetlosnih godina od Zemlje i ogroman znanstveni, pa čak i civilizacijski interes koji oni predstavljaju za čovječanstvo čine nas da ponovno pogledamo do tada fantastičnu ideju međuzvjezdanih putovanja.

Let do drugih zvijezda je, naravno, stvar tehnologije. Štoviše, postoji nekoliko mogućnosti za postizanje tako dalekog cilja, a izbor u korist jedne ili druge metode još nije napravljen.

Čovječanstvo je već poslalo međuzvjezdane letjelice u svemir: sonde Pioneer i Voyager. Trenutno su napustili granice Sunčevog sustava, ali njihova brzina ne dopušta nam da govorimo o brzom postizanju cilja. Dakle, Voyager 1, krećući se brzinom od oko 17 km / s, čak i do najbliže zvijezde Proxime Centauri (4,2 svjetlosne godine) letjet će nevjerojatno dugo - 17 tisuća godina.

Očito je da s modernim raketnim motorima nećemo stići dalje od Sunčevog sustava: za prijevoz 1 kg tereta čak i do obližnje Proxime Centauri potrebni su deseci tisuća tona goriva. Istodobno, s povećanjem mase broda, povećava se potrebna količina goriva, a za transport je potrebno dodatno gorivo. Začarani krug koji zaustavlja spremnike s kemijskim gorivom - izgradnja svemirske letjelice teške milijardama tona apsolutno je nevjerojatan pothvat. Jednostavni izračuni pomoću formule Tsiolkovsky pokazuju da će za ubrzanje svemirskih letjelica na kemijski pogon do oko 10% brzine svjetlosti biti potrebno više goriva nego što je dostupno u poznatom svemiru.

Termonuklearna reakcija fuzije stvara energiju po jedinici mase, u prosjeku milijun puta više od kemijskog procesa izgaranja. Zbog toga je 1970-ih NASA skrenula pozornost na mogućnost korištenja termonuklearnih raketnih motora. Projekt bespilotne letjelice Daedalus uključivao je stvaranje motora u kojem će se male kuglice termonuklearnog goriva unositi u komoru za izgaranje i paliti elektronskim snopovima. Proizvodi termonuklearne reakcije izlijeću iz mlaznice motora i ubrzavaju brod.

Svemirski brod Daedalus u usporedbi s Empire State Buildingom

Dedal je na brod trebao uzeti 50 tisuća tona peleta goriva promjera 4 i 2 mm. Granule se sastoje od jezgre s deuterijom i tritijem te ljuske helija-3. Potonje je samo 10-15% mase peleta, ali zapravo je gorivo. Helija-3 ima na Mjesecu, a deuterij se široko koristi u nuklearnoj industriji. Jezgra deuterija djeluje kao detonator za paljenje reakcije fuzije i izaziva snažnu reakciju oslobađanjem mlaza mlazne plazme, kojim upravlja snažno magnetsko polje. Glavna komora za izgaranje molibdena motora Daedalus trebala je težiti više od 218 tona, komora drugog stupnja - 25 tona. Magnetske supravodljive zavojnice također se podudaraju s ogromnim reaktorom: prvi je težak 124,7 tona, a drugi - 43,6 tona. Za usporedbu: suha masa šatla manja je od 100 tona.

Dedalov let planiran je u dvije faze: motor prvog stupnja morao je raditi više od 2 godine i sagorjeti 16 milijuna peleta. Nakon odvajanja prvog stupnja, motor drugog stupnja radio je gotovo dvije godine. Tako bi za 3,81 godine kontinuiranog ubrzanja Dedal postigao maksimalnu brzinu od 12,2% brzine svjetlosti. Takav brod preći će udaljenost do Barnardove zvijezde (5,96 svjetlosnih godina) za 50 godina i moći će, leteći kroz udaljeni zvjezdani sustav, prenositi rezultate svojih promatranja putem radio veze na Zemlju. Tako će cijela misija trajati oko 56 godina.

Unatoč velikim poteškoćama u osiguravanju pouzdanosti brojnih sustava Daedalus i njihovim ogromnim troškovima, ovaj se projekt provodi na modernoj tehnološkoj razini. Štoviše, 2009. godine tim entuzijasta obnovio je rad na projektu termonuklearnog broda. Trenutno projekt Icarus uključuje 20 znanstvenih tema o teorijskom razvoju sustava i materijala za međuzvjezdani brod.

Tako su danas već mogući bespilotni međuzvjezdani letovi udaljeni i do 10 svjetlosnih godina, za što će trebati oko 100 godina leta, plus vrijeme dok se radio signal vraća na Zemlju. Ovaj radijus uključuje zvjezdane sustave Alpha Centauri, Barnardovu zvijezdu, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 i 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Kao što vidite, u blizini Zemlje ima dovoljno objekata za proučavanje pomoću bespilotnih misija. Ali što ako roboti pronađu nešto doista neobično i jedinstveno, poput složene biosfere? Hoće li ekspedicija s ljudskim sudjelovanjem moći otići na udaljene planete?

Let života

Ako danas možemo započeti izgradnju bespilotne letjelice, situacija s letjelicom s posadom je složenija. Prije svega, pitanje leta je akutno. Uzmi Barnardovu zvijezdu. Astronauti će morati biti pripremljeni za let s ljudskom posadom iz škole, jer čak i ako se lansiranje sa Zemlje održi na njihovu 20. obljetnicu, svemirska će letionica postići cilj leta do 70. ili čak 100. obljetnice (uzimajući u obzir potrebu za kočenjem, za koju nije potreban let bez posade) ... Odabir posade u adolescenciji pun je psihološke nekompatibilnosti i međuljudskih sukoba, a starost od 100 godina ne daje nadu za plodonosan rad na površini planeta i za povratak kući.

Međutim, ima li smisla povratak? Brojne NASA-ine studije dovode do razočaravajućeg zaključka: dulji boravak u nultoj gravitaciji nepovratno će uništiti zdravlje astronauta. Primjerice, rad profesora biologije Roberta Fittsa s astronautima ISS-a pokazuje da će čak i unatoč aktivnoj tjelesnoj vježbi na letjelici, nakon trogodišnje misije na Mars, veliki mišići, poput telećih mišića, postati 50% slabiji. Mineralna gustoća kosti također se smanjuje. Kao rezultat toga, radna sposobnost i preživljavanje u ekstremnim situacijama znatno se smanjuje, a razdoblje prilagodbe na normalnu gravitaciju bit će najmanje godinu dana. Let u nulti gravitaciji desetljećima dovest će u pitanje same živote astronauta. Možda će se ljudsko tijelo moći oporaviti, na primjer, u procesu usporavanja s postupnim povećanjem gravitacije. Međutim, rizik od smrti i dalje je previsok i zahtijeva radikalno rješenje.

Stanford Thor je kolosalna građevina s čitavim gradovima unutar rotirajućeg ruba.

Nažalost, riješiti problem bestežinskog stanja na međuzvjezdanoj letjelici nije tako lako. Dostupna nam prilika za stvaranje umjetne gravitacije okretanjem dnevne jedinice ima brojne poteškoće. Da bi se stvorila Zemljina gravitacija, čak i kotač promjera 200 m morao bi se okretati brzinom od 3 okretaja u minuti. Tako brzom rotacijom sila Karyolisa stvorit će opterećenja koja su potpuno nepodnošljiva za ljudski vestibularni aparat, uzrokujući mučninu i akutne napade bolesti kretanja. Jedino rješenje ovog problema je Stanford Tor, koji su znanstvenici sa Sveučilišta Stanford razvili 1975. godine. Ovo je ogroman prsten promjera 1,8 km, u kojem bi moglo živjeti 10 tisuća astronauta. Zbog svoje veličine pruža gravitaciju na razini od 0,9-1,0 g i prilično ugodan život za ljude. Međutim, čak i pri brzinama rotacije nižim od jednog broja okretaja u minuti, ljudi će i dalje osjećati laganu, ali primjetnu nelagodu. Štoviše, ako se izgradi takav divovski odjeljak za stanovanje, čak i mali pomaci u raspodjeli težine torusa utjecati će na brzinu rotacije i uzrokovati titranje cijele strukture.

Problem zračenja također ostaje težak. Čak i blizu Zemlje (na brodu ISS), astronauti nisu duži od šest mjeseci zbog opasnosti od izlaganja zračenju. Međuplanetarna letjelica morat će biti opremljena jakom zaštitom, ali ostaje pitanje učinka zračenja na ljudsko tijelo. Konkretno, na rizik od onkoloških bolesti, čiji razvoj u nulti gravitaciji praktički nije proučavan. Ranije ove godine znanstvenik Krasimir Ivanov iz Njemačkog svemirskog centra u Kölnu objavio je rezultate zanimljive studije o ponašanju stanica melanoma (najopasniji oblik raka kože) u nultoj gravitaciji. U usporedbi sa stanicama raka uzgojenim pod normalnom gravitacijom, stanice koje su provele 6 i 24 sata u nulti gravitaciji manje su sklone metastazama. Čini se da su ovo dobre vijesti, ali samo na prvi pogled. Činjenica je da je takav "svemirski" rak u stanju mirovati desetljećima i neočekivano se proširiti u velikim razmjerima kada je imunološki sustav poremećen. Uz to, studija jasno pokazuje da još uvijek malo znamo o reakciji ljudskog tijela na duži boravak u svemiru. Danas astronauti, zdravi snažni ljudi, tamo provode premalo vremena da bi svoja iskustva prenijeli na dugi međuzvjezdani let.

U svakom slučaju, brod za 10 tisuća ljudi dvojbena je ideja. Da bi se stvorio pouzdan ekosustav za takav broj ljudi, ogroman broj biljaka, 60 tisuća pilića, 30 tisuća kunića i krdo velikih goveda... Samo to može osigurati prehranu od 2.400 kalorija dnevno. Međutim, svi eksperimenti za stvaranje takvih zatvorenih ekosustava uvijek završavaju neuspjehom. Tako su tijekom najvećeg eksperimenta "Biosfera-2" Space Biosphere Ventures izgradili mrežu zapečaćenih zgrada ukupne površine 1,5 hektara s 3 tisuće vrsta biljaka i životinja. Čitav ekosustav trebao je postati samoodrživi mali "planet" u kojem je živjelo 8 ljudi. Pokus je trajao 2 godine, ali nakon nekoliko tjedana započeli su ozbiljni problemi: mikroorganizmi i insekti počeli su se nekontrolirano razmnožavati, trošeći previše kisika i biljaka, ispostavilo se i da su biljke bez vjetra postale previše krhke. Kao rezultat lokalne ekološke katastrofe, ljudi su počeli gubiti kilograme, količina kisika pala je s 21% na 15%, a znanstvenici su morali prekršiti uvjete eksperimenta i opskrbiti osam "kozmonauta" kisikom i hranom.

Stoga se čini da je stvaranje složenih ekosustava pogrešan i opasan način opskrbe posade međuzvjezdanih brodova kisikom i hranom. Da biste riješili ovaj problem, trebat će vam posebno konstruirani organizmi s promijenjenim genima koji se mogu hraniti svjetlošću, otpadom i jednostavnim tvarima. Na primjer, velike moderne tvornice za proizvodnju algi klorela mogu proizvesti do 40 tona kaše dnevno. Jedan potpuno autonomni bioreaktor težak nekoliko tona može proizvesti do 300 litara suspenzije klorele dnevno, što je dovoljno za prehranu posade od nekoliko desetaka ljudi. Genetski modificirana klorela ne samo da može zadovoljiti potrebe posade za hranjivim tvarima, već i reciklirati otpad, uključujući ugljični dioksid. Danas je postupak genetskog inženjeringa za mikroalge postao uobičajen, a postoje brojni dizajni razvijeni za pročišćavanje otpadnih voda, proizvodnju biogoriva i još mnogo toga.

Smrznuti san

Gotovo svi gore navedeni problemi međuzvjezdanog leta s posadom mogli bi se riješiti jednom vrlo perspektivnom tehnologijom - suspendiranom animacijom ili kako se još naziva kriostaza. Anabioza je usporavanje ljudskih vitalnih procesa najmanje nekoliko puta. Ako je moguće osobu uroniti u takvu umjetnu letargiju, koja usporava metabolizam za 10 puta, tada će u 100-godišnjem letu u snu ostarjeti za samo 10 godina. To olakšava rješavanje problema s prehranom, opskrbom kisikom, mentalnim poremećajima i uništavanjem tijela kao rezultat bestežinskog stanja. Osim toga, odjeljak s anabiotskim komorama lakše je zaštititi od mikrometeorita i zračenja nego naseljivu zonu velikog volumena.

Nažalost, usporavanje procesa ljudskog života izuzetno je težak zadatak. Ali u prirodi postoje organizmi koji mogu hibernirati i povećati svoj životni vijek stotinama puta. Na primjer, mali gušter zvan sibirski daždevnjak sposoban je hibernirati u teškim vremenima i preživjeti desetljećima, čak i smrznuti se u blok leda s temperaturom od minus 35-40 ° C. Postoje slučajevi kada su daždevnjaci proveli oko 100 godina u zimskom snu i, kao da se ništa nije dogodilo, odmrznuli se i pobjegli iznenađenim istraživačima. Istodobno, uobičajeni "kontinuirani" životni vijek guštera ne prelazi 13 godina. Nevjerojatna sposobnost daždevnjaka posljedica je činjenice da njegova jetra sintetizira velike količine glicerina, gotovo 40% njegove tjelesne težine, koji štiti stanice od niskih temperatura.

Glavna prepreka za uranjanje osobe u kriostazu je voda od koje se sastoji 70% našeg tijela. Kad se zamrzne, pretvara se u kristale leda, koji povećavaju volumen za 10%, što pukne staničnu membranu. Osim toga, dok se smrzava, tvari otopljene unutar stanice migriraju u preostalu vodu, remeteći unutarstanične procese izmjene iona, kao i organizaciju bjelančevina i drugih međustaničnih struktura. Općenito, uništavanje stanica tijekom smrzavanja onemogućava čovjeku povratak u život.

Međutim, postoji obećavajući način za rješavanje ovog problema - klatratni hidrati. Otkriveni su davne 1810. godine, kada je britanski znanstvenik Sir Humphrey Davy pod visokim pritiskom u vodu ubrizgao klor i svjedočio stvaranju čvrstih struktura. To su bili hidrati klatrata - jedan od oblika vodenog leda u kojem je uključen i strani plin. Za razliku od ledenih kristala, klatratne rešetke su manje tvrde, nemaju oštre rubove, ali imaju šupljine u kojima se unutarstanične tvari mogu "sakriti". Tehnologija suspendirane klatratne animacije bila bi jednostavna: inertni plin, poput ksenona ili argona, temperatura je malo ispod nule, a stanični metabolizam počinje postupno usporavati sve dok osoba ne uđe u kriostazu. Nažalost, za stvaranje klatratnih hidrata potreban je visoki tlak (oko 8 atmosfera) i vrlo visoka koncentracija plina otopljenog u vodi. Još uvijek nije poznato kako stvoriti takve uvjete u živom organizmu, iako na ovom području postoje neki uspjesi. Dakle, klatrati su sposobni zaštititi tkiva srčanog mišića od uništavanja mitohondrija čak i na kriogenim temperaturama (ispod 100 stupnjeva Celzija), kao i spriječiti oštećenje staničnih membrana. O eksperimentima na klatratnoj anabiozi na ljudima još se ne raspravlja, jer je komercijalna potražnja za tehnologijama kriostaze mala, a istraživanja na tu temu uglavnom provode male tvrtke koje nude usluge zamrzavanja tijela mrtvih.

Let vodika

Godine 1960. fizičar Robert Bussard predložio je izvorni koncept fuzijskog ramjet motora koji rješava mnoge probleme međuzvjezdanih putovanja. Dno crta je korištenje vodika i međuzvjezdane prašine prisutne u svemiru. Svemirska letjelica s takvim motorom prvo se ubrzava na vlastito gorivo, a zatim razvija ogroman lijevak magnetskog polja promjera tisuću kilometara koji hvata vodik iz svemira. Taj se vodik koristi kao neiscrpni izvor goriva za termonuklearni raketni motor.

Motor Bassard nudi ogromne prednosti. Prije svega, zbog "besplatnog" goriva moguće je kretanje s konstantnim ubrzanjem od 1 g, što znači da svi problemi povezani s bestežinskom težinom nestaju. Uz to, motor vam omogućuje ubrzanje do ogromne brzine - 50% brzine svjetlosti i još više. Teoretski, brod s ubrzanjem od 1 g, brod s Bassardovim motorom može prijeći udaljenost od 10 svjetlosnih godina za oko 12 zemaljskih godina, a za posadu bi zbog relativističkih učinaka trebalo samo 5 godina brodskog vremena.

Nažalost, na putu stvaranja broda s Bassardovim motorom postoji niz ozbiljnih problema koji se ne mogu riješiti na trenutnoj razini tehnologije. Prije svega, potrebno je stvoriti divovsku i pouzdanu zamku za vodik koja stvara magnetska polja ogromne snage. Istodobno, trebao bi osigurati minimalne gubitke i učinkovit transport vodika do fuzijskog reaktora. Sam postupak termonuklearne reakcije transformacije četiri atoma vodika u atom helija, koji je predložio Bassard, postavlja mnoga pitanja. Činjenica je da je ovu najjednostavniju reakciju teško provesti u prolaznom reaktoru, jer ide presporo i, u principu, moguća je samo unutar zvijezda.

Međutim, napredak u proučavanju termonuklearne fuzije rađa nadu da se problem može riješiti, na primjer, uporabom "egzotičnih" izotopa i antimaterije kao katalizatora reakcije.

Za sada su istraživanja o Bassardovom motoru isključivo teoretska. Potrebni su izračuni na temelju stvarnih tehnologija. Prije svega, potrebno je razviti motor sposoban za proizvodnju energije dovoljne za napajanje magnetske zamke i održavanje termonuklearne reakcije, proizvodnju antimaterije i prevladavanje otpora međuzvjezdane sredine, što će usporiti golemo elektromagnetsko "jedro".

Antimaterija u pomoć

Možda zvuči čudno, ali danas je čovječanstvo bliže stvaranju motora koji pokreće antimaterija nego intuitivnom i naizgled jednostavnom Bassardovom ramjet motoru.

Sonda Hbar Technologies imat će tanko jedro od karbonskih vlakana prekriveno uranom 238. Dok udari u jedro, antihidrogen će uništiti i stvoriti mlazni potisak.

Kao rezultat uništavanja vodika i antihidrogena nastaje snažni tok fotona čiji stupanj istjecanja doseže maksimum za raketni motor, t.j. brzina svjetlosti. Ovo je idealna metrika za postizanje vrlo visokih brzina pri skoroj svjetlosti za svemirsku letjelicu s fotonskim pogonom. Nažalost, vrlo je teško koristiti antimateriju kao raketno gorivo, jer tijekom uništenja dolazi do rafala snažnog gama zračenja koje će ubiti astronaute. Također, iako ne postoje tehnologije za skladištenje velike količine antimaterije, a sama činjenica nakupljanja tona antimaterije, čak i u svemiru daleko od Zemlje, ozbiljna je prijetnja, jer je uništavanje čak jednog kilograma antimaterije ekvivalent nuklearnoj eksploziji kapaciteta 43 megatona (eksplozija takve sile može pretvoriti trećinu teritorij Sjedinjenih Država). Trošak antimaterije još je jedan faktor koji otežava međuzvjezdani let fotonom. Suvremene tehnologije proizvodnje antimaterije omogućuju proizvodnju jednog grama antihidrogena po cijeni od deset bilijuna dolara.

Međutim veliki projekti istraživanje antimaterije donosi plodove. Trenutno su stvorena posebna skladišta pozitrona, "magnetske boce", koje su spremnici hlađeni tekućim helijem sa stijenkama od magnetskih polja. U lipnju ove godine znanstvenici iz CERN-a uspjeli su pohraniti atome vodika 2000 sekundi. Na Kalifornijskom sveučilištu (SAD) gradi se najveće svjetsko skladište antimaterije u koje se može pohraniti više od bilijuna pozitrona. Jedan od ciljeva znanstvenika sa Kalifornijskog sveučilišta je stvaranje prijenosnih spremnika za antimateriju koji se mogu koristiti u znanstvene svrhe daleko od velikih akceleratora. Projekt podupire Pentagon, koji je zainteresiran za vojne primjene antimaterije, pa najveća svjetska paleta magnetskih boca vjerojatno neće biti nedovoljno financirana.

Suvremeni akceleratori moći će proizvesti jedan gram antihidrogena u nekoliko stotina godina. Ovo je jako dugo, pa je jedini izlaz razviti se nova tehnologija proizvodnju antimaterije ili ujediniti napore svih zemalja našeg planeta. Ali čak i u ovom slučaju, za moderne tehnologije nema ničega o čemu bi se moglo sanjati o proizvodnji desetaka tona antimaterije za let međuzvjezdane posade.

Međutim, nije sve tako tužno. NASA-ini stručnjaci razvili su nekoliko projekata svemirskih letjelica koji bi mogli ući u duboki svemir sa samo jednim mikrogramom antimaterije. NASA vjeruje da će poboljšanje opreme omogućiti proizvodnju antiprotona po cijeni od oko 5 milijardi dolara po gramu.

Američka tvrtka Hbar Technologies, uz podršku NASA-e, razvija koncept za bespilotne sonde koje pokreće antihidrogen motor. Prvi cilj ovog projekta je stvoriti bespilotnu letjelicu koja bi za manje od 10 godina mogla letjeti do Kuiperovog pojasa na rubu Sunčevog sustava. Danas je nemoguće doći do takvih udaljenih točaka za 5-7 godina, posebno će NASA-ina sonda New Horizons letjeti Kuiperovim pojasom 15 godina nakon lansiranja.

Sonda na udaljenosti od 250 AU. za 10 godina bit će vrlo mali, s korisnim opterećenjem od samo 10 mg, ali trebat će mu i malo antihidrogena - 30 mg. Tevatron će tu količinu razvijati tijekom nekoliko desetljeća, a znanstvenici bi mogli testirati koncept novog motora tijekom stvarne svemirske misije.

Preliminarni izračuni također pokazuju da je na sličan način moguće poslati malu sondu u Alpha Centauri. Na jednom gramu antihidrogena odletjet će do daleke zvijezde za 40 godina.

Može se činiti da je sve navedeno fikcija i da nema nikakve veze s neposrednom budućnošću. Srećom, to nije slučaj. Iako je pažnja javnosti usmjerena na globalne krize, neuspjehe pop zvijezda i druge aktualne događaje, inicijative za stvaranje epoha ostaju u sjeni. NASA-ina svemirska agencija pokrenula je ambiciozni projekt 100-godišnji brod koji uključuje fazno i \u200b\u200bdugoročno stvaranje znanstvenih i tehnoloških temelja za međuplanetarne i međuzvjezdane letove. Ovaj je program bez premca u ljudskoj povijesti i trebao bi privući znanstvenike, inženjere i druge profesionalce iz cijelog svijeta. Od 30. rujna do 2. listopada 2011. u Orlandu na Floridi održat će se simpozij na kojem će se raspravljati o raznim tehnologijama svemirskih letova. Na temelju rezultata takvih događaja, NASA-ini stručnjaci izradit će poslovni plan za pomoć određenim industrijama i tvrtkama koje razvijaju tehnologije koje još uvijek nedostaju, ali su neophodne za buduća međuzvjezdana putovanja. Ako NASA-in ambiciozni program bude okrunjen uspjehom, za 100 godina čovječanstvo će moći izgraditi međuzvjezdani brod, a mi ćemo se kretati oko Sunčevog sustava s istom lakoćom kao što danas letimo s kopna na kopno.

Od helikoptera i svemirskih brodova do elementarnih čestica, evo 25 najbržih stvari na svijetu.

25. Najbrži vlak

Japanski vlak JR-Maglev postigao je brzinu veću od 581 kilometar na sat koristeći magnetsku levitaciju.

24. Najbrži tobogan

Formula Rossa, nedavno izgrađena u Dubaiju, omogućuje tragačima avanture da postignu brzinu od 240 kilometara na sat.

23. Najbrže dizalo

Dizala u Taipei Toweru na Tajvanu nose ljude gore-dolje brzinom od 60 kilometara na sat.

22. Najbrži serijski automobil

Bugatti Veyron EB 16.4 (Bugatti Veyron EB 16.4), ubrzavajući do 430 kilometara na sat, najbrži je automobil na svijetu, odobren za upotrebu na javnim cestama.

21. Najbrži neserijski automobil

15. listopada 1997. raketno vozilo Thrust SSC probilo je zvučnu barijeru u pustinji Nevada.

20. Najbrži zrakoplov s posadom

X-15 američkog ratnog zrakoplovstva ne samo da ubrzava do impresivne brzine (7270 kilometara na sat), već se i penje toliko visoko da je nekoliko njegovih pilota dobilo astronautska "krila" od NASA-e.

19. Najbrži tornado

Tornado, koji se dogodio u blizini grada Oklahome, bio je najbrži u smislu brzine vjetra, dosežući 480 kilometara na sat.

18. Najbrži čovjek

2009. godine jamajčanski sprinter Usain Bolt postavio je svjetski rekord na 100 metara udaljenosti, istrčavši ga za 9,58 sekundi.

17. Najbrža žena

1988. Amerikanac Florenc Griffith-Joyner trčao je 100 metara za 10,49 sekundi, što je rekord koji nikada nije oboren.

16. Najbrža kopnena životinja

Osim što gepardi trče brzo (120 kilometara na sat), sposobni su i ubrzati brže od većine serijskih automobila (od 0 do 100 kilometara na sat za 3 sekunde).

15. Najbrža riba

Pojedini pojedinci vrste jedrilica mogu ubrzati do 112 kilometara na sat.

14. Najbrža ptica

Sokolar je ujedno i najbrža životinja na svijetu uopće i može premašiti brzinu od 325 kilometara na sat.

13. Najbrže računalo

Iako će ovaj rekord najvjerojatnije biti oboren dok pročitate ovaj članak, Mliječni put-2 u Kini najbrže je računalo na svijetu.

12. Najbrža podmornica

Teško je registrirati zapise u takvim stvarima, jer se podaci o podmornicama obično drže u tajnosti. Međutim, prema nekim procjenama, najveću brzinu razvila je sovjetska podmornica K-162 1969. godine. Brzina je bila oko 44 čvora.

11. Najbrži helikopter

U srpnju 2010. Sikorsky X2 postavio je novi rekord u brzini iznad West Palm Beacha - 415 kilometara na sat.

10. Najbrži brod

Svjetski rekord brzine vode službeno je priznat maksimalna brzinarazvijena vodeni prijevoz... Trenutno je rekorder Spirit of Australia, dosežući 511 kilometara na sat.

9. Najbrži sport s reketima

U badmintonu shuttlecock može postići brzinu od preko 320 kilometara na sat.

8. Najbrži kopneni prijevoz

Vojne raketne saonice postižu brzinu veću od 8 Macha (9800 kilometara na sat).

7. Najbrži svemirski brod

U svemiru se brzina može mjeriti samo u odnosu na druge predmete. S obzirom na to, najbrža svemirska letjelica koja se kreće od Sunca brzinom od 62.000 kilometara na sat je Voyager 1.

6. Najbrži izjelica

Kesten Joeyja "Jaws" trenutno je priznat od strane Međunarodne federacije natjecanja u prehrani kao svjetski prvak nakon što je u 12 minuta pojeo 66 hrenovki.

5. Najbrži test sudara

Kako bi odredio sigurnosnu ocjenu, EuroNCAP svoje testove sudara obično provodi brzinom od 60 kilometara na sat. Međutim, 2011. godine odlučili su povećati brzinu na 190 kilometara na sat. Samo za zabavu.

4. Najbrži gitarist

John Taylor postavio je novi svjetski rekord sa savršenih 600 bpm "Bumblebee Flight".

3. Najbrži reper

No Clue je proglašen za "Najbržeg repera" u Guinnessovoj knjizi rekorda kada je za 51,27 sekundi izgovorio 723 sloga. U sekundi je izgovorio oko 14 slogova.

2. Najveća brzina

Tehnički, najbrža brzina u svemiru je brzina svjetlosti. Međutim, postoji nekoliko upozorenja koja nas vode do prve točke ...

1. Najbrža elementarna čestica

Unatoč činjenici da je ovo kontroverzna izjava, znanstvenici Europskog centra za nuklearna istraživanja nedavno su proveli eksperimente u kojima su neutrali mu-mezona prekrili udaljenost između Ženeve, Švicarske i Gran Sassoa u Italiji za nekoliko nanosekundi brže od svjetlosti. Međutim, trenutno se foton još uvijek smatra kraljem brzine.