Расстояние от земли до открытого космоса: что такое космос и на какой высоте от земли он начинается

Амфибия для Титана, трубопровод на Луне и космический самолет под парусом: какие проекты могут изменить будущее освоение космоса

В NASA отобрали несколько экспериментальных космических концептов, которые они собираются рассмотреть для возможной реализации в будущем. Об этом сообщается в официальном блоге агентства.

Программа NASA «Инновационные передовые концепции» отобрала четырнадцать проектов, которые заслуживают дальнейшего изучения. Некоторые из них будут отброшены, а какие-то возможно, изменят будущее освоения космоса.

Среди концепций выделяется TitanAir ученого-планетолога Куинна Морли из Planet Enterprises. Она связана с исследованием самого крупного спутника Сатурна — Титана. Ученые считают, что Титан очень похож на Землю в ее ранние годы, до зарождения жизни. Он интересен тем, что содержит огромное количество углеводородов. В октябре прошлого года появилась информация, что в 2027 году NASA планирует на Титан свою миссию Dragonfly. Полет займет более пяти лет — аппарат Dragonfly сможет совершить посадку только в 2034 году. Концепция TitanAir выделяется тем, что концептуальный самолет может трансформироваться в «плавсредство», что позволяет ему летать на метановых озерах Титана. Этакая космическая машина-амфибия.

Как отмечают эксперты, еще одна впечатляющая концепция — концепция космического корабля работающего на пеллетно-лучевом двигателе. Система основана на существующей технологии легких парусов для транспортировки тяжелых космических кораблей и грузов через Солнечную систему. Она использует пучок гранул из микроскопических частиц с высокой скоростью, приводимых в движение лазерами, для перемещения тяжелых грузов. Звучит как фантастика: такой двигатель мог бы доставлять полезные грузы во внешнюю Солнечную систему менее чем за год. Примерно за три года он также может преодолеть расстояния, в сто раз превышающие расстояние от Земли до Солнца.

Идею лунного трубопровода, который поможет быстро и дешево транспортировать кислород из точек добычи на лунные базы, предложил Питер Каррери из Lunar Resources в Хьюстоне. Концепция нацелена на лунную миссию NASA «Artemis». В настоящее время, как пишут, усилия по добыче кислорода заключаются в розливе кислорода в баллоны со сжатым газом или в сжижении и хранении его в резервуарах. Концепция Каррери обеспечила бы постоянный доступ к кислороду для лунных поселенцев и резко сократила бы расходы на транспортировку.

В ноябре 2022 года с площадки Космического центра имени Джона Кеннеди в штате Флорида была запущена сверхтяжелая ракета SLS с кораблем Orion. Состоявшийся старт стал первым, осуществленным в рамках программы Artemis, — с манекенами на борту. Согласно информации в открытых источниках, запуск «Artemis 2» с экипажем намечен на 2024 год, посадка «Artemis 3» с экипажем на Луну — в 2025 году, стыковка «Artemis 4» с Lunar Gateway — в 2027 году.

NASA предоставит всем четырнадцати участникам научный грант в размере 175 тыс. долларов, что позволит развить концепции и представить более четкий план по реализации, сообщают Новости космонавтики.

Реактивный пистолет, подкова и ранец.

Индивидуальные средства перемещения космонавтов

Самым первым устройством, созданным для перемещения человека в космосе, являлся «реактивный пистолет» HHMU (Hand-Helded Maneuvering Unit), стрелявший сжатым кислородом, что позволяло изменять траекторию движения. Этот пистолет испытывался во время полета корабля «Джемини-4» Эдвардом Уайтом в 1965 году.

Следующей моделью был AMU (Astronaut Maneuvering Unit), который представлял собой реактивный ранец. Топливом для него служила жидкая перекись водорода. Масса устройства составляла 75 кг. При этом планируемая скорость AMU составляла рекордные для таких устройств 76 м/с. Для работы в открытом космосе выдерживалась следующая последовательность действий: астронавт, одетый в скафандр, выходил из гермокабины, с помощью поручней переходил к устройству AMU и надевал его как ранец. После этого можно было отделяться от корабля и маневрировать. Движение обеспечивали 12 небольших ракетных двигателей.

Испытания системы состоялись в июне 1966 года во время полета корабля «Джемини-9А» и окончились провалом. Астронавт Юджин Сернан с большим трудом добрался до установки, надел ее и вдруг обнаружил, что… пот застилает ему глаза и он ничего не видит и не может протереть гермошлем. К тому же оказалось, что рука не дотягивалась до джойстика управления, а когда все же дотянулась, то астронавт сломал рукоятку. Одновременно ухудшилась связь с напарником Томасом Стаффордом, оставшимся в кабине «Джемини». Сернану ничего не оставалось делать, как отсоединиться от AMU и возвратиться в корабль. Больше система не испытывалась.

Более совершенным устройством, действительно позволившим астронавтам перемещаться по космосу без страховки, стал MMU (Manned Maneuvering Unit). Он представлял собой 136-килограммовую установку с 24 микродвигателями. В качестве топлива использовались два шестикилограммовых баллона со сжатым азотом, а мощность двигателей позволяла разгонять «пилота» до 24 м в секунду.

Всего было построено два работающих экземпляра MMU. Они использовались в трех полетах шаттлов (STS-41-B, STS-41-С и STS-51-A) в 1984 году. Во время миссии STS-41-B астронавт Брюс МакКэндлесс протестировал MMU, удалившись от шаттла «Челленджер» на максимальное расстояние 97,5 м, таким образом став первым в истории человеком-спутником.

В миссии STS-41-С MMU использовалась астронавтами в попытке подцепить спутник SMM, который затем планировали отремонтировать прямо на орбите. Из-за начавшегося вращения спутника астронавту с MMU хоть и удалось схватить его солнечную батарею рукой в перчатке, но мощности двигателей MMU не хватило для того, чтобы остановить вращение. В итоге спутник каким-то чудом удалось схватить только с помощью руки-манипулятора шаттла.

Наконец, в миссии STS-51-A с помощью MMU астронавтам удалось «схватить» спутники Palapa B2 и Westar 6, которые затем были загружены в отсек шаттла «Дискавери» и доставлены на Землю, что стало первым в истории случаем подобного забора груза с орбиты.

После этого MMU ни разу не использовался. Во-первых, ручной ремонт спутников оказался слишком дорогостоящей забавой. Во-вторых, после катастрофы «Челленджера» использование установок было сочтено слишком рискованным, и в 1994 году их навсегда отправили на склад. Сейчас оба оставшихся аппарата выставлены в музеях.

Таким образом, те четверо астронавтов, что использовали MMU в 1984 году, пока являются единственными в истории людьми, находившимися в открытом космосе без страховочного фала.

В советской космонавтике ранний вариант такого устройства — установка для перемещения и маневрирования космонавта (УПМК). Она представляла собой «подкову», обнимающую космонавта в скафандре «Ястреб». Перемещение обеспечивалось двумя блоками — разгонным и тормозным, каждый — из 42 пороховых двигателей. Срабатывание одного двигателя разгоняло космонавта на 20 см/с. Вдоль современной стометровой Международной космической станции (МКС) с такой скоростью можно было бы пролететь примерно за 10 мин. Двигаться медленнее невыгодно, быстрее — опасно и расточительно. И разгонные, и тормозные двигатели размещались так, чтобы вектор тяги проходил через центр масс, не разворачивая космонавта. Система ориентации состояла из 14 миниатюрных сопел, работавших на сжатом воздухе, и управлялась джойстиком на подлокотнике подковы, причем автоматика ограничивала скорость разворота.

Система была разработана для программы «Восход» (использование со скафандром «Ястреб») и затем для военной орбитальной станции «Алмаз», но в итоге не применялась.

Следующая версия советского устройства для полета в открытом космосе напоминала ранец.

Представленная схема средства передвижения космонавтов (СПК) состоит:

1. Из ранца с запасом сжатого газа и системой управления.

2. Сопла бокового смещения.

3. Отгибаемых подлокотников с джойстиками управления.

Установка 21КС, или СПК, предназначалась для использования со скафандрами «Орлан ДМА» на орбитальной станции «Мир» и в перспективе на «Буране».

СПК, или, как его неофициально называли, «космический мотоцикл», имело три степени свободы: три линейных (по трем осям) и три вращательных (также по трем осям). Система управления позволяла работать в полуавтоматическом и ручном режимах, а также обеспечивала автоматическую стабилизацию в пространстве. Ручки управления находились на консолях-подлокотниках. Скорость могла достигать 30 м/с. Время автономной работы — до шести часов. В большом ранце за спиной располагались два 20-литровых баллона со сжатым воздухом под давлением 350 атмосфер. Сжатый воздух выходил через 32 сопла.

СПК использовали космонавты Александр Серебров и Александр Викторенко в выходах 1 и 5 февраля 1990 года на станции «Мир». Они выходили в открытый космос из шлюзового специального отсека модуля «Квант-2».

01.02.1990 — выход космонавта Александра Сереброва с использованием СПК. Максимальное расстояние до станции составило 33 м. 05.02.1990 — аналогичный выход Александра Викторенко, при котором максимальное удаление достигло 45 м. Для безопасности на данном этапе использовалась страховочная лебедка, однако при штатной эксплуатации СПК должно было работать без «привязи», удаляясь на расстояние до 60 м от станции «Мир» и до 100 м от корабля «Буран». Разница объяснялась тем, что учитывалась возможность «Бурана» в случае неполадок в СПК легко догнать космонавта.

Космонавты отметили хорошую управляемость СПК и особенно хорошую маневренность в форсированном режиме. Но в дальнейшей работе дальние отходы от станции не требовались и при выходах использовалась только грузовая «Стрела». СПК же так и осталось припаркованным к выходному устройству модуля «Квант-2» и разделило судьбу станции «Мир», которая была сведена с орбиты и затоплена в Тихом океане в 2001 году.

В настоящий момент реактивные ранцы для открытого космоса не разрабатываются. Их использование без страховочного фала признано слишком рискованным, а со страховочным фалом смысл в данных системах теряется.

Пока что задачи внекорабельной деятельности не требуют необходимости летать в космосе без корабля. Но с учетом полученного опыта и появления новых технологий мне хочется надеяться, что конструкции будут улучшаться и рано или поздно подобные устройства станут востребованы.

В центре «Космонавтика и авиация» представлен полномасштабный макет СПК, но в необычном виде. Его можно разглядеть в «нижнем» иллюминаторе модуля «Квант-2» полноразмерного макета станции «Мир». Приходите на экскурсии в павильон «Космос», где вы узнаете множество других интересных фактов!

Край космоса приблизился к Земле на 12 миль

Вы это почувствовали? Вам вдруг стало душнее здесь? Кажется, я не знаю… космос стал на 12 миль ближе?

Конечно, на самом деле ничто не двигалось (если не считать постоянное и возрастающее расширение Вселенной). Но, согласно новому исследованию, опубликованному в Интернете на этой неделе, возможно, землянам пора изменить наши умственные и математические представления о том, где именно заканчивается земная атмосфера и начинается космическое пространство. [Земля с высоты: 101 потрясающий снимок с орбиты]

Если расчеты астрофизика Джонатана Макдауэлла верны, космическая граница, где законы воздушного пространства внезапно уступают место законам орбитального пространства, может быть намного ближе, чем мы думаем, — на целых 12 миль ближе, чем предполагают предыдущие оценки.

«Спор о том, где заканчивается атмосфера и начинается космос, возник еще до запуска первого спутника», — написал Макдауэлл, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, в своей новой статье, которая появится в октябрьском номере журнала журнал Acta Astronautica. «Наиболее широко принятой границей является так называемая линия Кармана, которая в настоящее время обычно устанавливается на высоте 62 мили».

Вот в чем проблема: по словам Макдауэлла, линия Кармана, которую сегодня принимают многие ученые, основана на неверно истолкованной десятилетиями информации, которая на самом деле не принимает во внимание реальные орбитальные данные. К счастью, данные — дело Макдауэлла (и его удовольствие — в свободное время он ведет тщательный учет каждого запуска ракеты на Земле), и он точно знал, где искать основанный на фактах ответ на вопрос: «Где начинается космос? »

Слои земной атмосферы, ярко окрашивающиеся на закате, могут оказаться ближе к космосу, чем считали ученые ранее. НАСА

Где падают спутники

В своем новом исследовании Макдауэлл изучил данные, описывающие орбитальные траектории около 43 000 спутников, которые он получил от Североамериканского командования воздушно-космической обороны (НОРАД), которое осуществляет мониторинг аэрокосмической отрасли в Соединенных Штатах и ​​Канаде. Большинство этих спутников были незначительными для исследования Макдауэлла — они вращались намного выше предполагаемой линии Кармана и находились в пределах досягаемости орбитального пространства.

Около 50 из этих спутников, однако, выделялись. При повторном входе в атмосферу в конце своей миссии каждый из этих спутников успешно совершил как минимум два полных оборота вокруг Земли на высотах ниже 62 миль. Советский спутник «Электрон-4», например, 10 раз облетел планету на расстоянии около 52 миль, прежде чем рухнуть в атмосферу и сгореть за 1997.

Из этих случаев казалось ясным, что физика пространства все еще господствовала значительно ниже линии Кармана. Когда Макдауэлл использовал математическую модель, чтобы найти точную точку, в которой различные спутники, наконец, сошли со своих орбит и совершили огненное возвращение в атмосферу, он обнаружил, что это может произойти где-то между 41 и 55 милями. Однако обычно, когда судно опускалось ниже отметки в 50 миль, не было никакой надежды на спасение.

Куспид земной атмосферы. Мезосфера — верхняя полоса синего цвета; в верхней части этой полосы (около 50 миль над Землей) возможна орбита. НАСА

Крылья астронавта

По этой причине Макдауэлл выбрал 50 миль в качестве истинной нижней границы космоса. Это число хорошо сочетается с рядом других культурных и атмосферных факторов. Например, писал Макдауэлл, в 1950-х годах пилоты ВВС США были награждены специальным набором «крыльев астронавтов» за полеты на своих самолетах выше 50 миль, что считалось самой внешней границей атмосферы.

Атмосферный выбор тоже подходит: мезопауза — самый холодный пояс земной атмосферы — простирается примерно на 52–62 мили над поверхностью планеты. Здесь начинает резко меняться химический состав атмосферы и становится больше заряженных частиц. (Другими словами, все выглядит намного просторнее.) Понятно, что ниже нижнего края мезопаузы атмосфера Земли становится более сильной силой, с которой приходится считаться находящимся в воздухе объектам, пишет Макдауэлл. [Инфографика: Атмосфера Земли сверху вниз]

«Примечательно, что метеоры (движущиеся гораздо быстрее) обычно распадаются в диапазоне высот от 43 до 62 миль, что доказывает, что именно в этом регионе атмосфера становится важной», — пишет Макдауэлл.

Итак, что значит, если граница между Землей и космосом на 20 процентов ниже общепринятой? Это не изменит способ запуска ракет или любое другое физическое взаимодействие с космосом, пишет Макдауэлл, но может поднять некоторые важные политические и территориальные вопросы.

Воздушное пространство над определенной страной обычно считается частью этой страны; космическое пространство, с другой стороны, для всех. Если космос определяется как начинающийся на расстоянии 62 мили, а США запускают несанкционированный спутник на высоте 52 мили, например, над Китаем, это может быть (правомерно) истолковано как акт военной агрессии.

По этой причине США часто выступали против установления каких-либо универсальных космических границ. Это означает, что предложенная Макдауэллом 50-мильная линия, вероятно, не станет законной, общепризнанной границей в ближайшее время. Тем не менее, если ежедневная рутина жизни на Земле начинает вас утомлять, посмотрите вверх — и наберитесь храбрости, что вы можете быть немного ближе к небесам, чем на прошлой неделе.

Первоначально опубликовано на Live Science.

• 50 интересных фактов о Земле
• На картинках: взлет военных самолетов вертикального полета
• Земная викторина: Тайны голубого мрамора

ХОТИТЕ БОЛЬШЕ ИСТОРИЙ О КОСМОСЕ?

• Открытие подземного озера на Марсе вселяет надежду на обнаружение жизни
• Этот роскошный космический отель может быть запущен через четыре года
• Впечатляющее фото Нептуна показывает, что у космического телескопа Хаббл появился новый соперник

СЛЕДИТЕ ЗА NBC NEWS MACH В TWITTER, FACEBOOK И INSTAGRAM

Расстояния в космосе — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

Расстояния в космосе очень, очень большие. Космический корабль «Вояджер-1» покидает нашу Солнечную систему со скоростью 62 000 км в час, но даже при такой скорости потребуется 77 000 лет, чтобы добраться до ближайшей звезды. Чтобы пересечь галактику Млечный Путь, потребуется более миллиарда лет. И добраться до следующей галактики? Нам нужен калькулятор побольше!

Что касается того, что мы знаем

Профессор Денис Салливан, астрофизик из Университета Виктории в Веллингтоне, считает важным, чтобы мы «чувствовали» эти большие расстояния, даже если мы не можем их визуализировать. Он считает, что это помогает связать большие измерения с меньшими, которые мы уже знаем.

• Вы знаете, что такое километр, вы легко можете пройти это расстояние.
• Вы знаете, что такое 100 км — это расстояние, которое машина может проехать за час на максимальной скорости по главной дороге.
• Пролетите более 100 км над поверхностью Земли, и вы в космосе, на краю атмосферы.
• Когда космический шаттл отправляется в космос, он вращается на высоте около 700 км над поверхностью Земли — это меньше длины Южного острова Новой Зеландии.
• Луна находится на расстоянии 400 000 км. Это то же расстояние, что и 10-кратный оборот вокруг Земли.

Числа становятся действительно большими, когда мы смотрим на расстояния от Земли до других планет в нашей Солнечной системе. От Земли до Марса 78 миллионов километров (78 000 000 км), а до Нептуна — 4 350 миллионов километров (4 350 000 000 км).

Малая Солнечная система

Чтобы получить представление о расстояниях внутри нашей Солнечной системы, нужно уменьшить все в размерах. Диаметр Солнца составляет 1 391 980 км — давайте сократим его до 1 км. Теперь мы можем уменьшить планеты и расстояния между ними на одинаковую величину.

Таблица и карта показывают, что было бы, если бы Солнце было шаром диаметром 1 км в центре Веллингтона.