Содержание
Звездолеты . Физика будущего
К концу этого столетия на Марсе и, возможно, где-нибудь в поясе астероидов, скорее всего, появятся научные станции, несмотря даже на нынешний кризис финансирования пилотируемой космонавтики. Следующей в очереди будет уже настоящая звезда. Сегодня межзвездный зонд был бы совершенно безнадежной затеей, но через сто лет ситуация может измениться.
Чтобы идея межзвездных путешествий стала реальностью, необходимо решить несколько фундаментальных задач. Первая из них — поиск нового принципа движения. Традиционной химической ракете на путь к ближайшей звезде потребовалось бы около 70 000 лет. К примеру, два «Вояджера», запущенные в 1977 г., поставили рекорд по удалению на максимальное расстояние от Земли. В настоящее время (май 2011 г.) первый из них удалился от Солнца на 17,5 млрд км, но пройденное им расстояние — лишь крошечная доля пути до звезд.
Предложено несколько конструкций и принципов движения для межзвездных аппаратов.
Это:
• солнечный парус;
• ядерная ракета;
• ракета с прямоточным термоядерным двигателем;
• нанокорабли.
Бывая на станции NASA Плам-Брук в Кливленде, штат Огайо, я встречался с одним из мечтателей и горячих сторонников идеи солнечного паруса. На этом полигоне построена самая большая в мире вакуумная камера для испытания спутников. Размеры этой камеры поражают воображение; это настоящая пещера около 30 м в поперечнике и 38 м в высоту, в которой запросто разместилось бы несколько многоэтажных жилых домов. Она также достаточно велика, чтобы испытывать в условиях космического вакуума спутники и части ракет. Масштаб проекта поражает. Я почувствовал, что мне оказана особая честь: я находился в том самом месте, где испытывались многие важнейшие американские спутники, межпланетные зонды и ракеты.
Итак, я встретился с одним из ведущих сторонников солнечного паруса, ученым из NASA Лесом Джонсоном (Les Johnson).
Он рассказал мне, что с детства, читая фантастику, мечтал строить ракеты, способные долететь до звезд. Джонсон даже написал базовый курс по устройству солнечных парусов. Он считает, что этот принцип может быть реализован уже в ближайшие несколько десятилетий, но готов к тому, что реальный звездолет будет построен, скорее всего, через много лет после его смерти. Подобно каменщикам, строившим великие средневековые соборы, Джонсон понимает, что на создание аппарата для полета к звездам может потребоваться несколько человеческих жизней.
Принцип действия солнечного паруса основан на том факте, что свет хотя и не имеет массы покоя, но обладает импульсом, а значит, может оказывать давление. Давление, которое солнечный свет оказывает на все встреченные объекты, чрезвычайно мало, мы попросту не ощущаем его, но если солнечный парус будет достаточно велик и мы готовы будем ждать достаточно долго, то это давление сможет разогнать межзвездный корабль (в космосе интенсивность солнечного света в среднем в восемь раз выше, чем на Земле).
Джонсон сказал мне, что его цель — создать гигантский солнечный парус из очень тонкого, но эластичного и упругого пластика. Этот парус должен быть несколько километров в поперечнике, и строить его предполагается в открытом космосе. Будучи собранным, он будет медленно обращаться вокруг Солнца, набирая постепенно все большую скорость. За несколько лет разгона парус выйдет по спирали за пределы Солнечной системы и устремится к звездам. Вообще, солнечный парус, как рассказал мне Джонсон, способен разогнать межзвездный зонд до 0,1% скорости света; соответственно, до ближайшей звезды он при таких условиях доберется лет за 400.
Джонсон пытается придумать что-нибудь, что позволило бы придать солнечному парусу дополнительное ускорение и сократить время полета. Один из возможных путей — разместить на Луне батарею мощных лазеров. Лазерные лучи, попадая на парус, будут передавать ему дополнительную энергию и, соответственно, дополнительную скорость при полете к звездам.
Одна из проблем звездолета под солнечным парусом состоит в том, что им чрезвычайно трудно управлять, а остановить и направить в противоположную сторону практически невозможно, потому что солнечный свет распространяется только в одну сторону — от Солнца. Одно из решений этой проблемы — развернуть парус и использовать для замедления свет от звезды-цели. Еще одна возможность — совершить гравитационный маневр около этой далекой звезды и, использовав эффект пращи, разогнаться для обратного путешествия. Третий вариант — сесть на какую-нибудь луну той звездной системы, построить на ней батарею лазеров и пуститься в обратный путь, пользуясь светом звезды и лазерными лучами.
Джонсон мечтает о звездах, но понимает, что реальность на данный момент выглядит куда скромнее его мечтаний. В 1993 г. русские развернули на корабле, отстыкованном от станции «Мир», 25-рефлектор из лавсана, но целью эксперимента была всего лишь демонстрация системы развертывания. Вторая попытка закончилась неудачей.
В 2004 г. японцы успешно запустили два прототипа солнечного паруса, но опять же, целью было испытание системы развертывания, а не движения. В 2005 г. была предпринята амбициозная попытка развернуть настоящий солнечный парус под названием Cosmos 1, организованная Планетарным обществом, общественной организацией Cosmos Studios и Российской академией наук. Парус был запущен с российской подводной лодки, но запуск ракеты «Волна» оказался неудачным, и до орбиты солнечный парус не добрался.
А в 2008 г., когда команда из NASA попыталась запустить солнечный парус NanoSail-D[46], та же история произошла с ракетой Falcon 1.
Наконец в мае 2010 г. японское агентство аэрокосмических исследований успешно запустило IKAROS — первый космический аппарат, который должен использовать технологию солнечного паруса в межпланетном пространстве. Аппарат был выведен на траекторию полета к Венере, успешно развернул квадратный парус с диагональю 20 м и продемонстрировал возможность управлять его ориентацией и менять скорость полета.
В дальнейшем японцы планируют запустить еще один межпланетный зонд с солнечным парусом к Юпитеру.
Звездолеты из фильмов, которые могут стать прототипами кораблей будущего
Человек всегда грезил путешествиями. Сначала это были пешие прогулки, затем поиск новых земель и континентов на кораблях. Теперь же, когда вся планета Земля изучена вдоль и поперек, человечество обратило свой взор в космос.
Для покорения новых планет человеку потребуются мощные космические корабли. Несмотря на то, что современные технологии позволяют человеку бывать в космическом пространстве, о глобальных исследовательских экспедициях пока речи не идет. Поэтому люди снимают фильмы, в которых показывают, какими могут быть космические корабли будущего.
Звездолет USS Энтерпрайз (NCC-1701)
Космический корабль USS Enterprise является одним из самых узнаваемых как среди сторонников и поклонников космических путешествий, так и среди любителей фантастики и кинематографа.
Конец 1950 – начало 1960 годов стало началом покорения космоса для человека. Поэтому нет ничего удивительного в том, что сериал «Звёздный путь», который появлялся в 1966 году, был очень популярен среди любителей фантастики.
Главные герои сериала «Звёздный путь» исследовали космос на звездолет USS Энтерпрайз NCC-1701. Именно этот космический корабль легко узнаваем огромным количеством людей и является одним из самых популярных представителей звездолетов.
Звездолет относится к тяжёлым крейсерам класса «Конституция». Он состоит из 3 основных модулей. Верхняя часть корабля представляет собой некую тарелку, внутри которой расположены жилые помещения. В верхней ее части находится капитанский мостик. Инженерные палубы и ангары находятся под тарелкой с жилыми помещениями. Именно данная часть и соединяет воедино первую и третью части корабля. Последним звеном в конструкции звездолета являются пара гандол, в которых установлены варп-двигатели. Именно благодаря им, корабль способен преодолевать скорость света и быстро перемещаться на дальние расстояния.
Машина пространства и времени «Тардис»
Научно-фантастический телесериал «Доктор Кто» считается в Великобритании одним и культовых произведений кинематографа. Сюжет сериала развивается вокруг инопланетного путешественника во времени – Доктора. Оп перемещается во времени и пространстве на своем космическом корабле под названием «Тардис».
Название корабля «Tardis» является аббревиатурой «Time And Relative Dimension In Space, что в переводе с английского языка обозначает «время и «относительные измерения в космосе».
Внешне корабль выглядит как обычная полицейская будка. Такие были широко распространены в Великобритании в 1960 годах. Однако внутри «Тардис» намного больше, чем выглядит снаружи. Для своей работы корабль берет энергию из ядра искусственной чёрной дыры.
Согласно сюжетной линии космический корабль обладает своего рода сознанием или искусственным интеллектом. Однако это стало известно только в последних сезонах кинофраншизы, которые появились уже в XXI веке.
Сериал является самым продолжительным в мире. Он выходил на телеэкраны с 1963 по 1989 год. После чего новые серии начали выходить на телеэкранах с 2005 года.
Корабль «Тысячелетний сокол»
Сага «Звездные воины», созданная Джорджем Лукасом, является одной из самых культовых фантастических кинематографических франшиз. Лукас сумел причудливым образом соединить в себе классические образы рыцарей, борющихся со злом и несправедливостью и фантастических обитателей далеких планет.
Одним из самых знаковых кораблей франшизы является космический корабль «Тысячелетний сокол». Несмотря на то, что «сокол» относится к классу грузовых кораблей, он прошел массу модификаций. Каждый из хозяев корабля старался добавить в его конструкцию нечто, что по его мнению должно было улучшить грузовое судно.
На «Тысячелетнем соколе» установлены двигатели от списанных имперских кораблей. Это позволяет ему быть быстрее и маневреннее кораблей аналогичного класса. Корабль оснащен более мощными щитами, которые позволяют ему выдержать попадание лазера.
Для поддержки щитов были заменены специальные мощные генераторы.
В связи с тем, что владельцы корабля долгое время промышляли контрабандой, кроме усиленных щитов его корпус был покрыт дюраллойевой броней. Несмотря на то, что «Тысячелетний сокол» относится к классу грузовых кораблей, на нем присутствует и вооружение. Изначально на корабле установили турельную пушку «Teme&Bak», а также 2 пушки Ах-108.
Мало кто из поклонников франшизы знает, что первоначально внешний вид «Тысячелетнего сокола» должен был быть абсолютно другим. Джордж Лукас увидел недоеденный гамбургер с маслиной на зубочистке, и после этого у него появилась идея образа космического корабля Хана Соло.
Космический корабль «Аксиома»
Космическое судно «Аксиома» относится к классу кораблей поколений. Его можно увидеть в анимационном полнометражном фильме WALL-E, созданного специалистами студий Walt Disney Pictures и Pixar Animation Studios.
Согласно сюжету мультфильма, человечество покидает планету в XXII столетии из-за огромного количества скопившихся на Земле не перерабатываемых отходов.
Исход человечества с планеты происходит на корабле «Аксиома».
Космическая станция оснащена всем необходимым для жизни человека. Несколько поколений людей родились и вросли на полностью автоматизированном корабле «Аксиома».
Примеры подобного рода кораблей можно встретить в различной литературе и кинолентах. Они являются своего рода замкнутой экосистемой, благодаря которой остатки человечества могут без проблем переждать последствия планетарной катастрофы или же отправится на поиски нового дома в другие галактики.
Промышленный космический тягач USCSS The Nostromo
Космический корабль «Ностромо» демонстрируется в фантастическом фильме «Чужой», который вышел на экраны в 1979 году. Несмотря на то, что кинокартина Ридли Скотта вышла в конце ХХ века образ космического тягача был проработан очень тщательно.
Устройство относится к кораблям-буксирам класса «М». Оно предназначено транспортировки через космическое пространство тяжелых грузов и различного рода специализированных платформ.
Несмотря на довольно сложное устройство корабля, он является вполне автономной системой. Персонал необходим только для выполнения определенного рода функций. К ним относятся взлет и посадка, погрузочно-разгрузочные и ремонтные работы и пилотирование корабля в доки. В связи с этим экипаж «Ностромо» насчитывает всего 7 человек.
Многие эксперты уверены, что проработка деталей космического корабля USCSS The Nostromo является одной из лучших в фантастических фильмах конца XX века. Во многом именно поэтому корабль создаёт убедительный образ судна, которое действительно может появиться в будущем.
Starship: космический корабль будущего | Лео Фергюсон | Прогноз
Почему новая технология SpaceX намного опережает свое время
Изображение предоставлено SpaceX
Многоразовая ракета Starship, разработанная SpaceX, может быть одной из самых сложных машин, когда-либо созданных, и преемником американский космический шаттл.
Первый запуск Starship запланирован на 2023 год.
Уже было проведено несколько успешных испытательных полетов Starhopper, самолета, созданного по образцу Starship. Испытание Starhopper 27 августа 2019 г.достиг максимальной высоты 150 метров (около 500 футов) и самостоятельно вернулся на землю без происшествий.
Конечно, 57-секундный тест, не поднявшись слишком высоко в воздух, кажется не таким уж большим по сравнению с запуском корабля в космос и выходом на орбиту вокруг Земли, но Starhopper очень важен. к успеху Starship. Starhopper — хороший способ проверить точность взлета и посадки Starship и изучить влияние различных условий на космический корабль.
Разработанный с учетом шести различных вариантов, Starship может делать практически все, что только можно придумать в космосе. Шесть различных конструкций:
1. Экипаж
Звездолет с экипажем будет предназначен для перевозки членов экипажа, как следует из названия. SpaceX считает, что после завершения строительства Starship сможет одновременно перевозить до 100 человек.
2. Заправщик
Звездолет-заправщик предназначен исключительно для дозаправки других космических кораблей, уже находящихся на орбите вокруг Земли. После дозаправки он просто уйдет с орбиты и упадет обратно через атмосферу, чтобы приземлиться на Землю.
3. Грузовой
Предназначение грузового звездолета — доставка спутников и других грузов в космос. Он будет иметь большой люк, который открывается для развертывания спутника, и стыковочный порт для стыковки с Международной космической станцией во время миссии пополнения запасов. Он сможет вместить около 1000 кубометров груза.
4. Звездолет с односторонним движением
Звездолет с односторонним движением, скорее всего, будет наименее распространенным из всех дизайнов. Он придерживается своего названия и путешествует только в одном направлении, что делает его одним из немногих вариантов, которые не возвращаются. на Землю. Звездолет с односторонним движением будет в основном использоваться для доставки полезной нагрузки во внешнюю солнечную систему, и у него не будет всех причудливых технологий повторного входа, которыми будут оснащены другие звездолеты.
5. Лунный звездолет
Лунный звездолет может быть использован уже в 2024 году для программы НАСА «Артемида». Как и One-Way Starship, Lunar Starship не предназначен для возвращения на Землю, хотя он предназначен для возвращения на низкую околоземную орбиту в случае необходимости.
6. Earth Starship
В случае успешного массового производства Earth Starship может разорить некоторые авиакомпании. SpaceX утверждает, что земная версия Starship сможет доставлять пассажиров из любого крупного мегаполиса в другой менее чем за час, а большинство дальнемагистральных рейсов длятся всего 30 минут. По сравнению с 21,5 часами, которые теперь требуются коммерческим авиалайнерам для перелета из Лондона в Сидней, Starship значительно сэкономит время, совершив то же путешествие всего за 50 минут.
Планируется, что космический корабль будет иметь внешний вид из нержавеющей стали. Хотя это не похоже на большинство других ракет, нержавеющая сталь намного дешевле, чем обычное углеродное волокно, которое SpaceX изначально планировала.
Изображение предоставлено SpaceX
Кроме того, Илон Маск заявил, что нержавеющая сталь лучше выдерживает более высокие температуры, чем углеродные композиты.
Короткий ответ чрезвычайно многоразовый. Илон Маск говорит, что планирует запускать каждый отдельный земной звездолет 3 раза в день. Маск также утверждает, что в будущем завод SpaceX в Техасе, где разрабатывается Starship, сможет производить один Starship каждые 72 часа.
Во время запуска звездолет будет прикреплен к сверхтяжелому ускорителю первой ступени. Сверхтяжелый ускоритель обеспечит начальную тягу Starship для взлета. Примерно через 2 минуты ракета-носитель упадет на землю и самостоятельно приземлится на стартовую платформу.
После отделения первой ступени Starship будет полагаться на свои мощные двигатели Raptor, чтобы выйти на парковочную орбиту вокруг Земли, с которой он сможет выполнять свои обычные функции, такие как развертывание спутников или направление к Луне, Марсу или куда-то еще.
Если SpaceX сможет выполнить свои требования, Starship действительно станет замечательным достижением в области космических путешествий и полезности. Только американский космический шаттл был бы близок к тому, чтобы конкурировать с его многоразовым использованием и мастерством, и даже тогда звездолет все еще был бы в состоянии делать то, чего космический шаттл никогда не мог.
Звездолет SpaceX готов к своему первому полету в космос
Огромный корабль может доставить 100 человек на Марс и совершить революцию в освоении космоса.
Эта статья представляет собой выпуск журнала Future Explored, еженедельного справочника по технологиям, меняющим мир. Вы можете получать подобные истории прямо на свой почтовый ящик каждое утро четверга по номеру , подписавшись здесь .
Ожидается, что самый большой из когда-либо построенных космических кораблей впервые выйдет на орбиту в марте 2022 года, и если все пойдет по плану, мы станем на огромный шаг ближе к будущему, в котором космические полеты станут дешевле и доступнее, чем когда-либо прежде.
.
Задача: Отправляя инструменты и людей в космос, мы можем узнать о Вселенной то, чего просто не могут нам сказать наземные наблюдения, но затраты на запуск серьезно ограничивают наши внеземные возможности.
Это потому, что каждая дополнительная унция веса полезной нагрузки ракеты увеличивает количество дорогого (а также тяжелого) топлива, необходимого для освобождения от земного притяжения. Еще более затратно отправлять большие инструменты в космос, так как для них требуются более крупные и тяжелые ракеты (и, следовательно, еще больше топлива).
Кроме того, есть стоимость самих ракет — большинство из них рассчитаны только на один запуск, и после доставки полезной нагрузки они либо падают обратно на Землю, либо сгорают в атмосфере, либо становятся космическим мусором.
«Звездолет полностью изменит то, как мы можем исследовать Солнечную систему».
Али Брамсон
Звездолет SpaceX: Компания SpaceX является лидером в разработке многоразовых ракет, которые после запуска благополучно возвращаются на Землю.
После ремонта их можно запускать снова и снова, что снижает стоимость каждого запуска.
В 2016 году компания начала разработку массивной системы запуска, состоящей из 230-футовой ракеты-носителя первой ступени (называемой Super Heavy), увенчанной 165-футовым космическим кораблем (Starship).
Ожидается, что после завершения Starship станет самой большой и мощной системой запуска в мире. Нынешний рекордсмен — «Сатурн V» НАСА, использовавшийся для лунных миссий «Аполлон», — был немного короче и производил всего 7,8 миллиона фунтов тяги при старте по сравнению с кораблем Starship 17 миллионов фунта.
Система предназначена для доставки колоссальных 220 000 фунтов полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту — более чем в четыре раза превышает максимальную полезную нагрузку Falcon 9 SpaceX — но что действительно захватывающее в Starship, так это то, что он предназначен для полностью многоразовый.
Генеральный директор Илон Маск подсчитал, что возможность повторного использования Starship может снизить стоимость запуска всего до 2 миллионов долларов.
Для сравнения, космический челнок с грузоподъемностью 65 000 фунтов стоил почти 1,6 доллара миллиарда за миссию, а ее долгожданный преемник, система космического запуска (SLS), как ожидается, будет стоить не менее 900 миллионов долларов за запуск (а, возможно, вдвое больше) с грузоподъемностью всего 154 000 фунтов.
Почему это важно: Дэвид Тодд, аналитик из Seradata, сказал журналу Science Magazine, что 10 миллионов долларов — более реалистичная оценка для запуска Starship на низкую околоземную орбиту, но даже при такой цене корабль может значительно увеличить доступ к космосу. .
«Низкая стоимость доступа может действительно изменить правила игры в научных исследованиях», — сказал Эндрю Вестфал, преподаватель физики в Калифорнийском университете в Беркли, в интервью MIT Technology Review.
«Вы можете представить миссии, финансируемые из частных источников, и консорциумы граждан, которые собираются вместе, чтобы летать».
Один полет звездолета может доставить 100-тонный объект на поверхность Европы или 100 человек на Марс.
Илон Маск
В дополнение к облегчению совместных миссий, Starship также может сократить расходы на развертывание крупных инструментов — например, недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба поместился бы с большим запасом места.
«Звездолет спроектирован как универсальный транспортный механизм для большей Солнечной системы, — сказал Маск в ноябре 2021 года. — Вы можете доставить 100-тонный объект на поверхность Европы. Это намного больше, чем вы могли бы сделать с меньшей ракетой. Так что я думаю, что это очень интересно».
Художественное изображение звездолетов на Марсе. Предоставлено: SpaceX
Добавьте 40 или около того кабин на космический корабль — как планирует сделать Маск — и вы сможете использовать транспортные средства для заселения Марса (при условии, что вы дозаправитесь в космосе).
«Возможно, у вас может быть пять или шесть человек в каюте, если вы действительно хотите набить людей, но я думаю, что в основном мы ожидаем увидеть двух или трех человек в каюте, и поэтому номинально около 100 человек на рейс на Марс, — сказал Маск в 2017 году.
(Стоит, однако, отметить, что миссии на более высокие орбиты или в дальний космос обойдутся дороже, чем оценки низкой околоземной орбиты.)
Что нового? В августе 2020 года SpaceX завершила свой первый успешный испытательный полет прототипа Starship, отправив более короткую версию ракеты на «прыжок» в воздух на 500 футов.
С тех пор компания отправила прототипы Starship дальше над поверхностью Земли (некоторые из них успешно приземлились), и теперь ее 20-й прототип Starship (SN20) проходит испытания двигателя на космодроме в Техасе в ожидании орбитальных испытаний. полет.
Это будет первый испытательный полет всей системы Starship — в другие не входил ускоритель Super Heavy — и первый полет, который пересечет границу в космос.
(Это примерно 62 мили вверх — максимальная высота, которую пролетел прототип Starship без аварийной посадки, составляет 10,2 мили.)
FAA в настоящее время оценивает потенциальное воздействие на окружающую среду орбитального испытательного полета SpaceX. Ожидается, что этот процесс завершится к 28 февраля, а это означает, что запуск может произойти уже в начале марта.
Заглядывая вперед: В ноябре 2021 года Маск сказал, что SpaceX может провести дюжину или более испытательных полетов Starship в 2022 году. В то время он ожидал, что первый может произойти уже в январе, поэтому задержка FAA может потенциально снизить число.
Если первый орбитальный испытательный полет действительно произойдет в марте, мы, вероятно, можем ожидать увидеть гораздо больше до конца года, и еще одно ноябрьское предсказание Маска — перевозка ценных полезных грузов в 2023 году — все еще может быть выполнено. .
Оттуда Starship может начать выполнять все виды миссий, которые в настоящее время невозможны.