Modul în care navele spațiale aruncă extensiile stelare. Cum funcționează o rachetă spațială convențională

Cu ce \u200b\u200bviteză zboară o rachetă în spațiu?

știința abstractă care izbește iluzia privitorului
Dacă este pe orbita Pământului, atunci 8 km pe secundă.
Dacă peste 11 km pe secundă. Ca asta.
33000 km / h
Exact - cu o viteză de 7,9 km / sec (rachetă) se va roti în jurul pământului, dacă la o viteză de 11 km / sec este deja o parabolă, adică va mânca puțin mai departe, există posibilitatea ca acesta să nu se mai întoarcă
3-5 km / s, ia în considerare viteza de rotație a pământului în jurul soarelui
Recordul de viteză al navei spațiale (240 mii km / h) a fost stabilit de sonda solară germană Helios-B din SUA, lansată pe 15 ianuarie 1976.
Cea mai mare viteză pe care a călătorit-o vreodată o persoană (39897 km / h) a fost dezvoltată de modulul principal Apollo 10, la o altitudine de 121,9 km de suprafața Pământului, când expediția a revenit pe 26 mai 1969. La bordul navei spațiale se afla comandantul echipajului Colonel US Air Force (acum general de brigadă) Thomas Patten Stafford (născut în Weatherford, Oklahoma, SUA, 17 septembrie 1930), căpitan de rangul III al Marinei SUA Eugene Andrew Cernan (născut la Chicago, Illinois, SUA, la 14 martie 1934 g.) și căpitanul rangului 3 al marinei americane (acum se retrage căpitanul de rangul 1) John Watt Young (născut la San Francisco, California, SUA, 24 septembrie 1930).

De la femei viteza maxima (28.115 km / h) a fost atins de sublocotenentul Forței Aeriene a URSS (acum locotenent colonel-inginer, pilot-cosmonaut al URSS) Valentina Vladimirovna Tereshkova (născută la 6 martie 1937) pe nava spațială sovietică Vostok 6 la 16 iunie 1963.
8 km / s pentru a depăși gravitația Pământului
într-o gaură neagră poate fi accelerat până la o viteză de lumină
Tâmpenie, învățată cu gândire de la școală.
8 sau mai exact 7,9 km / s - aceasta este prima viteză cosmică - viteza orizontală a corpului direct deasupra suprafeței Pământului, la care corpul nu cade, dar rămâne un satelit al Pământului cu o orbită circulară la aceeași înălțime, adică deasupra suprafeței Pământului ( iar aceasta nu include rezistența la aer). Astfel, PCS este o cantitate abstractă care raportează parametrii corpului cosmic: raza și accelerația gravitației pe suprafața corpului și care nu are nicio valoare practică. La o altitudine de 1000 km, viteza mișcării orbitale circulare va fi diferită.
Racheta crește viteza treptat. De exemplu, racheta rapelă Soyuz are o viteză de 1,8 km / s după 117,6 s după lansare la o altitudine de 47,0 km, o viteză de zbor de 286,4 s la o altitudine de 171,4 km, 3,9 km / s. După aproximativ 8,8 minute după lansare la o altitudine de 198,8 km, viteza navei spațiale este de 7,8 km / s.
Iar încheierea navei orbitale pe orbita aproape de Pământ din punctul superior de zbor al vehiculului de lansare este deja efectuată prin manevrarea activă a OK-ului în sine. Și viteza sa depinde de parametrii orbitei.
Soarele este o prostie. Un rol important îl joacă nu viteza, ci forța de tracțiune a rachetei. La o altitudine de 35 km, începe o accelerație deplină până la PKS (prima viteză spațială) la 450 km altitudine, dând treptat direcția direcției de rotație a Pământului. În acest fel, înălțimea și tracțiunea sunt menținute în timp ce depășesc cuvintele dense ale atmosferei. Pe scurt - nu este necesară accelerarea atât a vitezei orizontale cât și a celei verticale, o abatere semnificativă în direcția orizontală apare la 70% din înălțimea dorită.
pe care
altitudinea zboară o navă spațială.

Explorarea spațială a fost mult timp destul de obișnuită pentru umanitate. Dar zborurile către orbita Pământului joasă și către alte stele sunt de neconceput fără dispozitive care permit să depășească gravitația Pământului - rachetele. Câți dintre noi știm: cum este construit și funcționat vehiculul de lansare, de unde vine lansarea și care este viteza acestuia, ceea ce face posibilă depășirea gravitației planetei în spațiul fără aer. Să aruncăm o privire mai atentă la aceste probleme.

Dispozitiv

Pentru a înțelege modul în care o rachetă rapelă ar trebui să înțeleagă structura acesteia. Începem descrierea nodurilor de sus până la partea inferioară.

CAC

Un dispozitiv care lansează pe orbită un satelit sau un compartiment de marfă diferă întotdeauna de transportatorul său, care este conceput pentru a transporta echipajul. Acesta din urmă are un sistem special de salvare de urgență în partea de sus, care servește la evacuarea compartimentului de la astronauți în cazul unei avarii a vehiculului de lansare. Această turelă în formă neregulată, situată în vârful înalt, este o rachetă în miniatură care vă permite să „întindeți” capsula cu oameni în sus în circumstanțe extraordinare și să o deplasați la o distanță sigură de punctul de accident. În spațiul fără aer, rolul SAS devine atât de important. În spațiul apropiat al Pământului, astronauții vor fi salvați printr-o funcție care face posibilă separarea vehiculului de coborâre de vehiculul de lansare.

Ține marfă

Sub SAS se află un compartiment care transportă o sarcină utilă: nave spațiale echipate, satelit, compartiment de marfă. Pe baza tipului și clasei vehiculului de lansare, masa încărcăturii puse pe orbită poate varia de la 1,95 la 22,4 tone. Toată marfa transportată de navă este protejată de caroseria capului, care este aruncată după trecerea prin straturile atmosferice.

Motor mai durabil

Oamenii aflați departe de spațiul exterior cred că dacă o rachetă se afla în spațiul fără aer, la o altitudine de o sută de kilometri, unde începe lipsa de greutate, atunci acesta este sfârșitul misiunii sale. De fapt, în funcție de sarcină, orbita țintă a mărfii afișate în spațiu poate fi mult mai departe. De exemplu, sateliții de telecomunicații trebuie transportați pe orbită la o altitudine de peste 35 de mii de kilometri. Pentru a realiza îndepărtarea necesară, aveți nevoie de un motor de marș sau cum este denumit în alt mod - un bloc accelerat. Pentru a atinge traiectoria planificată interplanetară sau de decolare, modul de zbor de mare viteză ar trebui schimbat de mai multe ori, efectuând anumite acțiuni, prin urmare, acest motor trebuie pornit și oprit de mai multe ori, acest lucru se datorează disimilarității sale față de alte rachete similare.

polifazice

Racheta purtătoare doar o mică parte din masa sa este ocupată de sarcina utilă transportată, orice altceva - motoarele și rezervoare de combustibilcare sunt localizate în diferite etape ale dispozitivului. O caracteristică de proiectare a acestor unități este capacitatea de a le separa după epuizarea combustibilului. Apoi ard în atmosferă, fără a ajunge pe pământ. Adevărat, potrivit portalului de știri reactor.space, în ultimii ani, a fost dezvoltată o tehnologie care vă permite să întoarceți scările separate nevătămate în punctul desemnat și să le lansați din nou în spațiu. În știința rachetelor, atunci când se creează nave cu mai multe etape, se folosesc două scheme:

Primul - longitudinal, vă permite să plasați în jurul corpului mai multe motoare identice cu combustibil, pornit simultan și resetat simultan după utilizare.

Al doilea - transversal, face posibilă aranjarea pașilor în ordine crescătoare unul deasupra celuilalt. În acest caz, includerea lor are loc numai după resetarea etapei inferioare cheltuite.

Dar deseori, designerii preferă o combinație între un model transversal-longitudinal. Pot fi multe etape într-o rachetă, dar o creștere a numărului lor este rațională până la o anumită limită. Creșterea lor implică o creștere a masei de motoare și adaptoare care funcționează doar la un anumit stadiu de zbor. Prin urmare, vehiculele de lansare moderne nu sunt echipate cu mai mult de patru trepte. Practic, rezervoarele de combustibil ale etapelor constau din rezervoare în care sunt pompate diverse componente: agent oxidant (oxigen lichid, tetroxid de azot) și combustibil (hidrogen lichid, heptil). Doar cu interacțiunea lor poate fi accelerată o rachetă la viteza dorită.

Cu ce \u200b\u200bviteză zboară o rachetă în spațiu

În funcție de sarcinile pe care trebuie să le îndeplinească rapelul, viteza acestuia poate varia, împărțită în patru valori:

Primul spațiu. Vă permite să mergeți pe orbită unde devine un satelit al Pământului. Dacă traduceți în valorile obișnuite, este de 8 km / s.

Al doilea spațiu. Viteza este de 11,2 km / s. face posibilă depășirea atracției gravitaționale a unei nave pentru explorarea planetelor sistemului nostru solar.

Al treilea spațiu. Respectând o viteză de 16,650 km / s. se poate depăși gravitația sistemului solar și își poate părăsi limitele.

Al patrulea spațiu. După ce a dezvoltat o viteză de 550 km / s. o rachetă este capabilă să zboare dincolo de galaxie.

Dar oricât de mari sunt viteza navei spațiale, pentru călătoriile interplanetare, acestea sunt prea mici. Cu astfel de valori, cea mai apropiată stea va trebui să călătorească 18.000 de ani.

Care este numele locului de unde rachetele sunt lansate în spațiu?

Pentru cucerirea spațiului de succes, sunt necesare plăcuțe speciale de lansare, de unde rachetele pot fi lansate în spațiul exterior. În viața de zi cu zi sunt numite cosmodromuri. Dar acest nume simplu include un întreg complex de clădiri care ocupă teritorii vaste: un pad de lansare, facilități pentru testul final și asamblarea rachetei, clădiri ale serviciilor conexe. Toate acestea sunt situate la o distanță unul de celălalt, astfel încât în \u200b\u200btimpul accidentului alte structuri ale cosmodromului să nu fie afectate.

Concluzie

Cu cât tehnologiile spațiale sunt îmbunătățite, cu atât structura și funcționarea rachetei devin mai complexe. Poate peste câțiva ani, noi dispozitive vor fi create pentru a depăși gravitația Pământului. Și următorul articol va fi dedicat principiilor unei rachete mai avansate.

Unul dintre cele mai mari atuuri ale omenirii este stația spațială internațională sau ISS. Câteva state s-au unit pentru crearea și activitatea sa pe orbită: Rusia, unele țări din Europa, Canada, Japonia și SUA. Acest aparat indică faptul că multe pot fi obținute dacă țările cooperează constant. Toți oamenii planetei știu despre această stație și mulți își pun întrebări la ce altitudine zboară ISS și pe ce orbită. Câți astronauți au fost acolo? Este adevărat că turiștii au voie acolo? Și acest lucru este departe de tot ceea ce este interesant pentru umanitate.

Clădirea stației

ISS constă din paisprezece module în care se află laboratoare, depozite, toalete, dormitoare și săli de utilități. Stația are chiar o sală de gimnastică cu echipament de fitness. Întregul complex este alimentat de panouri solare. Sunt imense, de dimensiunea unui stadion.

Fapte ISS

În timpul funcționării sale, stația a provocat multă admirație. Această unitate este cea mai mare realizare mintea umană. În designul, scopul și caracteristicile sale poate fi numit perfecțiune. Desigur, poate peste 100 de ani vor începe să se construiască pe Pământ nave spatiale a unui alt plan, dar până acum, până în prezent, acest dispozitiv este proprietatea omenirii. Acest lucru este demonstrat de următoarele fapte despre ISS:

În timpul existenței sale, aproximativ două sute de oameni au vizitat cosmonauții ISS. Au fost, de asemenea, turiști care au intrat doar pentru a privi Universul de la o înălțime orbitală.
Stația este vizibilă de pe Pământ cu ochiul liber. Acest design este cel mai mare dintre sateliții artificiali și se poate vedea cu ușurință de pe suprafața planetei fără niciun dispozitiv de mărire. Există hărți pe care puteți vedea la ce oră și când dispozitivul trece peste orașe. Este ușor să găsiți informații despre satul dvs. de la ei: consultați programul de zbor în regiune.
Pentru a asambla stația și a o menține în stare de funcționare, astronauții au plecat de peste 150 de ori în spațiu deschis, petrecând acolo aproximativ o mie de ore.
Aparatul este controlat de șase astronauți. Sistemul de asistență de viață asigură prezența continuă a oamenilor la stație încă din momentul lansării.
Stația Spațială Internațională este un loc unic unde se desfășoară o varietate de experimente de laborator. Oamenii de știință fac descoperiri unice în domeniile medicinei, biologiei, chimiei și fizicii, fiziologiei și observațiilor meteorologice, precum și în alte domenii ale științei.
Aparatul folosește panouri solare uriașe, a căror dimensiune ajunge în zona terenului de fotbal cu zonele sale de capăt. Greutatea lor este de aproape trei sute de mii de kilograme.
Bateriile sunt capabile să asigure pe deplin funcționarea stației. Munca lor este atent monitorizată.
La gară există o mini-casă dotată cu două băi și o sală de gimnastică.
Zborul este monitorizat de pe Pământ. Pentru control, au fost dezvoltate programe constând din milioane de linii de cod.

Astronauții

Din decembrie 2017, echipajul ISS este format din următorii astronomi și astronauți:

Anton Șkaplerov - comandantul ISS-55. A fost de două ori la gară - în 2011-2012 și în 2014-2015. Timp de 2 zboruri, el a trăit la gară 364 de zile.
Skeet Tingle - Inginer de zbor, astronautul NASA. Acest astronaut nu are experiență în zbor spațial.
Norishige Kanai - inginer de zbor, astronaut al Japoniei.
Alexander Misurkin. Primul său zbor a fost finalizat în 2013 cu o durată de 166 de zile.
Makr Wande Hai nu are experiență de zbor.
Iosif Aqaba Primul zbor a fost realizat în 2009 ca parte a Discovery, iar al doilea zbor a fost efectuat în 2012.

Pământ din spațiu

Din spațiu pe Pământ vederi unice. Acest lucru este demonstrat de fotografii, videoclipuri ale astronauților și astronauților. Puteți vedea lucrările postului, peisajele spațiale dacă urmăriți emisiuni online din stația ISS. Cu toate acestea, unele camere sunt oprite, ceea ce este asociat cu lucrările tehnice.

Citatilor sunt prezentati cele mai rapide rachete din lumeîn întreaga istorie a creației.

Viteza de 3,8 km / s

Cea mai rapidă rachetă balistică cu o viteză maximă de 3,8 km pe secundă deschide clasamentul celor mai rapide rachete din lume. R-12U a fost o versiune modificată a R-12. Racheta s-a diferențiat de prototip prin absența unui fund intermediar în rezervorul de oxidare și unele modificări minore de proiectare - nu au existat încărcături de vânt în ax, ceea ce a făcut posibilă luminarea rezervoarelor și a compartimentelor rachetei uscate și abandonarea stabilizatorilor. Începând cu 1976, rachetele R-12 și R-12U au început să fie retrase din serviciu și înlocuite cu sistemele mobile de sol Pioneer. Au fost retrase din serviciu în iunie 1989, iar între 21 mai 1990, 149 de rachete au fost distruse la baza Lesnaya din Belarus.

Viteza de 5,8 km / s

Unul dintre cele mai rapide vehicule de lansare americane, cu o viteză maximă de 5,8 km pe secundă. Este prima rachetă balistică intercontinentală dezvoltată, adoptată de Statele Unite. A fost dezvoltat ca parte a programului MX-1593 din 1951. A constituit baza arsenalului nuclear al Forțelor Aeriene ale SUA în 1959-1964, dar apoi a fost retras rapid din serviciu din cauza apariției unei rachete Minitman mai avansate. A servit ca bază pentru crearea familiei de vehicule de lansare spațială Atlas, care funcționează din 1959 până în zilele noastre.

Viteza 6 km / s

MGU-133 A Trident II - rachetă balistică americană în trei etape, una dintre cele mai rapide din lume. Viteza sa maximă este de 6 km pe secundă. „Trident-2” a fost dezvoltat din 1977 în paralel cu bricheta „Trident-1”. Adoptat în 1990. Greutate de pornire - 59 tone. Max. greutate turnată - 2,8 tone cu un interval de lansare de 7800 km. Intervalul maxim de zbor cu un număr redus de focoase este de 11.300 km.

Viteza 6 km / s

Una dintre cele mai rapide rachete balistice cu combustibil solid din lume, care stă pe brațele Rusiei. Are o rază de deteriorare minimă de 8000 km, o viteză aproximativă de 6 km / s. Dezvoltarea rachetei a fost realizată din 1998 de către Institutul de Inginerie a Căldurii din Moscova, care s-a dezvoltat în 1989-1997. Racheta bazată pe sol Topol-M. Până în prezent, au fost făcute 24 de lansări de teste Bulava, cincisprezece dintre ele au fost recunoscute ca fiind de succes (în timpul primei lansări a fost lansată o rachetă de dimensiuni mari), două (a șaptea și a opta) au reușit parțial. Ultima lansare de test a rachetei a avut loc pe 27 septembrie 2016.

Viteză 6,7 km / s

Minuteman LGM-30 G - Una dintre cele mai rapide rachete balistice intercontinentale terestre din lume. Viteza sa este de 6,7 km pe secundă. LGM-30G Miniteman III are o autonomie estimată de la 6.000 de kilometri la 10.000 de kilometri, în funcție de tipul de focar. Minuteman-3 a fost în serviciu cu Statele Unite din 1970 până în prezent. Este singura rachetă bazată pe mine din Statele Unite. Prima lansare a rachetei a avut loc în februarie 1961, modificările II și III au fost lansate în 1964, respectiv în 1968. Racheta cântărește aproximativ 34.473 de kilograme și este echipată cu trei motoare cu combustibil solid. Este planificat ca racheta să fie în funcțiune până în 2020.

Viteza 7 km / s

Cea mai rapidă apărare împotriva rachetelor din lume, destinată să distrugă ținte extrem de manevrabile și rachete hipersonice de mare altitudine. În 1989, testele din seria 53T6 a complexului Amur au început. Viteza sa este de 5 km pe secundă. Racheta este un con de 12 metri, fără părți proeminente. Corpul său este realizat din oțeluri de înaltă rezistență folosind înfășurarea din materiale compozite. Proiectarea rachetei poate rezista la suprasarcini mari. Interceptorul începe cu accelerație de 100x și este capabil să intercepteze ținte care zboară cu o viteză de până la 7 km pe secundă.

Viteza 7,3 km / s

Cea mai puternică și cea mai rapidă rachetă nucleară din lume, cu o viteză de 7,3 km pe secundă. Este destinat, în primul rând, distrugerea celor mai fortificate posturi de comandă, silozuri cu rachete balistice și baze aeriene. Explozivii nucleari ai unei rachete pot distruge un oraș mare, o parte foarte mare a Statelor Unite. Precizia este de aproximativ 200-250 de metri. Racheta este localizată în cele mai durabile mine din lume. SS-18 poartă 16 platforme, dintre care una este încărcată cu ținte false. Intrând pe orbită înaltă, toate capetele lui Satana merg „în nor” de ținte false și practic nu sunt identificate de radare. ”

Viteza 7,9 km / s

O rachetă balistică intercontinentală (DF-5A) cu viteza maximă de 7,9 km pe secundă deschide primele trei cele mai rapide din lume. ICBM DF-5 chinez a intrat în serviciu în 1981. Poate transporta un focar imens de 5 m și are o autonomie de peste 12.000 km. DF-5 are o abatere de aproximativ 1 km, ceea ce înseamnă că racheta are un singur obiectiv - distrugerea orașului. Mărimea focoasei, abaterea și faptul că durează doar o oră pentru a se pregăti pe deplin pentru lansare, toate acestea înseamnă că DF-5 este o armă punitivă destinată pedepsirii eventualilor atacatori. Versiunea 5A are o gamă crescută, o deviere îmbunătățită cu 300 de metri și capacitatea de a transporta focoane multiple.

P-7 Viteza 7,9 km / s

R-7 - sovietic, prima rachetă balistică intercontinentală, una dintre cele mai rapide din lume. Viteza sa maximă este de 7,9 km pe secundă. Dezvoltarea și producerea primelor copii ale rachetei a fost realizată în 1956-1957 de către întreprinderea OKB-1 din Regiunea Moscova. După lansări de succes, a fost folosit în 1957 pentru a lansa primii sateliți artificiali ai Pământului. De atunci, familia R-7 de vehicule de lansare a fost folosită activ pentru a lansa nave spațiale în diverse scopuri, iar din 1961 aceste vehicule de lansare au fost utilizate pe scară largă în explorarea spațială echipată. Pe baza R-7, a fost creată o întreagă familie de vehicule de lansare. Din 1957 până în 2000, au fost lansate peste 1800 de vehicule de lansare bazate pe R-7, dintre care peste 97% au avut succes.

Viteza 7,9 km / s

RT-2PM2 "Topol-M" (15ZH65) - Cea mai rapidă rachetă balistică intercontinentală din lume, cu o viteză maximă de 7,9 km pe secundă. Distanța finală este de 11.000 km. Poartă un focar termonuclear cu o capacitate de 550 kt. În versiunea de mină a bazinului adoptat pentru serviciu în 2000. Metoda de lansare este mortarul. Motorizarea cu rachete cu propulsant solid îi permite să obțină viteză mult mai rapid decât tipurile anterioare de rachete dintr-o clasă similară, create în Rusia și Uniunea Sovietică. Acest lucru complică foarte mult interceptarea sa prin sisteme de apărare împotriva rachetelor pe site-ul de zbor activ.

Tehnologiile și descoperirile moderne duc explorarea spațiului la un nivel complet diferit, dar zborurile interstelare sunt încă un vis. Dar este atât de nerealist și de atins? Ce putem acum și ce să ne așteptăm în viitorul apropiat?

Studiind datele obținute de la telescopul Kepler, astronomii au descoperit 54 de exoplanete potențial locuite. Aceste lumi îndepărtate se află în zona locuibilă, adică. la o anumită distanță de steaua centrală, permițându-vă să mențineți apă lichidă pe suprafața planetei.

Totuși răspunsul la întrebarea principalăindiferent dacă suntem singuri în Univers este dificil de obținut din cauza distanței enorme între Sistemul Solar și vecinii noștri apropiați. De exemplu, planeta „promițătoare” Gliese 581g este situată la o distanță de 20 de ani-lumină - este suficient de aproape de standardele cosmice, dar până acum prea departe pentru instrumentele pământești.

Abundența exoplanetelor pe o rază de 100 de ani sau mai puțin lumină de pe Pământ și imensul interes științific și chiar civilizațional pe care îl reprezintă pentru umanitate ne fac să aruncăm o privire nouă la ideea de până acum fantastică a zborurilor interstelare.

Zborul către alte stele este, desigur, o chestiune de tehnologie. Mai mult, există mai multe posibilități pentru atingerea unui astfel de obiectiv îndepărtat, iar alegerea în favoarea unei anumite metode nu a fost încă făcută.

Omenirea a trimis deja vehicule interstelare în spațiu: sondele Pioneer și Voyager. În prezent, au părăsit limitele sistemului solar, dar viteza lor nu ne permite să vorbim despre vreo realizare rapidă a obiectivului. Așadar, Voyager 1, mișcându-se cu o viteză de aproximativ 17 km / s, chiar până la cea mai apropiată stea de noi, Proxima Centauri (4,2 ani-lumină) va zbura o perioadă incredibil de lungă - 17 mii de ani.

Evident, cu motoarele rachetă moderne nu putem ajunge nicăieri mai departe de sistemul solar: pentru a transporta 1 kg de marfă, chiar și către Proxima Centauri din apropiere, sunt necesare zeci de mii de tone de combustibil. În același timp, odată cu creșterea masei navei, cantitatea de combustibil necesară crește, iar pentru transportul său este nevoie de combustibil suplimentar. Un cerc vicios care pune capăt rezervoarelor cu combustibil chimic - construcția unei nave spațiale care cântărește miliarde de tone pare o întreprindere absolut incredibilă. Calcule simple folosind formula Tsiolkovsky demonstrează că accelerarea navei spațiale cu un motor rachetă alimentat de combustibil chimic până la o viteză de aproximativ 10% din viteza luminii va necesita mai mult combustibil decât este disponibil în universul cunoscut.

Reacția de fuziune produce energie pe unitate de masă în medie de un milion de ori mai mare decât procesele de ardere chimică. De aceea, în anii 1970, NASA a atras atenția asupra posibilității de a folosi motoare rachetă termonucleare. Proiectul navei spațiale fără pilot Daedalus a avut în vedere crearea unui motor în care granulele mici de combustibil termonuclear vor fi introduse în camera de ardere și aprinse de fascicule electronice. Produsele reacției termonucleare zboară din duza motorului și dau accelerația navei.

Nave spațială Daedalus în comparație cu zgârie-nori Empire State Building

Se presupunea că Daedalus a luat la bord 50 de mii de tone de pelete cu un diametru de 4 și 2 mm. Granulele constau dintr-un miez cu deuteriu și tritiu și o coajă de heliu-3. Acesta din urmă reprezintă doar 10-15% din masa granulului de combustibil, dar, de fapt, este combustibil. Helium-3 este abundent pe lună, iar deuteriu este utilizat pe scară largă în industria nucleară. Nucleul de deuteriu servește ca un detonator pentru aprinderea reacției de sinteză și provoacă o reacție puternică cu eliberarea unui jet de plasmă reactiv, care este controlat de un câmp magnetic puternic. Principala cameră de ardere a molibdenului motorului Daedalus trebuia să aibă o greutate mai mare de 218 tone, camera a doua etapă - 25 tone. Bobinele supraconductoare magnetice se potrivesc și cu un reactor imens: primul cântărește 124,7 tone, iar al doilea - 43,6 tone. Pentru comparație: masa uscată a navetei este mai mică de 100 de tone.

Zborul Daedalus a fost planificat în două etape: motorul din prima etapă a trebuit să funcționeze mai mult de 2 ani și să ardă 16 milioane de peleți de combustibil. După separarea primei etape, motorul din a doua etapă a funcționat aproape doi ani. Astfel, în 3.81 de ani de accelerare continuă, Daedalus ar fi ajuns viteza maxima la 12,2% din viteza luminii. O astfel de navă va acoperi distanța până la steaua lui Barnard (5,96 ani-lumină) în 50 de ani și poate, zburând printr-un sistem stelat îndepărtat, să transmită rezultatele observațiilor sale prin radio pe Pământ. Astfel, întreaga misiune va dura aproximativ 56 de ani.

În ciuda marilor dificultăți în asigurarea fiabilității a numeroase sisteme Daedalus și a costurilor sale enorme, implementăm acest proiect la nivelul tehnologiei moderne. Mai mult, în 2009, o echipă de entuziaști a reînviat munca pentru un proiect de navă de fuziune. În prezent, proiectul Icarus include 20 de subiecte științifice despre dezvoltarea teoretică a sistemelor și materialelor naționale spațiale interstelare.

Astfel, acum sunt posibile zboruri interstelare fără pilot cu o distanță de până la 10 ani-lumină, ceea ce va dura aproximativ 100 de ani de zbor, plus timpul necesar pentru ca semnalul radio să călătorească înapoi pe Pământ. Alpha Centauri, Steaua lui Barnard, Sirius, Epsilon Eridana, UV Ceti, Ross 154 și 248, CN Leo, WISE 1541-2250 se încadrează în această rază. După cum puteți vedea, există suficiente obiecte în apropierea Pământului pentru a le studia folosind misiuni fără pilot. Dar dacă roboții găsesc ceva cu adevărat neobișnuit și unic, de exemplu, o biosferă complexă? Va putea o expediție care implică oameni să meargă pe planete îndepărtate?

Zbor de viață lungă

Dacă astăzi putem începe construirea unei nave fără pilot, atunci situația cu o navă tripulată este mai complicată. În primul rând, problema timpului de zbor este acută. Luați aceeași stea a lui Barnard. Cosmonauții vor trebui să se pregătească pentru un zbor cu echipaj de la școală, deoarece chiar dacă pornirea de pe Pământ are loc la 20 de ani, nava va atinge obiectivul aniversării a 70-a sau chiar a 100-a aniversare (având în vedere nevoia de frânare, care nu necesită zbor fără echipaj) . Selecția echipajului la o vârstă fragedă este plină de incompatibilități psihologice și conflicte interpersonale, iar vârsta de 100 de ani nu dă speranță pentru o muncă fructuoasă pe suprafața planetei și pentru întoarcerea acasă.

Cu toate acestea, are sens să se întoarcă? Numeroase studii ale NASA duc la o concluzie dezamăgitoare: o lungă ședere în gravitație zero va distruge ireversibil sănătatea astronauților. Astfel, activitatea profesorului de biologie Robert Fitts cu astronauții ISS arată că, în ciuda exercițiilor fizice active la bordul navei spațiale, după o misiune de trei ani pe Marte, mușchii mari, precum mușchii viței, vor deveni cu 50% mai slabi. În mod similar, densitatea minerală a țesutului osos este redusă. Ca urmare, dizabilitatea și supraviețuirea în situații extreme sunt reduse semnificativ, iar perioada de adaptare la gravitația normală va fi de cel puțin un an. Zborul cu gravitație zero timp de zeci de ani va pune în discuție chiar viața astronauților. Poate că corpul uman se va putea recupera, de exemplu, în procesul de inhibare cu o gravitate crescândă treptat. Cu toate acestea, riscul de deces este încă prea mare și necesită o soluție radicală.

Stanford Tor este o structură colosală cu orașe întregi în interiorul unei jante rotative.

Din păcate, rezolvarea problemei de greutate pe o navă interstelară nu este atât de simplă. Posibilitatea de a crea o gravitație artificială disponibilă prin rotirea modulului de viață are o serie de dificultăți. Pentru a crea gravitația Pământului, chiar și o roată cu diametrul de 200 m va trebui să fie rotită cu o viteză de 3 rotații pe minut. Cu o rotație atât de rapidă, forța Cariolis va crea sarcini complet intolerabile pentru aparatul vestibular uman, provocând greață și atacuri acute de boală de mare. Singura soluție la această problemă este Stanford Tor, dezvoltat de oamenii de știință de la Universitatea Stanford în 1975. Acesta este un inel imens cu un diametru de 1,8 km, în care ar putea trăi 10 mii de astronauți. Datorită mărimii sale, asigură gravitație la nivelul de 0,9-1,0 g și locuiesc destul de confortabil persoanelor. Cu toate acestea, chiar și la viteze de rotație mai mici de o revoluție pe minut, oamenii vor experimenta încă un disconfort ușor, dar tangibil. Mai mult, dacă se construiește un astfel de compartiment de locuință uriaș, chiar și mici schimbări în distribuția greutății a torului vor afecta viteza de rotație și vor provoca oscilații ale întregii structuri.

Problema radiațiilor rămâne o provocare. Chiar și lângă Pământ (la bordul ISS), astronauții nu mai sunt de șase luni din cauza pericolului de expunere la radiații. Nava interplanetară va trebui să fie echipată cu protecție grea, dar chiar și așa, rămâne problema efectului radiațiilor asupra corpului uman. În special, riscul de cancer, a cărui dezvoltare nu a fost studiată în gravitație zero. La începutul acestui an, savantul Krasimir Ivanov de la Centrul german aerospațial din Köln a publicat rezultatele unui studiu interesant asupra comportamentului celulelor melanomului (cea mai periculoasă formă de cancer de piele) la gravitație zero. În comparație cu celulele canceroase crescute sub gravitație normală, celulele care au petrecut 6 și 24 de ore în gravitație zero sunt mai puțin predispuse la metastaze. Aceasta pare a fi o veste bună, dar numai la prima vedere. Cert este că un astfel de cancer „cosmic” este în stare să fie odihnit de zeci de ani și se răspândește brusc la scară largă în caz de perturbare a sistemului imunitar. În plus, studiul arată clar că încă știm puțin despre reacția corpului uman la o ședere prelungită în spațiu. Astăzi, astronauții, oameni puternici sănătoși, petrec prea puțin timp acolo pentru a-și transfera experiența într-un zbor interstelar lung.

În orice caz, o navă pentru 10 mii de persoane este o întreprindere dubioasă. Pentru a crea un ecosistem de încredere pentru un astfel de număr de oameni, este nevoie de un număr imens de plante, 60 de mii de pui, 30 de mii de iepuri și o turmă mare bovine. Doar acest lucru poate oferi o dietă de 2400 de calorii pe zi. Cu toate acestea, toate experimentele pentru crearea unor astfel de ecosisteme închise se încheie invariabil în eșec. Așadar, pe parcursul celui mai mare experiment al Biosferei-2 cu privire la Venturele Biosferei Spațiale, a fost construită o rețea de clădiri sigilate cu o suprafață totală de 1,5 hectare cu 3 mii de specii de plante și animale. Întregul ecosistem trebuia să devină o mică „planetă” autoportabilă în care trăiau 8 oameni. Experimentul a durat 2 ani, dar după câteva săptămâni au început probleme grave: microorganismele și insectele au început să se înmulțească incontrolabil, consumând oxigen și plante în cantități prea mari, s-a dovedit, de asemenea, că, fără vânt, plantele devin prea fragile. În urma unui dezastru local de mediu, oamenii au început să slăbească, cantitatea de oxigen a scăzut de la 21% la 15%, iar oamenii de știință au trebuit să încalce condițiile experimentale și să furnizeze oxigen și produse către opt „astronauți”.

Astfel, crearea ecosistemelor complexe pare eronată și periculoasă, oferind echipajului navei interstelare oxigen și putere. Pentru a rezolva această problemă, vor fi necesare organisme special concepute cu gene modificate care se pot hrăni cu lumină, deșeuri și substanțe simple. De exemplu, atelierele moderne moderne pentru producerea algelor de clorella pot produce până la 40 de tone de suspensie pe zi. Un bioreactor complet autonom, care cântărește câteva tone, poate produce până la 300 de litri de suspensie de clorella pe zi, ceea ce este suficient pentru a alimenta un echipaj de câteva zeci de oameni. Clorella modificată genetic nu numai că poate satisface nevoile nutriționale ale echipajului, ci și recicla deșeurile, inclusiv dioxidul de carbon. Astăzi, procesul de inginerie genetică a microalgiilor a devenit un lucru obișnuit și există numeroase probe concepute pentru tratarea apelor uzate, producția de biocombustibili etc.

Vis congelat

Aproape toate problemele de mai sus ale zborului interstelar cu echipaj ar putea fi rezolvate printr-o tehnologie foarte promițătoare - animația suspendată sau cum se mai numește criostază. Anabioza este o încetinire a proceselor vieții umane de cel puțin de câteva ori. Dacă reușiți să scufundați o persoană într-o astfel de letargie artificială, care încetinește metabolismul de 10 ori, atunci într-un zbor de 100 de ani va îmbătrâni în somn doar 10 ani. Acest lucru facilitează soluția problemelor de nutriție, alimentarea cu oxigen, tulburări mentale, distrugerea organismului ca urmare a impactului inutilității. În plus, este mai ușor să protejați compartimentul cu camerele de animație suspendate de micrometeorite și radiații decât zona locuibilă de volum mare.

Din păcate, încetinirea proceselor vieții umane este extrem de mare sarcină dificilă. Însă, în natură, există organisme care pot hiberna și le pot crește speranța de viață de sute de ori. De exemplu, o șopârlă mică numită peștele sibian este capabilă să hiberneze în perioadele dificile și să supraviețuiască zeci de ani, chiar și atunci când este înghețată într-un bloc de gheață cu o temperatură de minus 35-40 ° С. Cazurile sunt cunoscute atunci când cărbunii sunt în hibernare de aproximativ 100 de ani și, ca și cum nu s-ar fi întâmplat nimic, s-au dezghețat și au fugit de cercetătorii uimiți. Mai mult, durata de viață obișnuită a șopârlelor „continue” nu depășește 13 ani. Capacitatea uimitoare a mărunțitoarei se explică prin faptul că ficatul său sintetizează o cantitate mare de glicerină, aproape 40% din greutatea corporală, care protejează celulele de temperaturi scăzute.

Principalul obstacol în calea cufundării unei persoane în criostază este apa, din care corpul nostru este compus din 70%. La îngheț, se transformă în cristale de gheață, crescând în volum cu 10%, din cauza căruia membrana celulară se rupe. În plus, pe măsură ce îngheață, substanțele dizolvate în interiorul celulelor migrează în apa rămasă, perturbând procesele de schimb de ioni intracelulare, precum și organizarea proteinelor și a altor structuri intercelulare. În general, distrugerea celulelor în timpul înghețului face imposibilă revenirea unei persoane la viață.

Cu toate acestea, există o modalitate promițătoare de soluționare a acestei probleme - clatrat hidrați. Acestea au fost descoperite încă din 1810, când omul de știință britanic Sir Humphrey Davy a introdus clorul de înaltă presiune în apă și a fost martor la formarea de structuri solide. Acestea erau hidrați clatrați - una dintre formele de gheață cu apă, în care este inclus gaz extran. Spre deosebire de cristalele de gheață, zăbrele clatrate sunt mai puțin solide, nu au margini ascuțite, dar au cavități în care substanțele intracelulare se pot „ascunde”. Tehnologia de animare suspendată clathrate ar fi simplă: un gaz inert, cum ar fi xenonul sau argonul, temperatura este puțin sub zero, iar metabolismul celular începe să încetinească treptat până când o persoană cade în criostază. Din păcate, formarea de hidrați clatrat necesită o presiune ridicată (aproximativ 8 atmosfere) și o concentrație foarte mare de gaz dizolvat în apă. Cum se creează astfel de condiții într-un organism viu nu este încă cunoscută, deși există anumite succese în acest domeniu. Astfel, clatratele sunt capabile să protejeze țesutul mușchiului cardiac de distrugerea mitocondriilor chiar și la temperaturi criogenice (sub 100 de grade Celsius), precum și să prevină deteriorarea membranelor celulare. Nu vorbim despre experimente asupra anabiozei clatrate la om, deoarece cererea comercială pentru tehnologia criostazei este mică și cercetările pe acest subiect sunt efectuate în principal companii micioferind servicii pentru înghețarea trupurilor morților.

Zbor de hidrogen

În 1960, fizicianul Robert Bassard a propus conceptul inițial de un motor termonuclear care a rezolvat multe probleme de zbor interstelar. Linia de jos este utilizarea hidrogenului și a prafului interstelar prezent în spațiul exterior. O navă spațială cu un astfel de motor se accelerează mai întâi pe propriul combustibil și apoi desfășoară o pâlnie uriașă, cu mii de kilometri în diametru, a unui câmp magnetic care prinde hidrogen din spațiul exterior. Acest hidrogen este utilizat ca sursă de combustibil inepuizabilă pentru un motor rachetă cu fuziune.

Utilizarea motorului Bassard oferă avantaje extraordinare. În primul rând, datorită combustibilului "gratuit", este posibil să vă deplasați cu o accelerare constantă de 1 g, ceea ce înseamnă că toate problemele asociate cu greutatea dispare. În plus, motorul vă permite să accelerați la o viteză uriașă - 50% din viteza luminii și chiar mai mult. Teoretic, mișcându-se cu o accelerație de 1 g, o navă cu un motor Bassard poate acoperi o distanță de 10 ani-lumină în aproximativ 12 ani de pe Pământ și numai 5 ani de timp ai navei ar fi trecut pentru echipaj din cauza efectelor relativiste.

Din păcate, pe calea creării unei nave cu un motor Bassard există o serie de probleme grave care nu pot fi rezolvate la nivelul tehnologiei actuale. În primul rând, este necesar să se creeze o capcană uriașă și fiabilă pentru hidrogen, generând câmpuri magnetice de forță gigantică. În același timp, ar trebui să asigure pierderi minime și transportarea eficientă a hidrogenului către reactorul de fuziune. Procesul reacției termonucleare a transformării a patru atomi de hidrogen într-un atom de heliu, propus de Bassard, ridică multe întrebări. Faptul este că această reacție cea mai simplă este cu greu realizabilă într-un reactor oarecare, deoarece este prea lentă și, în principiu, este posibilă doar în interiorul stelelor.

Cu toate acestea, progresele realizate în studiul fuziunii termonucleare ne permit să sperăm că problema poate fi rezolvată, de exemplu, folosind izotopii „exotici” și antimateria ca catalizator de reacție.

Până în prezent, cercetarea motorului Bassard se bazează exclusiv pe un plan teoretic. Sunt necesare calcule bazate pe tehnologie reală. În primul rând, este necesar să dezvolți un motor capabil să producă suficientă energie pentru a alimenta capcana magnetică și a menține reacția termonucleară, a produce antimaterie și a depăși rezistența mediului interstelar, ceea ce va inhiba imensul „navigare” electromagnetică.

Antimaterie la salvare

Acest lucru poate părea ciudat, dar astăzi umanitatea este mai aproape de a crea un motor care funcționează pe antimaterie decât de motorul intuitiv și aparent simplu de Bassard.

Sonda Hbar Technologies va avea o pană subțire din fibră de carbon acoperită cu uraniu 238. Crasându-se în pânză, anti-hidrogenul va anihila și va crea o apăsare reactivă.

Ca urmare a anihilării hidrogenului și antihidrogenului, se formează un puternic flux de fotoni, a cărui rată de expirare atinge un maxim pentru motorul rachetă, adică. viteza luminii. Acesta este un indicator ideal care vă permite să atingeți viteze foarte mari de zbor aproape ușoare ale unei nave spațiale cu un motor foton. Din păcate, este foarte dificil să folosești antimateria ca combustibil pentru rachetă, deoarece în timpul anihilării apar sclipiri de radiații gamma puternice, care vor ucide astronauții. De asemenea, deși nu există tehnologii pentru stocarea unei cantități mari de antimaterie, însăși faptul acumulării de tone de antimaterie, chiar și în spațiu departe de Pământ, este o amenințare serioasă, deoarece anihilarea a chiar și un kilogram de antimaterie este echivalentă cu o explozie nucleară cu o capacitate de 43 megatoni (o explozie a unei astfel de forțe poate transforma o treime în deșert. Teritoriul SUA). Costul antimateriei este un alt factor care complică tracțiunea fotonului interstelar. Tehnologiile moderne pentru producerea de antimaterie fac posibilă producerea unui gram de antihidrogen la un preț de zeci de miliarde de dolari.

in orice caz proiecte mari Cercetările privind antimateria dau roade. În prezent, au fost create depozite speciale de pozitron, „sticle magnetice”, care sunt recipiente răcite cu heliu lichid cu pereți de câmpuri magnetice. În iunie a acestui an, oamenii de știință CERN au reușit să păstreze atomi antihidrogen pentru 2000 de secunde. Universitatea din California (SUA) construiește cea mai mare instalație de depozitare a antimateriei din lume, în care va fi posibil să acumuleze mai mult de un trilion de pozitroni. Unul dintre obiectivele oamenilor de știință de la Universitatea din California este crearea de containere portabile pentru antimaterie care pot fi utilizate în scopuri științifice, departe de acceleratoarele mari. Acest proiect este susținut de Pentagon, care este interesat de utilizarea militară a antimateriei, astfel încât cea mai mare gamă de sticle magnetice din lume este puțin probabil să simtă o lipsă de finanțare.

Acceleratoarele moderne vor putea produce un gram de antihidrogen în câteva sute de ani. Acesta este un timp foarte lung, deci singura cale de ieșire: să te dezvolți tehnologie nouă producerea de antimaterie sau combina eforturile tuturor țărilor planetei noastre. Dar chiar și în acest caz, cu tehnologie moderna nu există nimic care să viseze să producă zeci de tone de antimaterie pentru zborul tripulat cu mai multe stele.

Totuși, totul nu este atât de trist. Experții NASA au dezvoltat mai multe proiecte de nave spațiale care ar putea merge într-un spațiu profund cu un singur microgram de antimaterie. NASA consideră că îmbunătățirea echipamentului va permite producerea de antiprotone cu un cost de aproximativ 5 miliarde de dolari pe gram.

Compania americană Hbar Technologies cu sprijinul NASA dezvoltă conceptul de sonde fără pilot, condus de un motor anti-hidrogen. Primul obiectiv al acestui proiect este crearea unei nave spațiale fără pilot, care ar putea zbura către centura Kuiper de la marginea sistemului solar în mai puțin de 10 ani. Astăzi este imposibil să zburați în astfel de puncte îndepărtate în 5-7 ani, în special, sonda NASA New Horizons va trece prin centura Kuiper la 15 ani de la lansare.

Sondă care depășește o distanță de 250 AU în 10 ani, va fi foarte mic, cu o sarcină utilă de doar 10 mg, dar va avea nevoie de puțin antihidrogen - 30 mg. Tevatron va produce o astfel de sumă în câteva decenii, iar oamenii de știință ar putea testa conceptul unui nou motor în timpul unei misiuni spațiale reale.

De asemenea, calculele preliminare arată că, în acest fel, puteți trimite o sondă mică către Alpha Centauri. Pe un gram de antihidrogen, el va zbura spre o stea îndepărtată în 40 de ani.

Se poate părea că toate cele de mai sus sunt fantastice și nu au nicio legătură cu viitorul apropiat. Din fericire, nu este așa. În timp ce atenția publică este concentrată pe crizele mondiale, eșecurile vedetelor pop și alte evenimente actuale, inițiativele de creare a epocii sunt întunecate. Agenția spațială NASA a lansat proiectul grandios 100 de ani nava națională, care implică crearea pe etape și pe termen lung a unei fundații științifice și tehnologice pentru zboruri interplanetare și interstellare. Acest program nu are analogi în istoria omenirii și ar trebui să atragă oameni de știință, ingineri și entuziaști ai altor profesii din întreaga lume. În perioada 30 septembrie - 2 octombrie 2011, va avea loc un simpozion în Orlando, Florida, care va discuta despre diverse tehnologii de zbor spațial. Pe baza rezultatelor unor astfel de evenimente, specialiștii NASA vor elabora un plan de afaceri pentru a ajuta anumite industrii și companii care dezvoltă tehnologii absente, dar necesare pentru viitorul zbor interstelar. Dacă programul ambițios al NASA reușește, după 100 de ani, umanitatea va putea construi o navă interstelară și vom putea naviga în sistemul solar cu aceeași ușurință cu cât zburăm de pe continent spre continent.