Як космічні кораблі борознять зоряні простори. Як працює звичайна космічна ракета

З якою швидкістю летить ракета в космос.?

абстрактна наука-пораждает ілюзії у глядача
Якщо на навколоземну орбіту то 8 км в сек.
Якщо за межі то 11 км в с. Приблизно так.
33000 км / год
Точний - зі швидкістю 7,9 км / секунд виходячи вона (ракета) буде врашатся навколо землі, якщо зі швидкістю 11 км / секунд то це вже парабола, т. Е. Вона трохи далі поїдемо, є ймовірність що може і не верннутся
3-5км / с, враховуйте швидкість обертання землі навколо сонця
Рекорд швидкості космічного апарату (240 тис. Км / год) було встановлено американо-німецьким сонячним зондом Геліос-Б, запущеним 15 січня 1976 р
Найвища швидкість, з якою коли-небудь пересувався чоловік (39897 км / год), була розвинена основним модулем Аполлона 10 на висоті 121,9 км від поверхні Землі при поверненні експедиції 26 травня 1969 На борту космічного корабля були командир екіпажу полковник ВПС США (нині бригадний генерал) Томас Паттен Стаффорд (рід. в Уетерфорде, штат Оклахома, США, 17 вересня 1930 г.), капітан 3-го рангу ВМФ США Юджин Ендрю Сернан (рід. в Чикаго, штат Іллінойс, США, 14 березня 1934 м) і капітан 3-го рангу ВМС США (нині капітан 1-го рангу у відставці) Джон Уотт Янг (нар. в Сан Франциско, штат Каліфорнія, США, 24 вересня 1930 р).

з жінок найвищої швидкості (28115 км / год) досягла молодший лейтенант ВПС СРСР (нині підполковник-інженер, льотчик-космонавт СРСР) Валентина Володимирівна Терешкова (рід. 6 березня 1937 г.) на радянському космічному кораблі Восток 6 16 червня 1963 р
8 км / сек, щоб подолати тяжіння Землі
в чрно дірі можна разагнатся до субсветовой швидкості
Нісенітниця, бездумно засвоєння зі школи.
8 або точніше 7,9 км / с - це перша космічна швидкість - швидкість горизонтального руху тіла безпосередньо над поверхнею Землі, при якій тіло не падає, а залишається супутником Землі з круговою орбітою на цій самій висоті, т. Е. Над поверхнею Землі ( і це без урахування опору повітря). Таким чином ПКС - це абстрактна величина, що зв'язує між собою параметри космічного тіла: радіус і прискорення вільного падіння на поверхні тіла, і не має ніякого практичного значення. На висоті 1000 км швидкість кругового орбітального руху буде вже інший.
Ракета нарощує швидкість поступово. Наприклад Ракета-носій Союз має через 117.6 с після старту на висоті 47,0 км має швидкість 1.8 км / с, на 286.4 з польоту на висоті 171,4 км, 3.9 км / с. Приблизно через 8.8 хв. після старту на висоті 198.8 км швидкість КА складає 7.8 км / с.
А висновок орбітального корабля на навколоземну орбіту з верхньої точки польоту ракети-носія здійснюється вже активним маневруванням самого ОК. І швидкість його залежить від параметрів орбіти.
Нд це маячня. Важливу роль грає не швидкість, а сила тяги ракети. При висоті в 35 км починається повноцінний розгін до ПКС (перша космічна швидкість) до 450км висоти, поступово додаючи курс напрямку обертання Землі. Таким чином зберігається висота і сила тяги під час подолання щільних слів атмосфери. У двох словах - не потрібно расгонять одночасно горизонтальну і вертикальну швидкості, значне відхилення в горизонтальному напрямку відбувається на 70% потрібної висоти.
на якій
висоті летить космічний корабель.

Освоєння космосу вже давно стало цілком буденною справою для людства. Але польоти на навколоземну орбіту і до інших зірок немислимі без пристроїв, що дозволяють долати земне тяжіння - ракет. Чи багато хто з нас знають: як влаштований і функціонує ракета-носій, звідки походить запуск і яка її швидкість, що дозволяє подолати тяжіння планети і в безповітряному просторі. Давайте докладніше розберемося в цих питаннях.

Пристрій

Щоб усвідомити як працює ракета-носій слід розібратися в її пристрої. Почнемо опис вузлів зверху до його нижньої частини.

САС

Апарат, що виводить на орбіту супутник або вантажний відсік завжди відрізняє від носія, який призначений для транспортування екіпажу його конфігурація. У останнього в самому верху розташована спеціальна система аварійного порятунку, що служить для евакуації відсіку з космонавтів при поломці ракета-носій. Ця нестандартної форми башточка, розміщена на самому верху, є мініатюрною ракетою, що дозволяє "витягнути" капсулу з людьми вгору при екстраординарних обставин і змістити її на безпечну відстань від точки аварії. Це актуально в початковій стадії польоту, де ще є можливість провести парашутний спуск капсули . У безповітряному просторі роль САС ставати не настільки важлива. У навколоземному просторі врятувати космонавтів дозволить функція, що дозволяє відокремити від ракета-носій спусковий апарат.

Вантажний відсік

Нижче САС розташований відсік, що несе корисне навантаження: пілотований апарат, супутник, вантажний відсік. Виходячи від типу і класу ракета-носій, маса виведеного на орбіту вантажу, може коливатися від 1,95 до 22,4 тонн. Весь транспортується кораблем вантаж захищений головним обтічником, який скидається після проходження атмосферних шарів.

маршовий двигун

Далекі від космосу люди думають, що якщо ракета виявилася в безповітряному просторі, на висоті ста кілометрів, де починається невагомість, то на цьому її місія закінчена. Насправді в залежності від завдання, цільова орбіта, виведеного в космос вантажу може перебувати значно далі. Наприклад, телекомунікаційні супутники необхідно транспортувати на орбіту, що знаходиться на висоті понад 35 тисяч кілометрів. Щоб досягти необхідного видалення і потрібен маршовий двигун, або як його по-іншому називають - розгінний блок. Для виходу на заплановану міжпланетну або відлітну траєкторію слід не один раз міняти швидкісний режим польоту, здійснюючи певні дії, тому цей двигун повинен неодноразово запускатися і вимикатися, в цьому його відмінність з іншими аналогічними вузлами ракети.

багатоступінчастість

У ракета-носій лише малу частку його маси займає транспортується корисне навантаження, все інше - двигуни та паливні баки, Які розташовані в різних ступенях апарату. Конструктивною особливістю цих вузлів є можливість їх відділення після вироблення палива. Після чого вони згорають в атмосфері, не досягаючи землі. Правда, як свідчить новинний портал reactor.space, в останні роки була розроблена технологія, що дозволяє повертати в відведену для цього точку відокремилися сходами неушкодженими і знову запускати їх в космос. У ракетобудуванні при створенні багатоступеневих кораблів використовується дві схеми:

Перша - поздовжня, дозволяє розміщувати навколо корпусу кілька однакових двигунів з паливом, одночасно включаються і синхронно скидають після використання.

Друга - поперечна, дає можливість мати у своєму розпорядженні ступені по зростаючій одну вище інший. В цьому випадку їх включення відбувається виключно після скидання нижньої, відпрацьованої щаблі.

Але часто конструктори віддають перевагу поєднанню поперечно-поздовжній схемі. Ступенів у ракети може бути багато, але збільшення їх числа раціонально до певної межі. Їх зростання тягне за собою збільшення маси двигунів і перехідників, що працюють тільки на певній стадії польоту. Тому сучасні ракета-носії не комплектуються більш ніж чотирма ступенями. В основному паливні баки ступенів складаються з резервуарів, в яких закачується різні компоненти: окислювач (рідкий кисень, тетроксид азоту) і пальне (рідкий водень, гептил). Тільки при їх взаємодії можна розігнати ракету до потрібної швидкості.

З якою швидкістю летить ракета в космосі

Залежно від завдань, які повинен виконати ракета-носій її швидкість може різниться, підрозділяючись на чотири величини:

Перша космічна. Вона дозволяє піднятися на орбіту де вона ставати супутником Землі. Якщо перевести на звичні значення, вона дорівнює 8 км / с.

Друга космічна. Швидкість в 11,2 км / с. дає можливість подолати кораблю земне тяжіння для досліджень планет нашої сонячної системи.

Третя космічна. Дотримуючись швидкості 16,650 км / с. можна подолати тяжіння сонячної системи і покинути її межі.

Четверта космічна. Розгорнувши швидкість 550 км / с. ракета здатна полетіти за межі галактики.

Але як би не були великі швидкості космічних апаратів, для міжпланетних подорожей вони занадто малі. При таких значеннях до найближчої зірки доведеться добиратися 18 000 років.

Як називається місце звідки запускають в космос ракети

Для успішного підкорення космосу необхідні спеціальні стартові майданчики, звідки можна запускати ракети в космічний простір. У повсякденному побуті їх називають космодромами. Але це просте назва включає в себе цілий комплекс будівель, що займає величезні території: стартовий стіл, приміщення для кінцевого випробування і збірки ракети, будівлі супутніх служб. Все це розташовано на відстані один від одного, щоб при аварії не постраждали інші споруди космодрому.

висновок

Чим більше удосконалюються космічні технології, тим більш складним стає будова і робота ракети. Може через кілька років, будуть створені нові апарати, для подолання тяжіння Землі. І наступна стаття буде присвячена принципам роботи більш досконалої ракети.

Одним з найбільших надбань людства є міжнародна космічна станція, або МКС. Для її створення і роботи на орбіті об'єдналося кілька держав: Росія, деякі країни Європи, Канада, Японія і США. Цей апарат свідчить про те, що можна домогтися багато чого, якщо постійно співпрацювати країнам. Про цю станції знають усі люди планети і багато хто задається питаннями про те, на якій висоті літає МКС і по якій орбіті. Скільки космонавтів там побувало? А чи правда, що туди пускають туристів? І це далеко не все, що цікаво людству.

будова станції

МКС складається з чотирнадцяти модулів, в яких розташовуються лабораторії, склади, кімнати відпочинку, спальні, хозпомещения. На станції навіть є спортзал з тренажерами. Весь цей комплекс працює на сонячних батареях. Вони величезні, величиною з стадіон.

Факти про МКС

За час своєї роботи станція викликала чимало захоплень. Цей апарат є найбільшим досягненням людських умів. За своєю конструкцією, призначенням і особливостям його можна назвати досконалістю. Звичайно, може бути, років через 100 на Землі почнуть будувати космічні кораблі іншого плану, але поки що, на сьогоднішній день, цей апарат - надбання людства. Про це свідчать наступні факти про МКС:

За час свого її існування на МКС космонавтів побувало близько двохсот. Також тут були туристи, які просто прилетіли подивитися на Всесвіт з орбітальної висоти.
Станцію видно з Землі неозброєним оком. Ця конструкція є найбільшою серед штучних супутників, і її легко можна побачити з поверхні планети без якогось збільшує пристрою. Є карти, на яких можна подивитися, в який час і коли апарат пролітає над містами. За ним легко відшукати відомості про своєму населеному пункті: побачити розклад польоту над регіоном.
Для складання станції і підтримки її в робочому стані космонавти вийшли понад 150 разів у відкритий космос, провівши там близько тисячі годин.
Управляється апарат шістьма астронавтами. Система життєзабезпечення забезпечує безперервне присутність на станції людей з моменту її першого запуску.
Міжнародна космічна станція - це унікальне місце, де проводяться найрізноманітніші лабораторні експерименти. Вчені роблять унікальні відкриття в галузі медицини, біології, хімії та фізики, фізіології та метеоспостережень, а також в інших областях науки.
На апараті використовуються гігантські сонячні батареї, розмір яких досягає площі території футбольного поля з його кінцевими зонами. Їх вага - майже триста тисяч кілограм.
Батареї здатні повністю забезпечувати роботу станції. За їх роботою ретельно стежать.
На станції є міні-будинок, оснащений двома ванними і спортзалом.
За польотом стежать із Землі. Для контролю розроблені програми, що складаються з мільйонів рядків коду.

космонавти

З грудня 2017 року екіпаж МКС складається з наступних астрономів і космонавтів:

Антон Шкаплеров - командир МКС-55. Він двічі був на станції - в 2011-2012 і в 2014-2015 рр. За 2 польоту він прожив на станції 364 дні.
Скит Тінгл - бортінженер, астронавт НАСА. Цей космонавт не має досвіду космічних польотів.
Норішіге Канаі - бортінженер, астронавт Японії.
Олександр Місуркін. Перший його політ був здійснений в 2013 році тривалістю 166 діб.
Не знайдено Ванді Хай не має досвіду польотів.
Джозеф Акаба. Перший політ здійснив у 2009 році в складі «Діскавері», а другий політ був здійснений в 2012 році.

Земля з космосу

З космосу на Землю відкриваються унікальні види. Про це свідчать фотографії, відеозйомки астронавтів і космонавтів. Побачити роботу станції, космічні пейзажі можна, якщо подивитися онлайн-трансляції зі станції МКС. Однак деякі камери бувають вимкненими, що пов'язано з техработамі.

До уваги читачів представлені найшвидші ракети в світіза всю історію створення.

Швидкість 3,8 км / с

Найшвидша ракета середньої балістичної дальності з максимальною швидкістю 3,8 км в секунду відкриває рейтинг найшвидших ракет в світі. Р-12У був модифікованим варіантом Р-12. Ракета відрізнялася від прототипу відсутністю проміжного днища в баку окислювача і деякими незначними змінами конструкції - в шахті немає вітрових навантажень, що дозволило полегшити баки і сухі відсіки ракети і відмовитися від стабілізаторів. З 1976 року ракети Р-12 і Р-12У почали зніматися з озброєння і замінюватися на рухливі ґрунтові комплекси «Піонер». Вони були зняті з озброєння в червні 1989 року, і в період по 21 травня 1990 року базі Лісова в Білорусії були знищені 149 ракет.

Швидкість 5,8 км / с

Одна з найшвидших американських ракет-носіїв з максимальною швидкістю 5,8 км в секунду. Є першою розробленої міжконтинентальної балістичної ракетою, прийнятої на озброєння США. Розроблялася в рамках програми MX-одна тисячі п'ятсот дев'яносто три з 1951 року. Становила основу ядерного арсеналу ВВС США в 1959-1964 роках, але потім була швидко знята з озброєння в зв'язку з появою більш досконалої ракети «Мінітмен». Послужила основою для створення сімейства космічних ракет-носіїв Атлас, що експлуатується з 1959 і по сьогодні.

Швидкість 6 км / с

UGM-133 A Trident II - американська триступенева балістична ракета, одна з найшвидших в світі. Її максимальна швидкість становить 6 км в секунду. "Тризуб-2" розроблявся з 1977 року паралельно з більш легким "Трайдент-1". Прийнято на озброєння в 1990 році. Стартова маса - 59 тонн. Макс. вага, що закидається - 2,8 тонни при дальності пуску 7800 км. Максимальна дальність польоту при зменшеному числі бойових блоків - 11 300 км.

Швидкість 6 км / с

Одна з найшвидших твердопаливних балістичних ракет у світі, що стоїть на озброєнні Росії. Має мінімальний радіус ураження 8000 км, приблизну швидкість 6 км / с. Розробка ракети ведеться з 1998 року Московським інститутом теплотехніки, що розробив в 1989-1997 рр. ракету наземного базування «Тополь-М». До теперішнього часу вироблено 24 випробувальних пусків "Булави", п'ятнадцять з них визнані успішними (в ході першого пуску запускався масогабаритні макет ракети), два (сьомий і восьмий) - частково успішними. Останній випробувальний пуск ракети відбувся 27 вересня 2016 року.

Швидкість 6,7 км / с

Minuteman LGM-30 G - одна з найшвидших міжконтинентальних балістичних ракет наземного базування в світі. Її швидкість становить 6,7 км в секунду. LGM-30G «Мінітмен» III має розрахункову дальність польоту від 6000 кілометрів до 10 000 кілометрів в залежності від типу боєголовки. Мінітмен-3 коштує на озброєнні США з 1970 року по сьогоднішній день. Вона є єдиною ракетою шахтного базування в США. Перший пуск ракети відбувся в лютому 1961 року, що модифікації II і III були запущені в 1964 році і 1968 відповідно. Ракета важить близько 34 473 кілограм, оснащена трьома твердопаливними двигунами. Планується, що ракета буде стояти на озброєнні аж до 2020 року.

Швидкість 7 км / с

Найшвидша протиракета в світі, призначена для ураження високоманеврових цілей і висотних гіперзвукових ракет. Випробування серії 53Т6 комплексу «Амур» були розпочаті в 1989 році. Її швидкість становить 5 км в секунду. Ракета представляє собою 12-метровий гострий конус без виступаючих частин. Її корпус виготовлений з високоміцних сталей з використанням намотування з композиційних матеріалів. Конструкція ракети дозволяє витримувати великі перевантаження. Перехоплювач стартує зі 100-кратним прискоренням і здатний перехоплювати цілі, що летять зі швидкістю до 7 км в секунду.

Швидкість 7,3 км / с

Найпотужніша і швидка ядерна ракета в світі зі швидкістю 7,3 км в секунду. Призначена вона, перш за все, для того щоб руйнувати самі укріплені командні пункти, шахти балістичних ракет і авіабази. Ядерна вибухівка однієї ракети може зруйнувати велике місто, дуже велику частину США. Точність попадання - близько 200-250 метрів. Ракета розміщується в найміцніших в світі шахтах. SS-18 несе 16 платформ, одна з яких завантажена помилковими цілями. Виходячи на високу орбіту все головки «Сатани» йдуть «в хмарі» помилкових цілей і практично не ідентифікуються радарами ».

Швидкість 7,9 км / с

Міжконтинентальна балістична ракета (DF-5A) з максимальною швидкістю 7,9 км в секунду відкриває трійку найшвидших у світі. Китайська МБР DF-5 надійшла в експлуатацію в 1981 році. Вона може нести величезну боєголовку на 5 мт і має діапазон більш ніж 12,000 км. У DF-5 відхилення приблизно в 1 км, що означає, що у ракети одна мета - знищувати міста. Розмір боєголовки, відхилення і факт, що на її повну підготовку до запуску потрібно всього годину, все це означають, що DF-5 - каральне зброя, призначена для покарання будь-яких потенційних нападників. Версія 5A має збільшений діапазон, поліпшення відхилення на 300 м і здатність нести кілька боєголовок.

Р-7 Швидкість 7,9 км / с

Р-7 - радянська, перша міжконтинентальна балістична ракета, одна з найшвидших в світі. Її максимальна швидкість становить 7,9 км в секунду. Розробку та випуск перших примірників ракети здійснило в 1956-1957 роках підмосковне підприємство ОКБ-1. Після успішних пусків вона була використана в 1957 році для запуску перших в світі штучних супутників Землі. З тих пір ракети-носії сімейства Р-7 активно застосовуються для запуску космічних апаратів різного призначення, а з 1961 року ці ракети-носії широко використовуються в пілотованої космонавтики. На основі Р-7 було створено ціле сімейство ракет-носіїв. З 1957 по 2000 рік виконано запуски більше 1800 ракет-носіїв на базі Р-7, з них понад 97% стали успішними.

Швидкість 7,9 км / с

РТ-2ПМ2 «Тополь-М» (15Ж65) - найшвидша міжконтинентальна балістична ракета в світі з максимальною швидкістю 7,9 км в секунду. Гранична дальність - 11 000 км. Несе один термоядерний бойовий блок потужністю 550 кт. У шахтному варіанті базування прийнята на озброєння в 2000 році. Метод старту - мінометний. Маршовий твердопаливний двигун ракети дозволяє їй набирати швидкість набагато швидше попередніх типів ракет аналогічного класу, створених в Росії і Радянському Союзі. Це значно ускладнює її перехоплення засобами ПРО на активній ділянці польоту.

Сучасні технології і відкриття виводять освоєння космосу на зовсім інший рівень, проте міжзоряні перельоти поки ще залишаються мрією. Але так чи вона нереальна і недосяжна? Що ми можемо вже зараз і чого чекати в найближчому майбутньому?

Вивчаючи дані отримані з телескопа «Кеплер» астрономи виявили 54 потенційно населені екзопланети. Ці далекі світи перебувають в зоні життя, тобто на певній відстані від центральної зірки, що дозволяє підтримувати на поверхні планети воду в рідкому вигляді.

Однак відповідь на головне питання, Самотні ми у Всесвіті, отримати важко - через величезну дистанції, що розділяє Сонячну систему і наших найближчих сусідів. Наприклад, «перспективна» планета Gliese 581g перебуває на відстані в 20 світлових років - це досить близько за космічними мірками, але поки занадто далеко для земних інструментів.

Велика кількість екзопланет в радіусі 100 і менше світлових років від Землі і величезний науковий і навіть цивілізаційний інтерес, які вони представляють для людства, змушують по-новому поглянути на досі фантастичну ідею міжзоряних перельотів.

Політ до інших зірок - це, зрозуміло, питання технологій. Більш того, існують кілька можливостей для досягнення такої далекої мети, і вибір на користь того чи іншого способу ще не зроблений.

Людство вже відправляло в космос міжзоряні апарати: зонди Pioneer і Voyager. В даний час вони покинули межі Сонячної системи, проте їх швидкість не дозволяє говорити про скільки-небудь швидкому досягненні мети. Так, Voyager 1, що рухається зі швидкістю близько 17 км / с, навіть до найближчої до нас зірки Проксима Центавра (4,2 світлових роки) буде летіти неймовірно довгий термін - 17 тисяч років.

Очевидно, що з сучасними ракетними двигунами ми нікуди далі Сонячної системи не виберемося: для транспортування 1 кг вантажу навіть до недалекій Проксіма Центавра потрібні десятки тисяч тонн палива. При цьому з ростом маси корабля збільшується кількість необхідного палива, і для його транспортування потрібно додаткове пальне. Замкнуте коло, що ставить хрест на баках з хімічним паливом - будівля космічного судна вагою в мільярди тонн представляється абсолютно неймовірною витівкою. Прості обчислення за формулою Ціолковського демонструють, що для прискорення космічних апаратів з ракетним двигуном на хімічному паливі до швидкості приблизно в 10% швидкості світла буде потрібно більше пального, ніж є у відомій всесвіту.

Реакція термоядерного синтезу виробляє енергії на одиницю маси в середньому в мільйон разів більше, ніж хімічні процеси згоряння. Саме тому в 1970-х роках в НАСА звернули увагу на можливість застосування термоядерних ракетних двигунів. Проект безпілотного космічного корабля Дедал припускав створення двигуна, в якому невеликі гранули термоядерного палива будуть подаватися в камеру згоряння і спалахувати пучками електронів. Продукти термоядерної реакції вилітають з сопла двигуна і надають кораблю прискорення.

Космічний корабель Дедал в порівнянні з хмарочосом Емпайр стейт білдінг

Дедал повинен був взяти на борт 50 тис. Тонн паливних гранул діаметром 4 і 2 мм. Гранули складаються з ядра з дейтерієм і тритієм і оболонки з гелію-3. Останній становить лише 10-15% від маси паливної гранули, але, власне, і є паливом. Гелія-3 в надлишку на Місяці, а дейтерій широко використовується в атомній промисловості. Дейтерієву ядро \u200b\u200bслужить детонатором для запалювання реакції синтезу і провокує потужну реакцію з викидом реактивної плазмового струменя, яка управляється потужним магнітним полем. Основна молибденовая камера згоряння двигуна Дедала повинна була мати вагу більше 218 тонн, камера другого ступеня - 25 тонн. Магнітні надпровідні котушки теж до пари величезному реактору: перша вагою 124,7 т, а друга - 43,6 т. Для порівняння: суха маса шаттла менш 100 т.

Політ Дедала планувався двохетапним: двигун першого ступеня повинен був пропрацювати більше 2 років і спалити 16 млн паливних гранул. Після відділення першого ступеня майже два роки працював двигун другого ступеня. Таким чином, за 3,81 року безперервного прискорення Дедал досяг би максимальної швидкості в 12,2% швидкості світла. Відстань до зірки Барнарда (5,96 світлових років) такий корабель подолає за 50 років і зможе, пролітаючи крізь далеку зоряну систему, передати по радіозв'язку на Землю результати своїх спостережень. Таким чином, вся місія займе близько 56 років.

Незважаючи на великі труднощі із забезпеченням надійності численних систем Дедала і його величезної вартістю, цей проект реалізуємо на сучасному рівні технологій. Більш того, в 2009 році команда ентузіастів відродила роботу над проектом термоядерного корабля. В даний час проект Ікар включає 20 наукових тем з теоретичної розробці систем і матеріалів міжзоряного корабля.

Таким чином, вже сьогодні можливі безпілотні міжзоряні польоти на відстань до 10 світлових років, які займуть близько 100 років польоту плюс час на подорож радіосигналу назад на Землю. В цей радіус укладаються зоряні системи Альфа Центавра, Зірка Барнарда, Сіріус, Епсілон Ерідана, UV Кіта, Росс 154 і 248, CN Льва, WISE 1541-2250. Як бачимо, поряд із Землею досить об'єктів для вивчення за допомогою безпілотних місій. Але якщо роботи знайдуть щось дійсно незвичайне і унікальне, наприклад, складну біосферу? Чи зможе відправитися до далеких планет експедиція за участю людей?

Політ довжиною в життя

Якщо безпілотний корабель ми можемо починати будувати вже сьогодні, то з пілотованим справа йде складніше. Перш за все гостро стоїть питання часу польоту. Візьмемо ту ж зірку Барнарда. До пілотованого польоту космонавтів доведеться готувати зі шкільної лави, оскільки навіть якщо старт із Землі відбудеться в їх 20-річчя, то мети польоту корабель досягне до 70-річчя або навіть 100-річчя (з огляду на необхідність гальмування, в якому немає потреби в безпілотному польоті) . Підбір екіпажу в юнацькому віці загрожує психологічною несумісністю і міжособистісними конфліктами, а вік в 100 не дає надію на плідну роботу на поверхні планети і на повернення додому.

Однак чи є сенс повертатися? Численні дослідження НАСА призводять до невтішного висновку: тривале перебування в невагомості необоротно зруйнує здоров'я космонавтів. Так, робота професора біології Роберта Фіттса з космонавтами МКС показує, що навіть незважаючи на активні фізичні вправи на борту космічного корабля, після трирічної місії на Марс великі м'язи, наприклад литкові, стануть на 50% слабше. Аналогічно знижується і мінеральна щільність кісткової тканини. В результаті працездатність і виживання в екстремальних ситуаціях зменшується в рази, а період адаптації до нормального силі тяжіння складе не менше року. Політ же в невагомості протягом десятків років поставить під питання самі життя космонавтів. Можливо, людський організм зможе відновитися, наприклад, в процесі гальмування з поступово наростаючою гравітацією. Однак ризик загибелі все одно дуже високий і вимагає радикального рішення.

Тор Стенфорда - колосальна споруда з цілими містами всередині обертового обода.

На жаль, вирішити проблему невагомості на міжзоряному кораблі не так просто. Доступна нам можливість створення штучної сили тяжіння за допомогою обертання житлового модуля має ряд складнощів. Щоб створити земну гравітацію, навіть колесо діаметром 200 м доведеться обертати зі швидкістю 3 обороту в хвилину. При такому швидкому обертанні сила Каріоліса буде створювати абсолютно нестерпні для вестибулярного апарату людини навантаження, викликаючи нудоту і гострі напади морської хвороби. Єдине рішення цієї проблеми - Тор Стенфорда, розроблений вченими Стенфордського університету в 1975 році. Це - величезна кільце діаметром 1,8 км, в якому могли б жити 10 тис. Космонавтів. Завдяки своїм розмірам воно забезпечує силу тяжіння на рівні 0.9-1,0 g і цілком комфортне проживання людей. Однак навіть на швидкості обертання нижче, ніж один оборот в хвилину, люди все одно будуть відчувати легкий, але відчутний дискомфорт. При цьому якщо подібний гігантський житловий відсік буде побудований, навіть невеликі зрушення в развесовке тора вплинуть на швидкість обертання і викличуть коливання всієї конструкції.

Складною залишається і проблема радіації. Навіть поблизу Землі (на борту МКС) космонавти перебувають не більше півроку через небезпеку радіаційного опромінення. Міжпланетний корабель доведеться оснастити важкої захистом, але і при цьому залишається питання впливу радіації на організм людини. Зокрема, на ризик онкологічних захворювань, розвиток яких в невагомості практично не вивчено. На початку цього року вчений Красимир Іванов з Німецького аерокосмічного центру в Кельні опублікував результати цікавого дослідження поведінки клітин меланоми (найнебезпечнішої форми раку шкіри) у невагомості. У порівнянні з раковими клітинами, вирощеними при нормальній силі тяжіння, клітини, які провели в невагомості 6 і 24 години, менш схильні до метастазів. Це начебто хороша новина, але тільки на перший погляд. Справа в тому, що такий «космічний» рак здатний перебувати в стані спокою десятиліття, і несподівано масштабно поширюватися при порушенні роботи імунної системи. Крім цього, дослідження дає зрозуміти, що ми ще мало знаємо про реакцію людського організму на тривале перебування в космосі. Сьогодні космонавти, здорові сильні люди, проводять там занадто мало часу, щоб переносити їх досвід на тривалий міжзоряний переліт.

У будь-якому випадку корабель на 10 тис. Осіб - сумнівна затія. Для створення надійної екосистеми для такого числа людей потрібно величезна кількість рослин, 60 тис. Курей, 30 тис. Кроликів і стадо великої рогатої худоби. Тільки це може забезпечити дієту на рівні 2400 калорій в день. Однак все експерименти по створенню таких замкнутих екосистем незмінно закінчуються провалом. Так, в ході найбільшого експерименту «Біосфера-2» компанії Space Biosphere Ventures була побудована мережа герметичних будівель загальною площею 1,5 га з 3 тис. Видами рослин і тварин. Вся екосистема повинна була стати самоподдерживающейся маленької «планетою», в якій жили 8 осіб. Експеримент тривав 2 роки, але вже після кількох тижнів почалися серйозні проблеми: мікроорганізми і комахи стали неконтрольовано розмножуватися, споживаючи кисень і рослини в занадто великих кількостях, також виявилося, що без вітру рослини стали дуже крихкими. В результаті локальної екологічної катастрофи люди почали втрачати вагу, кількість кисню знизилося з 21% до 15%, і вченим довелося порушити умови експерименту і поставляти вісьмом «космонавтам» кисень і продукти.

Таким чином, створення складних екосистем представляється помилковим і небезпечним шляхом забезпечення екіпажу міжзоряного корабля киснем і харчуванням. Для вирішення цієї проблеми знадобляться спеціально сконструйовані організми зі зміненими генами, здатні харчуватися світлом, відходами і простими речовинами. Наприклад, великі сучасні цеху з виробництва харчової водорості хлорели можуть виробляти до 40 т суспензії на добу. Один повністю автономний біореактор вагою кілька тонн може виробляти до 300 л суспензії хлорели в добу, чого достатньо для живлення екіпажу в кілька десятків людей. Генетично модифікована хлорелла могла б не тільки задовольняти потреби екіпажу в поживних речовинах, але і переробляти відходи, включаючи вуглекислий газ. Сьогодні процес генетичного інжинірингу мікроводоростей став звичайною справою, і існують численні зразки, розроблені для очищення стічних вод, вироблення біопалива і т.д.

заморожений сон

Практично всі перераховані вище проблеми пілотованого міжзоряного польоту могла б вирішити одна дуже перспективна технологія - анабіоз або як його ще називають кріостазіс. Анабіоз - це уповільнення процесів життєдіяльності людини як мінімум у кілька разів. Якщо вдасться занурити людини в таку штучну летаргію, що сповільнює обмін речовин в 10 разів, то за 100-річний політ він постаріє уві сні всього на 10 років. При цьому полегшується вирішення проблем харчування, постачання киснем, психічних розладів, руйнування організму в результаті впливу невагомості. Крім того, захистити відсік з анабіозного камерами від мікрометеоритів і радіації простіше, ніж населену зону великого обсягу.

На жаль, уповільнення процесів життєдіяльності людини - це надзвичайно складна задача. Але в природі існують організми, здатні впадати в сплячку і збільшувати тривалість свого життя в сотні разів. Наприклад, невелика ящірка під назвою сибірський углозуб здатна впадати в сплячку в важкі часи і десятиліттями залишатися в живих, навіть будучи вморожених в брилу льоду з температурою мінус 35-40 ° С. Відомі випадки, коли углозуби проводили в сплячці близько 100 років і, як ні в чому не бувало, відтавали і тікали від здивованих дослідників. При цьому звичайна «безперервна» тривалість життя ящірки не перевищує 13 років. Дивовижна здатність углозуба пояснюється тим, що його печінка синтезує велику кількість гліцерину, майже 40% від ваги тіла, що захищає клітини від низьких температур.

Головна перешкода для занурення людини в кріостазіс - вода, з якої на 70% складається наше тіло. При замерзанні вона перетворюється на кристалики льоду, збільшуючись в обсязі на 10%, через що розривається клітинна мембрана. Крім того, у міру замерзання розчинені всередині клітини речовини мігрують в воду, що залишилася, порушуючи внутрішньоклітинні іонообмінні процеси, а також організацію білків і інших міжклітинних структур. Загалом, руйнування клітин під час замерзання унеможливлюють повернення людини до життя.

Однак існує перспективний шлях вирішення цієї проблеми - клатратного гідрати. Вони були виявлені в далекому 1810 році, коли британський вчений сер Хемфрі Деві подав у воду хлор під високим тиском і став свідком утворення твердих структур. Це і були клатратного гідрати - одна з форм водяного льоду, в який включено сторонній газ. На відміну від кристалів льоду, клатратного решітки менш тверді, не мають гострих граней, зате мають порожнини, в які можуть «сховатися» внутрішньоклітинні речовини. Технологія клатратного анабіозу була б проста: інертний газ, наприклад, ксенон або аргон, температура трохи нижче нуля, і клітинний метаболізм починає поступово сповільнюватися, поки людина не впадає в кріостазіс. На жаль, для освіти клатратних гідратів потрібно високий тиск (близько 8 атмосфер) і вельми висока концентрація газу, розчиненого у воді. Як створити такі умови в живому організмі, поки невідомо, хоча деякі успіхи в цій галузі є. Так, клатрати здатні захистити тканини серцевого м'яза від руйнування мітохондрій навіть при кріогенних температурах (нижче 100 градусів Цельсія), а також запобігти пошкодженню клітинних мембран. Про експерименти по клатратного анабіозу на людях поки що не йдеться, оскільки комерційний попит на технології кріостазіса невеликий і дослідження на цю тему проводяться в основному невеликими компаніями, Що пропонують послуги з заморожування тіл померлих.

Політ на водні

У 1960 році фізик Роберт Бассард запропонував оригінальну концепцію прямоточного термоядерного двигуна, який вирішує багато проблем міжзоряного перельоту. Суть полягає в використанні водню і міжзоряного пилу, присутніх в космічному просторі. Космічний корабель з таким двигуном спочатку розганяється на власному пальному, а потім розгортає величезну, діаметром тисячі кілометрів воронку магнітного поля, яке захоплює водень з космічного простору. Цей водень використовується в якості невичерпного джерела палива для термоядерного ракетного двигуна.

Застосування двигуна Бассард обіцяє величезні переваги. Перш за все за рахунок «дармового» палива є можливість рухатися з постійним прискоренням в 1 g, а значить - відпадають всі проблеми, пов'язані з невагомістю. Крім того двигун дозволяє розігнатися до величезній швидкості - в 50% від швидкості світла і навіть більше. Теоретично, рухаючись з прискоренням в 1 g, відстань в 10 світлових років корабель з двигуном Бассард може подолати приблизно за 12 земних років, причому для екіпажу через релятивістських ефектів пройшло б всього 5 років корабельного часу.

На жаль, на шляху створення корабля з двигуном Бассард стоїть ряд серйозних проблем, які не можна вирішити на сучасному рівні технологій. Перш за все необхідно створити гігантську і надійну пастку для водню, яка генерує магнітні поля гігантської сили. При цьому вона повинна забезпечувати мінімальні втрати і ефективну транспортування водню в термоядерний реактор. Сам процес термоядерної реакції перетворення чотирьох атомів водню в атом гелію, запропонований Бассард, викликає чимало запитань. Справа в тому, що ця найпростіша реакція трудноосуществима в прямоточном реакторі, оскільки вона занадто повільно йде і, в принципі, можлива тільки всередині зірок.

Однак прогрес у вивченні термоядерного синтезу дозволяє сподіватися, що проблема може бути вирішена, наприклад, використанням «екзотичних» ізотопів і антиматерії в якості каталізатора реакції.

Поки пошуки на тему двигуна Бассард лежать виключно в теоретичній площині. Необхідні розрахунки, що базуються на реальних технологіях. Перш за все, потрібно розробити двигун, здатний зробити енергію, достатню для живлення магнітної пастки і підтримки термоядерної реакції, виробництва антиматерії і подолання опору міжзоряного середовища, яка буде гальмувати величезний електромагнітний «парус».

Антиматерія в допомогу

Можливо, це звучить дивно, але сьогодні людство ближче до створення двигуна, що працює на антиматерії, ніж до інтуїтивно зрозумілого і простого на перший погляд прямоточному двигуну Бассард.

Зонд розробки Hbar Technologies матиме тонкий вітрило з вуглецевого волокна, покритого ураном 238. Врізаючись в парус, антиводню буде аннигилировать і створювати реактивну тягу.

В результаті анігіляції водню і антиводню утворюється потужний потік фотонів, швидкість витікання якого досягає максимуму для ракетного двигуна, тобто швидкості світла. Це ідеальний показник, який дозволяє домогтися дуже високих близькосвітлових швидкостей польоту космічного корабля з фотонним двигуном. На жаль, застосувати антиматерію як ракетне паливо дуже непросто, оскільки під час анігіляції відбуваються спалахи найпотужнішого гамма-випромінювання, яке вб'є космонавтів. Також поки не існує технологій зберігання великої кількості антиречовини, та й сам факт накопичення тонн антиматерії, навіть в космосі далеко від Землі, є серйозною загрозою, оскільки анігіляція навіть одного кілограма антиматерії еквівалентна ядерного вибуху потужністю 43 мегатонн (вибух такої сили здатний перетворити в пустелю третину території США). Вартість антиречовини є ще одним фактором, який ускладнює міжзоряний політ на фотонів тязі. Сучасні технології виробництва антиречовини дозволяють виготовити один грам антиводню за ціною в десяток трильйонів доларів.

Однак великі проекти по дослідженню антиматерії приносять свої плоди. В даний час створені спеціальні сховища позитронів, «магнітні пляшки», що представляють собою охолоджені рідким гелієм ємності зі стінками з магнітних полів. У червні цього року вченим ЦЕРНу вдалося зберегти атоми антиводню протягом 2000 секунд. В Університеті Каліфорнії (США) будується найбільше в світі сховище антиречовини, в якому можна буде накопичувати більше трильйона позитронів. Однією з цілей вчених Каліфорнійського університету є створення переносних ємностей для антиречовини, які можна використовувати в наукових цілях далеко від великих прискорювачів. Цей проект користується підтримкою Пентагону, який зацікавлений у військовому застосуванні антиматерії, так що найбільший в світі масив магнітних пляшок навряд чи буде відчувати брак фінансування.

Сучасні прискорювачі зможуть зробити один грам антиводню за кілька сотень років. Це дуже довго, тому єдиний вихід: розробити нову технологію виробництва антиматерії або об'єднати зусилля всіх країн нашої планети. Але навіть в цьому випадку при сучасних технологіях годі й мріяти про виробництво десятків тонн антиматерії для міжзоряного пілотованого польоту.

Однак все не так вже сумно. Фахівці НАСА розробили кілька проектів космічних апаратів, які могли б відправитися в глибокий космос, маючи всього один мікрограм антиречовини. У НАСА вважають, що вдосконалення обладнання дозволить проводити антипротона за ціною приблизно 5 млрд дол. За 1 грам.

Американська компанія Hbar Technologies за підтримки НАСА розробляє концепцію безпілотних зондів, що приводяться в рух двигуном, що працює на антиводню. Першою метою цього проекту є створення безпілотного космічного апарату, який зміг би менш ніж за 10 років долетіти до поясу Койпера на околиці Сонячної системи. Сьогодні долетіти в такі віддалені точки за 5-7 років неможливо, зокрема, зонд НАСА New Horizons пролетить крізь пояс Койпера через 15 років після запуску.

Зонд, що долає відстань в 250 а.о. за 10 років, буде дуже маленьким, з корисним навантаженням всього 10 мг, але йому і антиводню буде потрібно небагато - 30 мг. Теватрон виробить таку кількість за кілька десятиліть, і вчені змогли б протестувати концепцію нового двигуна в ході реальної космічної місії.

Попередні розрахунки також показують, що подібним чином можна відправити невеликої зонд до Альфі Центавра. На одному грамі антиводню він долетить до далекій зірці за 40 років.

Може здатися, що все вищеописане - фантастика і не має відношення до найближчого майбутнього. На щастя, це не так. Поки увага громадськості прикута до світових криз, провалів поп-зірок і іншим актуальним подіям, залишаються в тіні епохальні ініціативи. Космічне агентство НАСА запустило грандіозний проект 100 Year Starship, який передбачає поетапне і багаторічне створення наукового і технологічного фундаменту для міжпланетних і міжзоряних польотів. Ця програма не має аналогів в історії людства і повинна залучити вчених, інженерів і ентузіастів інших професій з усього світу. З 30 вересня по 2 жовтня 2011 року в Орландо (штат Флорида) відбудеться симпозіум, на якому будуть обговорюватися різні технології космічних польотів. На підставі результатів таких заходів фахівці НАСА розроблятимуть бізнес-план з надання допомоги певним галузям і компаніям, які розробляють поки відсутні, але необхідні для майбутнього міжзоряного перельоту технології. Якщо амбітна програма НАСА увінчається успіхом, вже через 100 років людство буде здатне побудувати міжзоряний корабель, а по Сонячній системі ми будемо переміщатися з такою ж легкістю, як сьогодні перелітаємо з материка на материк.