ВходБудущее космических полетов: кто придет на смену «Спейс шаттлу» и «Союзу. Космические корабли
В ноябре прошлого года во время TVIW (астрономического семинара в Теннесси, посвященного межзвездным перелетам) Роб Суинни – бывший командир эскадрильи Королевских Военно-воздушных сил, инженер и магистр наук, ответственный за проект «Икар» - представил доклад о работе, проделанной над проектом за последнее время. Суинни освежил в памяти публики историю «Икара»: от вдохновения идеями проекта «Дедал», освещенными в докладе BIS (Британское межпланетное общество – старейшая организация, поддерживающая космические исследования) в 1978, до совместного решения БИС и компании энтузиастов Tau Zero возобновить исследования в 2009 году, и до последних известий о проекте, датированных 2014 годом.
Оригинальный проект 78-го года имел простую по формулировке, но сложную в осуществлении цель – ответить на вопрос, поставленный Энрике Ферми: «Если существует разумная жизнь за пределами Земли, и межзвездные перелеты возможны, то почему нет доказательств наличия других инопланетных цивилизаций?». Исследования «Дедала» были направлены на разработку дизайна межзвездного космического корабля с использованием существующих технологий в разумных экстраполяциях. И результаты работы прогремели на весь научный мир: создание такого корабля действительно возможно. Доклад о проекте был подкреплен детальным планом корабля, использующего термоядерный синтез дейтерия-гелия-3 из предварительно заготовленных гранул. «Дедал» затем служил ориентиром для всех последующих разработок в сфере межзвездных перелетов в течение 30 лет.
Однако после такого долгого срока было необходимо пересмотреть идеи и технические решения, принятые в «Дедале», чтобы оценить, насколько они выдержали проверку временем. Кроме того, за этот период совершались новые открытия, изменение конструкции в соответствии с ними улучшило бы общие показатели корабля. Также организаторы хотели заинтересовать подрастающее поколение астрономией и строительством межзвездных космических станций. Новый проект был назван в честь Икара, сына Дедала, что, не смотря на негативный оттенок имени, соответствовало первым словам в отчете 78-го года:
«Мы надеемся, что этот вариант заменит собой будущий дизайн, аналог Икара, в котором найдут отображения последние открытия и технические инновации, чтобы Икар смог достичь еще непокоренных Дедалом высот. Надеемся, благодаря развитию наших идей настанет день, когда человечество буквально прикоснется к звездам».
Итак, «Икар» создан именно как продолжение «Дедала». Показатели старого проекта и по сей день выглядят весьма многообещающе, но все же должны быть доработаны и обновлены:
1) В «Дедале» использовались релятивистские пучки электронов для компрессии гранул топлива, но последующие исследования показали, что этот метод не способен дать необходимый импульс. Вместо него в лабораториях для термоядерного синтеза используют пучки ионов. Тем не менее, такой просчет, стоивший Национальному комплексу термоядерных реакций 20 лет работы и 4 миллиардов долларов, показал сложность обращения с термоядерным синтезом даже в идеальных условиях.
2) Главным препятствием, с которым столкнулся «Дедал» - Гелий-3. Его нет на Земле, и поэтому добывать его нужно из отдаленных от нашей планеты газовых гигантов. Этот процесс слишком дорогостоящий и сложный.
3) Еще одна проблема, которую придется решить «Икару» - брак информации об ядерных реакциях. Именно недостаток сведений дал возможность 30 лет назад сделать весьма оптимистичные расчеты воздействия облучения всего корабля гамма-лучами и нейтронами, без выброса которых не обойтись двигателю на термоядерном синтезе.
4) Тритий был использован в гранулах топлива для зажигания, но тепла от распада его атомов выделялось слишком много. Без должной системы охлаждения зажигание топлива будет сопровождаться зажиганием всего остального.
5) Декомпрессия баков с топливом вследствие опорожнения может стать причиной взрыва в камере сгорания. Для решения этой проблемы в конструкцию бака добавлены утяжелители, уравновешивающие давление в разных частях механизма.
6) Последняя сложность – обслуживание судна. По проекту, корабль оснащен парой роботов, похожих на R2D2, которые при помощи диагностических алгоритмов будут выявлять и устранять возможные повреждения. Такие технологии кажутся очень сложными даже сейчас, в компьютерную эру, что уж говорить о 70-х.
Новая команда дизайнеров уже не ограничена созданием маневренного корабля. Для исследования объектов «Икар» использует зонды, перевозимые на борту судна. Это не только упрощает задачу дизайнеров, но и значительно уменьшает время на изучение звездных систем. Вместо дейтерия-гелия-3, новый космический корабль работает на чистом дейтерий-дейтерие. Не смотря на больший выброс нейтронов, новое топливо не только увеличит КПД двигателей, но и избавит от необходимости добывать ресурсы с поверхности других планет. Дейтерий активно добывается из океанов и используется в АЭС, работающих на тяжелой воде.
Тем не менее, человечеству до сих пор не удалось получить контролируемую реакцию распада с выделением энергии. Затянувшаяся гонка лабораторий всего мира за экзотермическим ядерным синтезом тормозит проектирование корабля. Так что вопрос об оптимальном топливе для межзвездного судна остается открытым. В попытке найти решение в 2013 году был проведен внутренний конкурс среди подразделений БИС. Выиграла команда WWAR Ghost из Мюнхенского университета. Их дизайн основан на термоядерном синтезе при помощи лазера, который обеспечивает быстрое нагревание топлива до необходимой температуры.
Не смотря на оригинальность идеи и некоторых инженерных ходов, конкурсанты не смогли решить главную дилемму – выбор топлива. К тому же корабль-победитель огромен. Он превосходит по размерам «Дедала» в 4-5 раз, а другие методы термоядерного синтеза могут нуждаться в меньшем пространстве.
Соответственно, было принято решение продвигать 2 типа двигателей: основанный на термоядерном синтезе и базирующийся на пинче Беннета (плазменный двигатель). Кроме того, параллельно дейтерий-дейтерию рассматривают и старую версию с тритием-гелием-3. Фактически гелий-3 дает лучшие результаты в любом виде двигателей, так что ученые работают над способами его получения.
В работах всех участников конкурса прослеживается интересная зависимость: некоторые элементы конструкции (зонды для исследования окружающей среды, хранилища топлива, системы вторичного электропитания и прочие) любого корабля остаются неизменными. Однозначно можно утверждать следующее:
- Корабль будет горячим. Любой способ сжигания любого из представленных видов топлива сопровождается выбросом большого количества тепла. Дейтерий требует наличия массивной системы охлаждения из-за непосредственного выделения тепловой энергии во время реакции. Магнитно-плазменный двигатель будет создавать вихревые токи в окружающих металлах, также нагревая их. На Земле уже существуют радиаторы достаточной мощности, чтобы эффективно охлаждать тела температурой более 1000 C, осталось адаптировать их для нужд и условий звездолета.
- Судно будет колоссальных размеров. Одной из главных задач, поставленных перед проектом «Икар», было уменьшение габаритов, но со временем стало понятно, что для термоядерных реакций требуется много пространства. Даже варианты дизайна с самой маленькой массой весят десятки тысяч тонн.
- Корабль будет длинным. «Дедал» был весьма компактен, каждая его часть совмещалась с другой, как матрешка. В «Икаре» попытки минимизировать радиоактивное воздействие на судно привели к его удлинению (это хорошо продемонстрировано в проекте «Светлячок» за авторством Роберта Фриленда).
Роб Суинни сообщил, что к проекту «Икар» присоединилась группа из Университета Дрексела. «Новички» продвигают идею использования PJMIF (системы, основанной на струйной подаче плазмы при помощи магнитов, при этом плазма расслаивается, обеспечивая условия для ядерных реакций). Этот принцип на данный момент самый эффективный. По сути, это симбиоз двух методов ядерных реакций, он вобрал в себя все плюсы инерциального и магнитного термоядерного синтеза, такие как уменьшение массы конструкции, и значительное уменьшение стоимости. Их проект называется «Зевс».
После этой встречи состоялся TVIW, на котором Суинни обозначил предварительную дату завершения проекта «Икар» – август 2015 года. Последний доклад будет включать в себя упоминания о модификациях старых наработок «Дедала» и нововведениях, полностью созданных новой командой. Завершил семинар монолог Роба Суинни, в котором он сказал: «Загадки Вселенной ждут нас где-то там! Время выбираться отсюда!»
Orion
После трагедии с шаттлом «Колумбия» авторитет кораблей программы Space Shuttle был серьезно подорван, и перед NASA появилась задача создать новый многоразовый пилотируемый челнок. В середине 2000-х годов этот проект получил название Crew Exploration Vehicle, однако впоследствии обрел более звучное и красивое имя – «Орион».
«Орион» - это частично пилотируемый многоразовый корабль, который, по сути, повторяет технический дизайн кораблей серии «Аполлон», но обладает куда более совершенной «начинкой», особенно электронной. Обновлению подверглось почти все - даже туалет в новом челноке будет по образу тех, что используются на МКС.
Предполагается, что корабли «Орион» начнут с околоземной деятельности – в основном, займутся доставкой астронавтов на орбитальную станцию. Потом начнется самое интересное: представители NASA заявляют, что новый челнок сможет вернуть человека на Луну, поможет высадить астронавтов на астероид и даже сделать «следующий большой скачок» (Next Giant Leap – уже официально один из слоганов, сопутствующих программе «Орион») – позволить человеку, наконец, ступить на поверхность Марса.
Первое серьезное испытание (Exploration Flight Test-1) во многом готового корабля начнется уже в декабре 2014 года – правда, это будет лишь орбитальный и непилотируемый полет для проведения первичных тестов. Первый же полет астронавтов на «Орионе» запланирован на начало 2020-х годов. Самой привлекательной, и от того наиболее вероятной (из-за своей сравнительно низкой цены) пилотируемой миссией, уготованной NASA новому челноку, пока что является посещение астероида, предварительно доставленного на лунную орбиту.
Концепт челнока «Орион» / ©NASA
SpaceShipTwo
Британская компания Virgin Galactic во главе с миллиардером Ричардом Брэнсоном является одним из локомотивов космического туризма и вскоре собирается поднять коммерческую космонавтику на новую ступень.
Приблизительно к концу 2014 года начнутся первые пассажирские запуски суборбитального челнока , который за 250 тыс. долларов будет способен прокатить шестерых счастливчиков на высоте 110 км над уровнем моря. Это на 10 км выше, чем Линия Кармана – установленная Международной авиационной федерацией граница между атмосферой Земли и космическим пространством.
Ракеты при запуске SpaceShipTwo не используются; вместо них челнок поднимает на необходимую высоту основной самолет – WhiteKnightTwo, потом корабль сбрасывают, и на нем включается основной – уже ракетный – двигатель, специально под него разработанный (RocketMotorTwo), который и выводит корабль на заветную черту в 110 км. Потом корабль снижается и на скорости 4200 км/ч вновь входит в атмосферу (причем может это делать под любым углом), а затем самостоятельно садится на аэродром.
Количество записавшихся на первые полеты SpaceShipTwo стремится к тысяче. Среди них актеры Эштон Катчер и Анджелина Джоли, а также, например, Джастин Бибер. Места для полета с Леонардо ДиКаприо вообще разыграли на благотворительном аукционе – оказалось, многие не прочь заплатить за такую услугу по миллиону долларов.
Кстати, недавнее решение Великобритании о постройке собственного коммерческого космодрома продиктовано, помимо прочего, необходимостью создания инфраструктуры для таких компаний, как Virgin Galactic. В данный момент компания использует космодром Spaceport America, располагающийся в американском штате Нью-Мексико.
SpaceShipTwo в самостоятельном полете / ©MarsScientific
Dawn
Миссия межпланетной автоматической станции Dawn («Рассвет») уникальна: спутник должен исследовать пару карликовых планет астероидного пояса (между Марсом и Юпитером), причем прямо с их орбиты. Если все удастся, то этот аппарат станет первым в истории спутником, посетившим орбиты двух разных небесных тел (не включая Землю).
Разработанный в NASA и запущенный в 2007 году, а также оснащенный экспериментальным ионным двигателем, аппарат уже успешно выполнил свое задание по исследованию каменистой протопланеты Весты в 2012 году. Все данные, полученные спутником, находятся в открытом публичном доступе.
В данный момент Dawn направляется к еще более интересному объекту - ледяной Церере. Эта протопланета (ранее классифицировавшаяся как астероид) обладает диаметром в 950 километров и очень приближенной к сферической формой. Имея массу в треть от всего астероидного пояса, Церера могла официально стать планетой (5-ой от Солнца), однако в 2006 году вместе с Плутоном получила статус карликовой планеты. По расчетам, ледяная мантия на ее поверхности может достигать 100 км в глубину; это значит, что пресной воды на Церере больше, чем на Земле.
Оба объекта – и Веста, и Церера – представляют для ученых огромный интерес. Их исследование позволит углубиться в понимание процессов, происходящих при формировании планет, а также факторов, на это влияющих.
Прибытие Dawn на орбиту Цереры ожидается в феврале 2015 года.
Концепт приближающегося к Весте Dawn / ©NASA/JPL-Caltech
New Horizons
Чуть позже, в июле 2015 года, планируется еще одно крупное событие, связанное с миссией другой межпланетной автоматической станции. Примерно в это время орбиты Плутона достигнет запущенный NASA в 2006 году аппарат New Horizons («Новые горизонты»), миссия которого – тщательное исследование Плутона и его спутников, а также пары объектов в Поясе Койпера (в зависимости от того, какие будут наиболее доступны в окружении спутника в 2015 году)
В данный момент аппарат обладает ярким рекордом – он достиг наибольшей скорости в сравнении с любым аппаратом, запущенным с Земли, и направляется к Плутону со скоростью в 16,26 км/c. Достичь этого New Horizons помогло гравитационное ускорение, которое он получил, пролетая вблизи Юпитера.
На Юпитере и его спутниках, кстати, были протестированы многие исследовательские функции аппарата. Покинув юпитерианскую систему, аппарат для экономии энергии погрузился в «сон», от которого его пробудит лишь приближение Плутона.
Концепт New Horizons на фоне Плутона и его спутника / ©NASA
Don Quijote
Миссия межпланетной автоматической станции «Дон Кихот», разрабатываемой Европейским космическим агентством (ЕКА), поистине рыцарская. Состоящий из двух аппаратов – исследовательского «Санчо» и «импактного» «Идальго», «Дон Кихот» должен будет раз и навсегда продемонстрировать – можно ли спасти человечество от неминуемого падения астероида, заставив потенциального человекоубийцу изменить курс.
Предполагается, что обе части аппарата достигнут какого-нибудь заранее выбранного астероида диаметром примерно 500 метров. «Санчо» будет вращаться вокруг него, проводя необходимые исследования.
Когда все будет готово, «Санчо» удалится от астероида на безопасное расстояние, а «Идальго» врежется в него на скорости 10 км/с. Затем «Санчо» вновь займется изучением объекта – точнее тем, какие последствия оставило столкновение: изменился ли курс астероида, насколько сильны разрушения в его структуре и т.д.
«Дон Кихота» планируется запустить примерно в 2016 году.
Концепт Don Quijote на фоне безымянного астероида / ©ESA - AOES Medialab
Луна-Глоб
В России возрождаются проекты лунных аппаратов, а из уст ответственных за российскую космическую отрасль людей все чаще раздаются слова о создании лунной колонии с триколором.
Создание космической базы на Луне – пока что отдаленная перспектива, а вот проекты межпланетных автоматических станций по исследованию искусственного спутника Земли вполне осуществимы прямо сейчас, и на протяжении уже нескольких лет главным из них в России является программа «Луна-Глоб» - фактически первый необходимый шаг на пути к потенциальному лунному поселению.
Межпланетный автоматический зонд «Луна-Глоб» в основном будет состоять из посадочного спускаемого аппарата. Он сядет на поверхность Луны в ее южном полярном регионе, предположительно в кратере Богуславского, и отработает механизм посадки на лунную поверхность. Также зонд займется изучением лунного грунта – бурением с целью взятия образцов грунта и дальнейшего его анализа на наличие льда (вода необходима как для жизнедеятельности космонавтов, так и потенциально в качестве водородного топлива для ракет).
Запуск аппарата множество раз откладывался по различным причинам, в данный момент годом запуска называется 2015. В дальнейшем, до запланированного на 2030-е годы пилотируемого полета, планируется запустить еще несколько более тяжелых зондов, в том числе «Луна-Ресурс», которые также займутся изучением Луны и прочими необходимыми подготовительными мероприятиями для будущей посадки космонавтов.
Концепт посадочного аппарата Луна-Глоб / ©Rusrep
Dream Chaser
Мини-шаттл Dream Chaser от компании Sierra Nevada Corporation разрабатывается для NASA в качестве надежного и многоразового пилотируемого аппарата для суборбитальных и орбитальных полетов. Предполагается использовать Dream Chaser для доставки астронавтов на МКС.
Запуск аппарата осуществляется ракетой Атлас-5. Сам шаттл, способный нести 7 человек, оснащен гибридными ракетными двигателями. Посадку, подобно SpaceShipTwo, он осуществляет самостоятельно и горизонтально – на космодроме.
Наряду с Dragon от компании SpaceX и CST-100 от Boeing, Dream Chaser является коммерческим претендентом на статус нового основного пилотируемого корабля для США и NASA (все три проекта получили государственное финансирование). Стоит отметить, что эти аппараты разрабатываются частным сектором американской космической отрасли при частичной государственной поддержке и нацелены на операции именно в околоземном пространстве. Что касается деятельности в более глубоком космосе, то у NASA уже есть собственная программа пилотируемых аппаратов, и это упомянутый выше «Орион».
Совсем недавно (22 июля 2014 года) были проведены испытания Dream Chaser, которые показали готовность всех ключевых систем к космическим полетам. Первый тестовый пилотируемый полет шаттла назначен на 2016 год.
Концепт Dream Chaser, пристыковавшегося к МКС / ©NASA
Inspiration Mars
Конечно, очень многим известно о проекте Mars One – планируемом космическом реалити-шоу, авторы которого сейчас проводят всемирный конкурс по отбору претендентов для пилотируемого полета на Марс к началу 2020-х годов и создания там постоянного человеческого поселения. Однако есть еще один схожий проект – Inspiration Mars.
Inpsiration Mars Foundation – это некоммерческая организация, созданная первым космическим туристом - американцем Дэннисом Тито. Тито предполагает собрать необходимые средства и осуществить отправку двух людей на космическом корабле к Марсу. Ни посадки, ни выхода на орбиту не планируется; только пролет мимо Красной планеты и возвращение на Землю. При удачном стечении обстоятельств миссия должна занять 501 день.
Средства предполагается привлечь как из частного сектора, так и из бюджета США; всего требуется от 1 до 2 миллиардов долларов, точная стоимость до сих пор не названа. В качестве аппарата, который можно привлечь для миссии, называется американский «Орион».
Тито полагает, что полет следует совершить уже в 2018 году (Марс в этот момент вновь максимально приблизится к Земле, что создаст удобные условия для межпланетного полета; в следующий раз такое будет только в 2031 году).
Есть и «План Б» на случай, если миссия будет не готова к 2018 году: продлить миссию до 589 дней, запустить аппарат в 2021 году и осуществить пролет не только мимо Марса, но и мимо Венеры.
Траектория вероятного полета Inspiration Mars / ©Inpsiration Mars Foundation
James Webb Telescope
Космический телескоп, который стоит больше чем три марсохода Curiosity. James Webb Telescope – это наследник всемирно известного телескопа Hubble (аппаратура которого продолжает устаревать). В разработке проекта участвовали не только США, но и 16 других стран. Существенную помощь NASA оказали космические агентства Европы и Канады.
Телескоп стоимостью 8 миллиардов долларов (последняя озвученная Конгрессом цифра) предполагается запустить на ракете Arian 5 в октябре 2018 года и разместить в точке Лагранжа между Солнцем и Землей.
Главное зеркало телескопа состоит из 18 позолоченных подвижных зеркал, соединенных в одно, и обладает диаметром в 6,5 метров. Телескоп будет «видеть» в оптическом, ближнем и среднем инфракрасных диапазонах. С его помощью предполагается изучить ранние стадии развития Вселенной и увидеть чрезвычайно отдаленные от нашей галактики небесные тела, а также сделать более четкие, чем когда-либо, снимки объектов солнечной системы.
По своим возможностям James Webb превзойдет не только Hubble, но и другой важный космический телескоп – Spitzer Space Telescope.
Концепт Телескопа James Webb / ©NASA
JUICE
Межпланетная автоматическая станция Jupiter Icy Moon Explorer, вероятно, перевернет наши представления о малых телах Солнечной системы. Спутник JUICE, разрабатываемый ЕКА, отправится к Юпитеру в 2022 году и займется долгожданными исследованиями одних из самых интересных объектов Солнечной системы – трех ближайших и крупнейших спутников Юпитера из так называемой Галилеевой группы: Европы, Ганимеда и Каллисто.
Предполагается, что каждое из этих небесных тел обладает подледным океаном, то есть теоретически – условиями для зарождения жизни. JUICE вплотную займется изучением физических характеристик этих спутников, поиском органических молекул и исследованием состава льда (удаленно, через научную аппаратуру на борту).
Данные, полученные JUICE, помогут проанализировать юпитерианские спутники в качестве потенциальных целей для будущих пилотируемых полетов. В случае удачного запуска в запланированное время, аппарат достигнет системы Юпитера в 2030 году.
Концепт JUICE на фоне Юпитера и Европы / ©ESA
Работы над эскизным проектом космического корабля будущего идут уже больше года. Ракетно-космическая корпорация (РКК) "Энергия", выигравшая тендер, получила на первый этап разработки 800 миллионов рублей и в июне должна представить проект. Космическая корпорация предоставила эксклюзивные видеоматериалы, иллюстрирующие то, каким быть кораблю следующего поколения.
Работы над проектом нового корабля ведутся в строгой секретности, его эскизы - полная тайна РКК "Энергия". В распоряжении телеканала "Россия 24" оказались только предварительные наброски. Изначально предполагалось, что космический аппарат получит короткое наименование "Русь". Теперь стало известно, что это одно из рабочих названий ракеты-носителя грузоподъёмностью 20 тонн. Президент ракетно-космической корпорации "Энергия" Виталий Лопота рассказал: "Наименование "Русь" присвоено одному из проектов ракеты-носителя, а по кораблю мы с такой инициативой не выходили, потому что сейчас идёт эскизный проект и поиск облика. Вернее, облик нового корабля уже понятен и сформирован. Мы надеемся, к 2015 году начнём лётные испытания".
Ранее руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов заявил: "Срок очень ограниченный по нынешним временам - в 2015 году первый полёт должен быть осуществлён в грузовом варианте, а в 2018 году - с экипажем".
Пока что название корабля - "Перспективная пилотируемая транспортная система", сокращённо ППТС. Некоторые ещё называют его "Клипером" по аналогии с . Роскосмос посчитал проект не отвечающим требованиям. Например, крылья для космического корабля не обязательны и даже могут создать проблему при возвращении на землю. Виталий Лопота рассказал о технических деталях новой разработки: "Мы вынуждены искать формы, и мы их нашли. Эти формы чем-то напоминают юлу, наполовину отсечённую - конусная форма. Этот корабль будет более технологичным в изготовлении, будет использовать принципиально новые материалы, он будет достаточно лёгким".
По данным предварительных разработок, корабль будет иметь форму конуса. Ведь конус - оптимальная форма для прохождения плотных слоёв атмосферы. Спускаемый аппарат врезается в них на первой космической скорости - более семи километров в секунду. "Космический аппарат, который с первой космической скоростью влетает в нашу атмосферу, нагревается до 2-2,5 тысячи градусов. Никакие материалы, никакие стали, металлы подобное выдержать не могут. Поэтому мы вынуждены отказаться от развитой поверхности. Это будет комбинация различных систем приземления - то есть, парашютная, реактивная", - пояснил Виталий Лопота.
Примерно по такому же принципу пошло американское НАСА, создавая свой будущий корабль "Орион". Его первый полёт запланирован на 2014 год. Российский космический аппарат следующего поколения рассчитан на 15 лет эксплуатации и, как минимум, 10 полётов, но не все его части будут многоразовыми. "Лишним при входе в атмосферу и в этой критической ситуации будет приборно-агрегатный отсек - он будет отстрелен, и для следующего использования надо будет устанавливать новый. Отстрелен будет тепловой щит, который возьмёт на себя максимум энергии при входе в атмосферу. А самое дорогостоящее - это возвращаемый аппарат, это люди, это система жизнеобеспечения, система управления, система движения", - уточнил президент РКК "Энергия".
Про корабли новой системы известно, что они будут весом от 18 до 20 тонн в зависимости от назначения. Новые корабли смогут выводить на околоземную орбиту до шести членов экипажа и перевозить не менее 500 килограммов груза. На окололунную орбиту они будут способны доставить четырех космонавтов и 100 килограммов груза. Предполагается, что беспилотный вариант ППТС сможет вывести на околоземную орбиту не менее двух тонн груза и около полутоны вернуть на Землю.
Виталий Лопота рассказал и о других особенностях создаваемой системы: "Реально корабль должен обеспечивать взлёт и быструю стыковку с экспедиционным комплексом для стыковки со станцией, либо для полёта к другим планетам, либо для выполнения задач на орбите. Если будут нужны длительные полёты, мы способны пристыковать бытовой отсек".
Как ранее заявил глава Роскосмоса Анатолий Перминов, экипаж корабля будет не менее четырех-шести человек. "Корабль должен летать успешно как на околоземную орбиту, то есть к , к другим станциям такого же типа, к будущему сборочному комплексу на околоземной орбите, так и иметь возможность полёта на орбиту вокруг Луны, находиться не менее 30 суток в автономном полёте", - уточнил он.
Будущий сборочно-экспериментальный комплекс на околоземной орбите - это продолжение пилотируемой программы на следующие два, а то и три десятилетия. Возможно, даже тогда, когда Международная космическая станция уже отслужит свой срок. В Роскосмосе на эту программу - большие надежды. Начальник управления пилотируемых программ Роскосмоса Алексей Краснов рассказал о предполагаемых задачах: "Возможность сборки на базе МКС небольшого космического аппарата, который улетел бы с космической орбиты за пределы околоземного пространства. Пока цель не определена, это предстоит ещё сделать, но это может быть лунная орбита, это может быть астероид. Улетел и вернулся обратно".
Вероятно, новый аппарат станет частью марсианской программы. Будущий межпланетный комплекс соберут на так называемой низкой орбите Земли. Его вес может быть до 500 тонн. В собранном виде, конструкцию постепенно поднимут на высоту 200 тысяч километров, и на это понадобится несколько месяцев. Экипаж марсианской экспедиции доставят в последний момент перед стартом, чтобы космонавты не получили дополнительную дозу солнечной радиации, и уже с высокой орбиты комплекс стартует в сторону Красной планеты.
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.
EmDrive
Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.
Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.
Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.
Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.
В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.
Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.
Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.
К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.
Солнечный парус
Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.
Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.
Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.
Электрический парус
Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.
Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.
Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.
Ионный двигатель
Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.
В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.
Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.
Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.
Плазменный двигатель
Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.
Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.
Термоядерный двигатель
Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.
В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.
Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.
Двигатель на антиматерии
Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.
Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.
При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.
Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.
Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.
Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.
Ядерная энергодвигательная установка для российского космического корабля
Проблема пилотируемых полетов в дальний космос до настоящего времени являлась фактически неразрешимой. Использующиеся на данном этапе жидкостные ракетные двигатели совершенно не |
Warp-двигатель межзвездного корабля
Современная космонавтика, к сожалению, может предложить не намного больше возможностей, чем полвека назад. Связано это в первую очередь с отсутствием необходимых |
В дальний космос на ионных двигателях
Ионный двигатель - разновидность электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является ионизированный газ. Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его |
Тренажёрный зал в космосе
Полёты в космическое пространство стали обыденным явлением в нашей жизни. На международных орбитальных станциях космонавты находятся по несколько месяцев. Однако, привычная |
Термоядерный ракетный двигатель – первые испытания
Ракетные двигатели, использующие энергию деления атомного ядра, давно являются объектом исследования российских и американских ученых. В этом нет ничего удивительного, ведь |
Телепортация корабля: фантастика и реальность
Человек всегда стремился к звездам, но они чрезвычайно далеки от нас. Если полет к ним однажды состоится, то космический корабль, на |
Технология 3d печати: ракетный двигатель
Не секрет, что современные полеты в космос обходятся чрезвычайно дорого, и значительную часть стоимости составляет непосредственно процесс изготовления комплектующих ракет-носителей. НАСА |
Сверхтяжелая ракета России
Уже в течении ряда лет в среде специалистов серьезно обсуждается вопрос, какой должна быть сверхтяжелая ракета России. На данном этапе вопрос |
Станция с искусственной гравитацией
В России решено создать частную космическую станцию, которая будет иметь отсеки на основе искусственной гравитации. Все этапы ее строительства планируется завершить |
Скафандр для прыжков из космоса
В настоящее время парашют воспринимается как что-то привычное и само собой разумеющееся. Безусловно, основная идея парашюта – это спасение человека в |
Система “Байкал”
Бесспорным лидером космического раздела 44-го авиакосмического салона в Ле Бурже стал технологический макет российского многоразового ускорителя (МРУ) "Байкал", представляющий собой первую |
Российский скафандр 5-го поколения
Одной из отличительных особенностией авиационно-космического салона МАКС-2013 стал представленный на нем российский скафандр 5-го поколения «Орлан-МКС». Разработка принадлежит Научно-производственному предприятию «Звезда», |
Российский плазменный ракетный двигатель откроет путь к Марсу
В 2016 году НПО Энергомаш и НИЦ Курчатовский институт объявили о намерении реализовать проект безэлектродного плазменного ракетного двигателя. Учитывая намерение ведущих |
Робот из металлического стекла
Металлическое стекло является относительно новым материалом, сочетающим в себе особенности структуры металла и стекла. Суть технологии заключается в формировании сплава из |
Ракетный двигатель EmDrive: полет без рабочего тела
Информационные агентства распространили сообщение об успешном испытании специалистов NASA ракетного двигателя EmDrive. Подробного описания принципа действия данного двигателя не приводится,однако заявляется |
Ракета-носитель “Ангара”
Еще в 1995 году в России утвержден проект по созданию нового поколения носителей для выведения в космос различных грузов с массами |
Проект МРКС-1
Специалисты аэрокосмической отрасли едины во мнении, что существующие ракеты-носители в качестве средств доставки на орбиту себя практически исчерпали. Требуются принципиально новые |
Проект ”Спираль”
В ответ на работы, начатые США по созданию космического самолета в 60е годы XX века, руководство Советского Союза приняло решение о начале |
Проект “Прометей”
Мысль об использовании энергии атомного ядра для космических полетов высказал еще Циолковский. Однако при его жизни никто еще никто не представлял, |
Проект МАКС
В 1982 году, еще до полета системы «Буран-Энергия», Генеральный конструктор НПО «Молния» Глеб Лозино-Лозинский, проанализировал перспективы создания авиационно-космических систем. Он обобщил |
Проект корабля Орион
Проект Орион представляет собой амбициозную идею построить космический корабль, движущей силой которого были бы взрывы ядерной бомбы. Эта идея была разработана |
Проект “Буран”: будущее, которое не наступило
Проект "Буран" стартовал в 1976 году. В США тогда закрыли программу тяжелых ракет и орбитальных станций и поспешно создавали "Спейс Шаттл". |
Проект Ан-325
Те, кто разбирается в самолетах, наверняка, с самого начала захочет нас поправить, и сказать, что никакого Ан-325 не существует и не |
Правда об НЛО
Неопознанный летающий объект, часто сокращенно НЛО или UFO - это необычная очевидная аномалия в небе, которую сложно идентифицировать наблюдателю. НЛО - |
Полет в космос - космический лифт
Полеты в космос пока еще чрезвычайно дороги, опасны и разрушительны для окружающей среды. Ракеты с химическими двигателями не позволяют кардинально изменить |
Полет к Марсу в 2021 году
Группа молодыхспециалистов из России сделала сенсационное заявление, объявив, что уже к 2021году они смогут обеспечить пилотируемый полет к Марсу и Венере. |
|
В печати периодически появляются заметки о неизвестной разработке Брянского ученого Владимира Семеновича Леонова. Автор Теории Суперобъединения по сути предложил проект антигравитационного |
Плазменный двигатель для межпланетного космического корабля
В рамках освоения Луны, Марса и других объектов межпланетного пространства перед российской космонавтикой была поставлена задача создания космических аппаратов, использующих качественно |
Перспективы ракеты Ангара
Новая российская тяжёлая ракета-носитель Ангара-А5 cтартовала 23 декабря с космодрома Плесецк. Она выведет на геостационарную орбиту грузомакет космического аппарата массой две |
Перспективы авиационно-космической техники
Сравнительно недавно интересы специалистов в области авиационно-космической техники стали концентрироваться на концепции использования воздушно-космического самолета (ВКС). Некоторые исследователи считают, что определенный |
Космический лифт
Проект МАКС
Кибератака - оружие войн будущего
Остров Оук
Машины для укладки брусчатки
Современные технологии не стоят на месте, они развиваются стремительными темпами, внося в нашу жизнь много интересных и полезных вещей. Вы...
Берлинские ворота
Бранденбургские ворота являются самым знаменитым символом Берлина и Германии. Долгие годы они служили символом разделённых Германии и Берлина, а после 1989 ...
Внетелесные путешествия
В настоящее время осталось немного людей, исповедующих абсолютный материализм. Даже консервативный научный мир пришел к осознанию факта нахождения в...
Если спросить у первого встречного, что он знает о Японии, большинство людей ответит, что это страна сакуры, гейш и кимоно. ...
Похищение людей НЛО
Зафиксированные случаи наблюдения НЛО, несмотря на свою невероятность, блекнут в сравнении с сообщениями о контактах с пришельцами. Одним из вариантов...
Су-35С против F-22
Су-35С - это продолжение глубокой модернизации самолета Су-27СМ3. Он придет на смену всемирно известному истребителю Су-27 и его модификациям. До 2020 ...
Каспийское море-озеро
Самым большим озером на планете считается Каспийское море. Его площадь равна почти 400 квадратным километрам. По поводу него до сих пор...
Мост Золотые Ворота
Сан-Франциско - один из самых популярных городов в мире. Главной его достопримечательностью является знаменитый мост Золотые Ворота, перекинутый через одноименный...
Истребитель пятого поколения Су 57 разработан в ОКБ им. Сухого...
Почему не внедряется квантовый двигатель Леонова
В печати периодически появляются заметки о неизвестной разработке Брянского ученого...
История еды древних славян
Древние славяне, как и многие народы того времени, верили, что множество...
Мотоциклы с карданным приводом
Мало купить мотоцикл и ездить на нём, заправляя его время...
Народные приметы о жемчуге
В первую очередь, жемчуг является невероятно красивым камнем, который был...
Как получить электричество из воды
Сотрудники Университета Альберты нашли принципиально новый способ получения электроэнергии из...
Акулы в Балтийском море
Как-то получилось, что из акул в Балтийском море представлены лишь...