W listopadzie ubiegłego roku podczas TVIW (warsztatów astronomicznych na temat podróży międzygwiezdnych w Tennessee) Rob Swinney – były dowódca eskadry Królewskich Sił Powietrznych, inżynier i magisterium odpowiedzialny za projekt Icarus – przedstawił raport z prac wykonanych w ramach projektu w ostatnim czasie. Swinney przywrócił opinii publicznej historię Ikara, począwszy od inspiracji Projektem Daedalus, podkreślonej w raporcie BIS (Brytyjskiego Towarzystwa Międzyplanetarnego – najstarszej organizacji wspierającej eksplorację kosmosu) z 1978 r., aż po wspólną decyzję BIS i firmy Tau Zero entuzjastów wznowienia badań w 2009 roku, aż do najnowszych wiadomości o projekcie z 2014 roku.

Pierwotny projekt z 1978 roku miał prosty w sformułowaniu, ale trudny w realizacji cel – odpowiedzieć na pytanie postawione przez Enrique Fermiego: „Jeśli poza Ziemią istnieje inteligentne życie i możliwe są podróże międzygwiezdne, to dlaczego nie ma dowodów na to, że obecność innych obcych cywilizacji?” Badania Daedalusa miały na celu opracowanie projektu międzygwiazdowego statku kosmicznego przy użyciu istniejącej technologii w ramach rozsądnych ekstrapolacji. Wyniki pracy zagrzmiały w całym świecie naukowym: stworzenie takiego statku jest rzeczywiście możliwe. Do raportu z projektu dołączono szczegółowy plan statku wykorzystującego syntezę termojądrową deuteru-helu-3 z wcześniej przygotowanych granulek. Dedal służył następnie przez 30 lat jako punkt odniesienia dla wszystkich późniejszych osiągnięć w podróżach międzygwiezdnych.

Jednak po tak długim czasie konieczne było ponowne rozważenie pomysłów i rozwiązań technicznych przyjętych w Daedalus, aby ocenić, jak dobrze przetrwały one próbę czasu. Ponadto w tym okresie dokonano nowych odkryć, zmiana projektu zgodnie z nimi poprawiłaby ogólne osiągi statku. Organizatorom zależało także na zainteresowaniu młodszego pokolenia astronomią i budową międzygwiezdnych stacji kosmicznych. Nowemu projektowi nadano imię Ikara, syna Dedala, co pomimo negatywnej konotacji nazwy korespondowało z pierwszymi słowami sprawozdania z roku 78:

„Mamy nadzieję, że ta wersja zastąpi przyszły projekt, odpowiednik Ikara, który będzie odzwierciedlał najnowsze odkrycia i innowacje techniczne, dzięki czemu Ikar będzie mógł osiągnąć wyżyny nie zdobyte jeszcze przez Dedala. Mamy nadzieję, że dzięki rozwojowi naszych pomysłów nadejdzie dzień, w którym ludzkość dosłownie dotknie gwiazd”.

Tak więc „Ikar” powstał właśnie jako kontynuacja „Daedalusa”. Wskaźniki starego projektu nadal wyglądają bardzo obiecująco, ale nadal wymagają poprawy i aktualizacji:

1) Dedal wykorzystywał relatywistyczne wiązki elektronów do ściskania granulek paliwa, ale późniejsze badania wykazały, że ta metoda nie była w stanie zapewnić niezbędnego impulsu. Zamiast tego w laboratoriach syntezy termojądrowej wykorzystuje się wiązki jonów. Jednak błędne obliczenia, które kosztowały Narodowy Ośrodek Fuzji 20 lat działalności i 4 miliardy dolarów, pokazały trudności w prowadzeniu syntezy jądrowej nawet w idealnych warunkach.

2) Główną przeszkodą, przed którą stanął Dedal, był Hel-3. Nie istnieje na Ziemi i dlatego należy go wydobywać z gazowych gigantów odległych od naszej planety. Proces ten jest zbyt kosztowny i skomplikowany.

3) Kolejnym problemem, który będzie musiał rozwiązać „Ikar”, jest wadliwa informacja o reakcjach jądrowych. To właśnie brak informacji umożliwił 30 lat temu dokonanie bardzo optymistycznych obliczeń skutków napromieniowania całego statku promieniami gamma i neutronami, bez których wyzwolenia silnik termojądrowy nie może się obejść.

4) Tryt był używany w pelletach paliwowych do zapłonu, ale w wyniku rozpadu jego atomów wydzielało się zbyt dużo ciepła. Bez odpowiedniego układu chłodzenia zapaleniu paliwa towarzyszyć będzie zapłon wszystkiego innego.

5) Dekompresja zbiorników paliwa na skutek opróżnienia może spowodować eksplozję w komorze spalania. Aby rozwiązać ten problem, do konstrukcji zbiornika dodano środki obciążające, aby zrównoważyć ciśnienie w różnych częściach mechanizmu.

6) Ostatnią trudnością jest utrzymanie statku. Według projektu statek wyposażony jest w parę robotów podobnych do R2D2, które za pomocą algorytmów diagnostycznych zidentyfikują i naprawią ewentualne uszkodzenia. Takie technologie wydają się bardzo złożone nawet teraz, w epoce komputerów, nie mówiąc już o latach 70-tych.

Nowy zespół projektowy nie ogranicza się już do tworzenia zwrotnego statku. Do badania obiektów Ikar wykorzystuje sondy znajdujące się na pokładzie statku. To nie tylko upraszcza zadanie projektantów, ale także znacznie skraca czas spędzony na badaniu układów gwiezdnych. Zamiast deuteru-helu-3, nowy statek kosmiczny wykorzystuje czysty deuter-deuter. Pomimo większej emisji neutronów nowe paliwo nie tylko zwiększy wydajność silników, ale także wyeliminuje konieczność wydobywania surowców z powierzchni innych planet. Deuter jest aktywnie wydobywany z oceanów i wykorzystywany w elektrowniach jądrowych wykorzystujących ciężką wodę.

Jednakże ludzkości nie udało się jeszcze uzyskać kontrolowanej reakcji rozpadu z uwolnieniem energii. Przedłużający się wyścig laboratoriów na całym świecie zajmujących się egzotermiczną syntezą jądrową spowalnia projektowanie statku. Zatem kwestia optymalnego paliwa dla statku międzygwiezdnego pozostaje otwarta. Próbując znaleźć rozwiązanie, w 2013 roku przeprowadzono wewnętrzny konkurs wśród jednostek BIS. Zwyciężyła drużyna WWAR Ghost z Uniwersytetu w Monachium. Ich konstrukcja opiera się na syntezie termojądrowej za pomocą lasera, który szybko podgrzewa paliwo do wymaganej temperatury.

Pomimo oryginalności pomysłu i pewnych posunięć inżynieryjnych, konkurentom nie udało się rozwiązać głównego dylematu – wyboru paliwa. Ponadto zwycięski statek jest ogromny. Jest 4-5 razy większy od Dedala, a inne metody fuzji mogą wymagać mniej miejsca.

W związku z tym zdecydowano się promować 2 typy silników: jeden oparty na syntezie termojądrowej i drugi oparty na zacisku Bennetta (silnik plazmowy). Ponadto, równolegle z deuterem-deuterem, rozważana jest również stara wersja z trytem-helem-3. W rzeczywistości hel-3 zapewnia lepsze wyniki w każdym silniku, dlatego naukowcy pracują nad sposobami jego wytworzenia.

W pracach wszystkich uczestników konkursu widać ciekawą zależność: niektóre elementy konstrukcyjne (sondy do badań środowiskowych, magazyny paliwa, systemy zasilania wtórnego itp.) dowolnego statku pozostają niezmienione. Jednoznacznie można stwierdzić, co następuje:

1. Na statku będzie gorąco. Każdej metodzie spalania któregokolwiek z przedstawionych rodzajów paliwa towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Deuter wymaga ogromnego układu chłodzenia ze względu na bezpośrednie uwalnianie energii cieplnej podczas reakcji. Silnik plazmy magnetycznej będzie wytwarzał prądy wirowe w otaczających metalach, również je podgrzewając. Na Ziemi istnieją już grzejniki o mocy wystarczającej do skutecznego chłodzenia ciał o temperaturze przekraczającej 1000 C; pozostaje je dostosować do potrzeb i warunków statku kosmicznego.
2. Statek będzie kolosalnych rozmiarów. Jednym z głównych zadań postawionych przed projektem Icarus było zmniejszenie jego rozmiarów, jednak z czasem stało się jasne, że reakcje termojądrowe wymagają dużo miejsca. Nawet najmniejsze opcje projektowe ważą dziesiątki tysięcy ton.
3. Statek będzie długi. „Daedalus” był bardzo zwarty, każda część pasowała do drugiej, jak lalka gniazdująca. W Icarusie próby zminimalizowania oddziaływania radioaktywnego na statek doprowadziły do ​​jego wydłużenia (dobrze zostało to pokazane w projekcie Firefly Roberta Freelanda).

Rob Swinney poinformował, że do projektu Icarus dołączyła grupa z Uniwersytetu Drexel. „Nowicjusze” propagują pomysł wykorzystania PJMIF (systemu opartego na wyrzucaniu plazmy za pomocą magnesów, podczas gdy plazma jest rozwarstwiana, zapewniając warunki do reakcji jądrowych). Zasada ta jest obecnie najskuteczniejsza. W rzeczywistości jest to symbioza dwóch metod reakcji jądrowych; pochłonęła wszystkie zalety inercyjnej i magnetycznej syntezy termojądrowej, takie jak zmniejszenie masy konstrukcji i znaczne obniżenie kosztów. Ich projekt nazywa się „Zeus”.

Po tym spotkaniu odbyło się spotkanie TVIW, podczas którego Swinney ustaliło wstępną datę zakończenia Projektu Icarus na sierpień 2015 r. Raport końcowy będzie zawierał wzmianki o modyfikacjach starych projektów Daedalusa i innowacjach w całości stworzonych przez nowy zespół. Seminarium zakończyło się monologiem Roba Swinneya, w którym powiedział: „Gdzieś tam na nas czekają tajemnice Wszechświata! Czas się stąd wydostać!”

Co ciekawe, nowy projekt nierozerwalnie łączy się z poprzednikiem. Pojazdem dostarczającym części i paliwo na niską orbitę Ziemi podczas budowy Ikara mógłby być Cyklop, statek kosmiczny krótkiego zasięgu rozwijany pod kierownictwem Alana Bonda (jednego z inżynierów pracujących nad Dedalem).

Prawie każdy fan filmów science fiction wie, czym jest Gwiazda Śmierci. To taka duża, szara i okrągła stacja kosmiczna z epickiego filmu Gwiezdne Wojny, która bardzo przypomina Księżyc. To międzygalaktyczny niszczyciel planet, który w istocie sam jest sztuczną planetą wykonaną ze stali i zamieszkaną przez szturmowców.

Czy naprawdę możemy zbudować taką sztuczną planetę i przemierzać na niej połacie galaktyki? Teoretycznie tak. Już samo to będzie wymagało niesamowitych zasobów ludzkich i finansowych.

„Zbudowa stacji wielkości Gwiazdy Śmierci wymagałaby ogromnych zapasów materiałów” – mówi Du.

Kwestię budowy Gwiazdy Śmierci – to nie żart – poruszył nawet amerykański Biały Dom, po tym jak społeczeństwo przesłało do rozpatrzenia odpowiednią petycję. Oficjalna odpowiedź władz była taka, że ​​na samą stal konstrukcyjną potrzeba 852 000 000 000 000 000 dolarów.

Załóżmy, że pieniądze nie grają roli i Gwiazda Śmierci faktycznie została zbudowana. Co dalej? I wtedy w grę wchodzi stara, dobra fizyka. I to okaże się prawdziwym problemem.

„Wystrzelenie Gwiazdy Śmierci w przestrzeń kosmiczną wymagałoby niespotykanej dotąd ilości energii” – kontynuuje Du.

„Masa stacji będzie równa masie Deimosa, jednego z satelitów Marsa. Ludzkość po prostu nie ma możliwości i niezbędnych technologii, aby zbudować silnik zdolny do poruszania takich gigantów.

Stacja orbitalna „Deep Space 9”

Dowiedzieliśmy się więc, że Gwiazda Śmierci jest za duża (przynajmniej w dzisiejszej opinii) na podróż w kosmos. Być może pomoże nam jakaś mniejsza stacja kosmiczna, jak Deep Space 9, na której rozgrywają się wydarzenia z serii Star Trek (1993-1999). W tej serii stacja zlokalizowana jest na orbicie fikcyjnej planety Bajor i stanowi doskonałe siedlisko oraz prawdziwe galaktyczne centrum handlowe.

„Ponownie, zbudowanie takiej stacji wymagałoby wielu zasobów” – mówi Du.

„Główne pytanie brzmi: czy powinniśmy dostarczyć niezbędny materiał na planetę, na której orbicie będzie zlokalizowana przyszła stacja, czy też powinniśmy wydobywać niezbędne zasoby bezpośrednio na miejscu, powiedzmy, na jakiejś asteroidzie lub satelicie jednego z lokalnych planety?”

Du twierdzi, że dostarczenie każdego kilograma ładunku w przestrzeń kosmiczną na niską orbitę okołoziemską kosztuje obecnie około 20 000 dolarów. Biorąc to pod uwagę, najprawdopodobniej rozsądniejsze byłoby wysłanie jakiegoś rodzaju automatycznego statku kosmicznego w celu wydobycia jednej z lokalnych asteroid, niż dostarczenie niezbędnego materiału z Ziemi na miejsce.

Kolejną kwestią, która będzie wymagała obowiązkowego rozwiązania, będzie oczywiście kwestia podtrzymywania życia. W tym samym Star Treku stacja Deep Space 9 nie była całkowicie autonomiczna. Było to galaktyczne centrum handlowe, z nowymi dostawami przywożonymi przez różnych kupców, a także dostawami z planety Bajor. Według Du budowa takich stacji kosmicznych do zamieszkania będzie w każdym razie wymagała od czasu do czasu misji w celu dostarczenia nowej żywności.

„Stacja tej wielkości prawdopodobnie funkcjonowałaby w oparciu o tworzenie i łączenie wykorzystania mediów biologicznych (takich jak uprawa glonów na potrzeby żywności) z systemami podtrzymywania życia opartymi na procesach inżynierii chemicznej, takimi jak ISS” – wyjaśnia Du.

„Te systemy nie będą całkowicie autonomiczne. Będą wymagały okresowej konserwacji, uzupełniania wody, tlenu, dostarczania nowych części zamiennych i tak dalej.”

Stacja marsjańska jak z filmu „Misja na Marsa”

W tym filmie jest mnóstwo absurdów fantasy. Tornado na Marsie? Mistyczne obeliski obcych? Najbardziej zagmatwany jest jednak opisany w filmie fakt, że na Marsie bardzo łatwo jest urządzić sobie dom i zaopatrzyć się w wodę i tlen. Bohater grany przez aktora Dona Cheadle’a, pozostawiony sam na Marsie, wyjaśnia, że ​​udało mu się przetrwać na Czerwonej Planecie, tworząc mały ogródek warzywny.

"To działa. Daję im światło i dwutlenek węgla, a oni dają mi tlen i pożywienie.

Skoro to takie proste, to co wciąż robimy tu, na Ziemi?

„Teoretycznie rzeczywiście możliwe jest stworzenie marsjańskiej szklarni. Jednak uprawa roślin ma wiele cech. A jeśli porównamy koszty pracy przy uprawie roślin na Marsie z kosztem dostarczania gotowych produktów z Ziemi na Czerwoną Planetę, wówczas łatwiej i taniej będzie dostarczać gotowe i pakowane produkty, uzupełniając zapasy tylko częścią uprawianych roślin, które charakteryzują się bardzo wysokim stopniem produktywności. Ponadto będziesz musiał wybrać rośliny o minimalnym cyklu dojrzewania. Na przykład różne sałaty.”

Pomimo przekonania Cheadle'a, że ​​między roślinami i ludźmi istnieją ścisłe powiązania (może to być prawdą na Ziemi), w trudnych warunkach klimatycznych Marsa rośliny i ludzie znajdą się w zupełnie dla nich nienaturalnym środowisku. Nie należy zapominać także o takim aspekcie jak różnice w natężeniu fotosyntezy roślin uprawnych. Uprawa roślin będzie wymagała złożonych, zamkniętych systemów kontroli środowiska. Jest to bardzo poważne zadanie, ponieważ w tym przypadku ludzie i rośliny będą musiały dzielić jedną atmosferę. Rozwiązanie tego problemu w praktyce będzie wymagało zastosowania izolowanych szklarni do wzrostu, ale to z kolei zwiększy całkowity koszt.

Uprawa roślin może być dobrym pomysłem, ale lepiej zaopatrzyć się w dodatkowe prowianty, które można zabrać ze sobą przed lotem w jedną stronę.

Miasto w Chmurach. Miasto unoszące się w atmosferze planety

Słynne „miasto w chmurach” Lando Calrissiana z „Gwiezdnych Wojen” wydaje się całkiem ciekawym pomysłem na science fiction. Czy jednak planety z bardzo gęstą atmosferą, ale o szorstkiej powierzchni, mogą być odpowiednią platformą dla przetrwania, a nawet dobrobytu ludzkości? Eksperci z NASA uważają, że jest to rzeczywiście możliwe. A najbardziej odpowiednim kandydatem na rolę takiej planety w naszym Układzie Słonecznym jest Wenus.

Centrum Badawcze Langley badało kiedyś ten pomysł i nadal pracuje nad koncepcjami statków kosmicznych, które mogłyby wysłać ludzi do górnych warstw atmosfery Wenus. Pisaliśmy już, że zbudowanie gigantycznej stacji wielkości miasta będzie zadaniem bardzo trudnym, wręcz niemożliwym, ale znalezienie odpowiedzi na pytanie, jak utrzymać statek kosmiczny w górnych warstwach atmosfery, może być jeszcze trudniejsze.

„Ponowne wejście w atmosferę to jeden z najtrudniejszych testów lotów kosmicznych” – mówi Du.

„Nie możesz sobie nawet wyobrazić, jakie „7 minut grozy” musiał przeżyć Curiosity lądując na Marsie. A utrzymanie gigantycznej stacji mieszkalnej w górnych warstwach atmosfery będzie znacznie trudniejsze. Kiedy wejdziesz w atmosferę z prędkością kilku tysięcy kilometrów na sekundę, w ciągu kilku minut będziesz musiał uruchomić układy hamulcowe i stabilizacyjne pojazdu w atmosferze. Inaczej po prostu się rozbijesz.”

Znów jedną z zalet latającego miasta Calrissian jest stały dostęp do czystego i świeżego powietrza, o czym można zupełnie zapomnieć, jeśli mówimy o rzeczywistych warunkach, a w szczególności o warunkach Wenus. Ponadto trzeba będzie opracować specjalne skafandry kosmiczne, w których ludzie będą mogli zejść na dół i uzupełnić zapasy materiałów na piekielnej powierzchni tej planety. Du ma kilka pomysłów na ten temat:

„W przypadku zasiedlenia atmosferycznego, w zależności od wybranej lokalizacji, można np. oczyścić atmosferę wokół stacji (na Wenus można np. przetworzyć CO2 w O2) lub można za pomocą kabla wysłać na powierzchnię robotycznych górników, na przykład do wydobycia minerałów i ich późniejszego dostarczenia z powrotem na stację. W warunkach Wenus będzie to ponownie niezwykle trudne zadanie.”

Ogólnie rzecz biorąc, pomysł na Cloud City pod wieloma względami nie wygląda najlepiej.

Gigantyczny statek kosmiczny „Axiom” z kreskówki „WALL-E”

Oszałamiający i poruszający film animowany science-fiction WALL-E przedstawia stosunkowo realistyczną wersję exodusu ludzkości z Ziemi. Podczas gdy roboty próbują oczyścić powierzchnię Ziemi z nagromadzonych na niej śmieci, ludzie odlatują z układu w przestrzeń kosmiczną na gigantycznym statku kosmicznym. Brzmi całkiem realistycznie, prawda? Nauczyliśmy się już, jak budować statki kosmiczne, więc może po prostu powiększmy je?

W rzeczywistości pomysł ten jest zdaniem Du niemal najbardziej nierealistyczny z listy zaproponowanej w tym artykule.

„Kreskówka pokazuje, że statek Axiom znajduje się w bardzo głębokim kosmosie. Dlatego najprawdopodobniej nie ma on dostępu do żadnych zewnętrznych zasobów, które mogą być wymagane do utrzymania życia na statku. Na przykład, ponieważ statek będzie zlokalizowany daleko od naszego Słońca lub jakiegokolwiek innego źródła energii słonecznej, najprawdopodobniej będzie zasilany z reaktora jądrowego. Populacja statku wynosi kilka tysięcy osób. Wszyscy muszą jeść, pić i oddychać powietrzem. Trzeba skądś te wszystkie zasoby wziąć i nie zapominać o recyklingu odpadów, które z pewnością będą się gromadzić przy wykorzystaniu tych zasobów.”

„Nawet jeśli użyjemy jakiegoś ultranowoczesnego biologicznego systemu podtrzymywania życia, przebywanie w środowisku kosmicznym, które nie jest w stanie uzupełnić statku kosmicznego niezbędną ilością energii, będzie oznaczać, że wszystkie te systemy podtrzymywania życia nie będą w stanie wspierają procesy biologiczne na pokładzie. Krótko mówiąc, opcja z gigantycznym statkiem kosmicznym wygląda najbardziej fantastycznie.

Świat pierścienia. Elizjum

Światy pierścieniowe, takie jak te przedstawione w filmie akcji science fiction Elysium czy w grze wideo Halo, to być może jedne z najciekawszych pomysłów na przyszłe stacje kosmiczne. W Elysium stacja znajduje się blisko Ziemi i, jeśli pominąć jej rozmiar, charakteryzuje się pewnym stopniem realizmu. Jednak największym problemem jest tu jego „otwartość”, która sama w sobie jest czystą fantazją.

„Być może najbardziej kontrowersyjną kwestią związaną z Elysium jest jego otwartość na środowisko kosmiczne” – wyjaśnia Du.

„Film pokazuje, jak statek kosmiczny po przybyciu z kosmosu po prostu ląduje na trawniku. Nie ma żadnych bramek dokujących ani nic podobnego. Ale taka stacja musi być całkowicie odizolowana od środowiska zewnętrznego. W przeciwnym razie atmosfera tutaj nie potrwa długo. Być może otwarte przestrzenie stacji można by zabezpieczyć jakimś niewidzialnym polem, które pozwoliłoby światłu słonecznemu przedostać się do środka i podtrzymać życie w posadzonych tam roślinach i drzewach. Ale na razie to tylko fantazja. Nie ma takich technologii.”

Sam pomysł stacji w kształcie pierścieni jest cudowny, ale póki co nierealny.

Podziemne miasta jak z „Matrixa”

Akcja trylogii Matrix faktycznie rozgrywa się na Ziemi. Jednak powierzchnię planety zamieszkują zabójcze roboty, przez co nasz dom wygląda jak obcy i bardzo niegościnny świat. Aby przeżyć, ludzie musieli zejść pod ziemię, bliżej jądra planety, gdzie wciąż jest ciepło i bezpieczniej. Głównym problemem w takich realnych okolicznościach, poza oczywiście trudnością w transporcie sprzętu potrzebnego do stworzenia podziemnej kolonii, będzie utrzymanie kontaktu z resztą ludzkości. Du wyjaśnia tę złożoność na przykładzie Marsa:

„Podziemne kolonie mogą mieć problemy z komunikacją między sobą. Komunikacja między podziemnymi koloniami na Marsie i Ziemi będzie wymagała stworzenia oddzielnych potężnych linii komunikacyjnych i satelitów orbitalnych, które będą służyć jako pomost do przesyłania wiadomości między obiema planetami. Jeśli wymagana jest stała linia komunikacyjna, w tym przypadku konieczne będzie wykorzystanie co najmniej jednego dodatkowego satelity, który będzie znajdować się na orbicie Słońca. Odbierze sygnał i wyśle ​​go na Ziemię, gdy nasza planeta i Mars znajdą się po przeciwnych stronach gwiazdy”.

Terraformowana asteroida jak z powieści „2312”

W powieści Kim Stanley Robinson ludzie terraformowali asteroidę i zbudowali na niej coś w rodzaju terrarium, w którym pod wpływem siły dośrodkowej powstaje sztuczna grawitacja.

Ekspert NASA Al Globus twierdzi, że najważniejsze będzie rozwiązanie problemu szczelności asteroidy, biorąc pod uwagę, że większość z nich wygląda na zasadniczo duże kawałki różnych kosmicznych „śmieci”. Ponadto ekspert twierdzi, że asteroidy bardzo trudno jest obracać, a zmiana środka ciężkości będzie wymagała pewnego wysiłku w dostosowaniu jej kursu.

„Jednak zbudowanie stacji kosmicznej na asteroidzie jest rzeczywiście możliwe. Konieczne będzie jedynie znalezienie największego i najbardziej odpowiedniego latającego kawałka skały” – mówi Du.

„Co ciekawe, NASA planuje coś podobnego w ramach swojej misji przekierowania asteroid”.

„Jednym z zadań jest wybranie najbardziej odpowiedniej asteroidy o pożądanej strukturze, kształcie i orbicie. Istniały koncepcje, według których rozważano kwestię umieszczenia asteroidy na okresowych orbitach pomiędzy Ziemią a Marsem. Zachowanie asteroid w tym przypadku zmieniło się w taki sposób, że pełniły one rolę transporterów pomiędzy obiema planetami. Z kolei dodatkowa masa wokół asteroidy zapewniła ochronę przed skutkami promieniowania kosmicznego.”

„Głównym zadaniem związanym z tą koncepcją byłoby przeniesienie na określoną orbitę asteroidy potencjalnie nadającej się do zamieszkania (wymagałoby to technologii, których obecnie nie posiadamy), a także wydobycie i przetwarzanie minerałów na tej asteroidzie. W tym też nie mamy jeszcze żadnego doświadczenia.

„Wielkość i gęstość takiego obiektu bardziej odpowiada wysłaniu tam 4-6-osobowej ekipy niż budowaniu czegoś na poziomie kolonii. NASA przygotowuje się teraz do tego.”

Jednak Interstellar to tylko science fiction, a dr White z kolei zajmuje się bardzo realną dziedziną opracowywania zaawansowanych technologii do podróży kosmicznych w laboratorium NASA. Nie ma tu już miejsca na science fiction. Tu jest prawdziwa nauka. A jeśli odłożymy na bok wszystkie problemy związane z obciętym budżetem agencji lotniczej, to następujące słowa White'a wyglądają całkiem obiecująco:

„Być może doświadczenie Star Trek w naszych czasach nie jest tak odległą możliwością”.

Innymi słowy, dr White chce powiedzieć, że on i jego koledzy nie są zajęci tworzeniem hipotetycznego filmu lub prostych szkiców 3D i pomysłów związanych z napędem warp. Nie tylko myślą, że zbudowanie napędu warp w prawdziwym życiu jest teoretycznie możliwe. Właściwie opracowują pierwszy napęd warp:

„Pracując w laboratorium Eagleworks, głęboko w Johnson Space Center NASA, dr White i jego zespół naukowców próbują znaleźć luki, które umożliwiłyby urzeczywistnienie tego marzenia. Zespół „stworzył już stanowisko symulacyjne do testowania specjalnego interferometru, za pomocą którego naukowcy będą próbować generować i wykrywać mikroskopijne pęcherzyki osnowy. Urządzenie nazywa się interferometrem pola warp White-Judy.

Może się to obecnie wydawać niewielkim osiągnięciem, ale odkrycia stojące za tym wynalazkiem mogą okazać się nieskończenie przydatne w przyszłych badaniach.

„Mimo że jest to tylko niewielki postęp w tym kierunku, to już może być dowodem na istnienie samej możliwości napędu warp, jak kiedyś pokazano Chicago Woodpile (pierwszy sztuczny reaktor jądrowy). W grudniu 1942 r. przeprowadzono pierwszą w historii demonstrację kontrolowanej, samowystarczalnej jądrowej reakcji łańcuchowej, w wyniku której wyprodukowano aż pół wata energii elektrycznej. Wkrótce po demonstracji, w listopadzie 1943 r., uruchomiono reaktor o mocy około czterech megawatów. Dostarczenie dowodu na istnienie jest momentem krytycznym dla idei naukowej i może być punktem wyjścia do rozwoju technologii.”

Jeśli praca naukowców ostatecznie zakończy się sukcesem, zdaniem dr White'a powstanie silnik, który przeniesie nas do Alfa Centauri „w ciągu dwóch tygodni czasu ziemskiego”. W tym przypadku upływ czasu na statku będzie taki sam jak na Ziemi.

„Siły pływowe wewnątrz bańki osnowy nie sprawią człowiekowi problemów, a całą podróż będzie dla niego postrzegany tak, jakby odbywał się w warunkach zerowego przyspieszenia. Kiedy pole warp zostanie włączone, nikt nie będzie przyciągany z ogromną siłą do kadłuba statku, nie, w tym przypadku podróż byłaby bardzo krótka i tragiczna.

Co się stało? Wiele rzeczy, w tym wojna w Wietnamie, skandal Watergate itp. Ale jeśli spojrzysz na korzeń i pozbędziesz się wszystkiego, co tymczasowe i nieistotne, okaże się, że tak naprawdę powód jest jeden: pieniądze.

Czasami zapominamy, że podróże kosmiczne są bardzo drogie. Umieszczenie zaledwie jednego funta czegokolwiek na orbicie okołoziemskiej kosztuje 10 000 dolarów. Wyobraź sobie naturalnej wielkości posąg Johna Glenna z litego złota, a będziesz mieć pojęcie o kosztach takich projektów. Wyprawa na Księżyc wymagałaby około 100 000 dolarów za funt ładunku. Lot na Marsa kosztowałby 1 milion dolarów za funt (w przybliżeniu waga diamentów).

Następnie, w latach 60., kwestia ceny praktycznie nie była brana pod uwagę: wszystko zostało objęte powszechnym entuzjazmem i wzrostem wyścigu kosmicznego z Rosjanami. Spektakularne osiągnięcia dzielnych astronautów zrekompensowały koszty lotów kosmicznych, zwłaszcza że obie strony były gotowe dołożyć wszelkich starań, aby zachować honor narodowy. Ale nawet supermocarstwa nie są w stanie unieść takiego ciężaru przez wiele dziesięcioleci.

To wszystko jest smutne! Minęło ponad 300 lat, odkąd Sir Izaak Newton po raz pierwszy spisał prawa ruchu, a proste obliczenia wciąż nas fascynują. Aby wyrzucić obiekt na niską orbitę okołoziemską, należy go rozpędzić do prędkości 7,9 km/s. Aby wysłać obiekt w podróż międzyplanetarną i wyprowadzić go poza pole grawitacyjne Ziemi, musimy nadać mu prędkość 11,2 km/s (A żeby osiągnąć tę magiczną liczbę - 11,2 km/s, musimy skorzystać z trzeciej zasady dynamiki Newtona : każde działanie generuje równy opór. Oznacza to, że rakieta może przyspieszyć, wyrzucając gorące gazy w przeciwnym kierunku, w podobny sposób, jak balon latający po pomieszczeniu, jeśli go napompujesz i zwolnisz zawór.) Zatem obliczenie kosztu. podróże kosmiczne z wykorzystaniem praw Newtona wcale nie są trudne. Nie ma ani jednego prawa natury (ani fizycznego, ani inżynieryjnego), które zabraniałoby nam eksploracji Układu Słonecznego; wszystko zależy od kosztów.

Ale to nie wystarczy. Rakieta musi przenosić paliwo, co znacznie zwiększa jej obciążenie. Samoloty mogą częściowo obejść ten problem, wychwytując tlen z atmosfery i wprowadzając go do silników. Ale w kosmosie nie ma powietrza, a rakieta musi zabrać ze sobą cały tlen i wodór.

Poza tym, że fakt ten sprawia, że ​​podróże kosmiczne są bardzo kosztowną przyjemnością, jest to główny powód, dla którego nie mamy plecaków rakietowych ani latających samochodów. Pisarze science fiction (ale nie naukowcy) uwielbiają wyobrażać sobie dzień, w którym wszyscy zapniemy rakiety i polecimy do pracy lub pojedziemy na niedzielny piknik rodzinnym latającym samochodem. Ludzie często są rozczarowani futurystami, ponieważ ich przewidywania nigdy się nie sprawdzają. (Dlatego istnieje tak wiele artykułów i książek o cynicznych tytułach, takich jak „Gdzie jest mój plecak odrzutowy?”). Jednak aby zrozumieć przyczynę, wystarczy wykonać proste obliczenia. Istnieją pakiety rakiet; w rzeczywistości naziści próbowali ich używać nawet podczas II wojny światowej. Ale nadtlenek wodoru, powszechnie stosowane w takich przypadkach paliwo, szybko się kończy, dlatego przeciętny lot na pakiecie rakietowym trwa zaledwie kilka minut. Podobnie latające samochody z wirnikami helikopterów spalają strasznie dużo paliwa, przez co są zbyt drogie dla przeciętnego człowieka.

Koniec programu księżycowego

To niebotycznie wysokie ceny podróży kosmicznych są przyczyną tego, że przyszłość załogowej eksploracji kosmosu wydaje się obecnie tak niepewna. George W. Bush jako prezydent przedstawił w 2004 roku jasny, ale dość ambitny plan programu kosmicznego. Po pierwsze, prom kosmiczny miał zostać wycofany w 2010 r. i do 2015 r. zastąpiony nowym systemem rakietowym o nazwie Constellation. Po drugie, do 2020 roku planowano powrót na Księżyc i docelowo założenie stałej zamieszkanej bazy na satelicie naszej planety. Po trzecie, wszystko to miało utorować drogę załogowemu lotowi na Marsa.

Jednak nawet od czasu przedstawienia planu Busha ekonomia przestrzeni kosmicznej uległa znaczącym zmianom, głównie dlatego, że Wielka Recesja opróżniła portfele z przyszłych podróży kosmicznych. Raport Komisji Augustyna z 2009 roku dla prezydenta Baracka Obamy wykazał, że pierwotny program był niewykonalny przy dostępnych poziomach finansowania. W 2010 roku prezydent Obama podjął praktyczne kroki, kończąc jednocześnie program promu kosmicznego i prace nad zamiennikiem promu kosmicznego, który utorowałby drogę do powrotu na Księżyc. W najbliższej przyszłości NASA, nie mając własnych rakiet do wysyłania naszych astronautów w kosmos, będzie zmuszona polegać na Rosjanach. Z drugiej strony sytuacja ta stymuluje wysiłki prywatnych firm w celu stworzenia rakiet niezbędnych do kontynuacji programu załogowego kosmosu. NASA, porzuciwszy swoją chwalebną przeszłość, nigdy więcej nie będzie budować rakiet dla programu załogowego. Zwolennicy planu Obamy twierdzą, że wyznacza on początek nowej ery eksploracji kosmosu, w której zwycięży prywatna inicjatywa. Krytycy twierdzą, że plan zmieniłby NASA w „agencję bez celu”.

Lądowanie na asteroidzie

W raporcie Komisji Augustyna zaproponowano tak zwaną elastyczną ścieżkę, obejmującą kilka dość skromnych celów, które nie wymagają szaleńczego zużycia paliwa rakietowego: na przykład podróż na pobliską asteroidę, która akurat przelatuje obok Ziemi, lub podróż do księżyce Marsa. Z raportu wynika, że ​​docelowej asteroidy po prostu nie ma jeszcze na naszych mapach: być może jest to nieznane, wędrujące ciało, które zostanie odkryte w najbliższej przyszłości.

Problem, jak wskazała Komisja w swoim raporcie, polega na tym, że paliwo rakietowe potrzebne do lądowania na Księżycu, a zwłaszcza na Marsie, a także do startu i powrotu, będzie zbyt drogie. Ponieważ jednak pole grawitacyjne na asteroidzie i satelitach Marsa jest bardzo słabe, potrzebne będzie wielokrotnie mniej paliwa. W raporcie Augustyna wspomniano także o możliwości odwiedzania punktów Lagrange'a, czyli miejsc w przestrzeni kosmicznej, w których przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Księżyca wzajemnie się kompensuje. (Jest całkiem możliwe, że punkty te służą za kosmiczne wysypisko śmieci, na którym od czasów starożytnych gromadziły się wszystkie śmieci zebrane przez Układ Słoneczny i trafiające w okolice Ziemi; astronauci mogli tam znaleźć ciekawe kamienie, których początki sięgają czasów powstawania układu Ziemia-Księżyc.)

Rzeczywiście lądowanie na asteroidzie jest niedrogim zadaniem, ponieważ asteroidy mają wyjątkowo słabe pole grawitacyjne. (Z tego też powodu asteroidy z reguły nie są okrągłe, ale mają nieregularny kształt. Wszystkie duże obiekty we Wszechświecie - gwiazdy, planety i satelity - są okrągłe, ponieważ siła grawitacji równomiernie przyciąga je do środka Wszelkie nierówności w kształcie planety stopniowo się wygładzają, ale siła grawitacji działająca na asteroidę jest tak słaba, że ​​nie jest w stanie sprasować asteroidy w kulę.)

Jednym z możliwych celów takiego lotu jest asteroida Apophis, która w 2029 roku powinna przelecieć niebezpiecznie blisko Ziemi. Skała ta, o średnicy około 300 m i wielkości dużego boiska do piłki nożnej, przeleci tak blisko planety, że pozostawi na zewnątrz niektóre z naszych sztucznych satelitów. Interakcja z naszą planetą zmieni orbitę asteroidy, a jeśli będziesz mieć pecha, może ona ponownie powrócić na Ziemię w 2036 roku; istnieje nawet niewielka szansa (1 na 100 000), że po powrocie wyląduje na Ziemi. Gdyby rzeczywiście tak się stało, siła uderzenia byłaby równa 100 000 bomb na Hiroszimę; Jednocześnie tornada ogniowe, fale uderzeniowe i gorące gruzy mogą całkowicie zdewastować obszar wielkości Francji. (Dla porównania: znacznie mniejszy obiekt, prawdopodobnie wielkości apartamentowca, spadł w pobliżu syberyjskiej rzeki Podkamennaya Tunguska w 1908 roku i eksplodując z siłą tysiąca bomb Hiroszima, powalił 2500 km 2 lasu. Fala uderzeniowa z tego powodu wybuch był odczuwalny w odległości kilku tysięcy kilometrów. Ponadto upadek stworzył niezwykłą poświatę na niebie nad Azją i Europą, tak że w Londynie nocą można było przeczytać gazetę na ulicy.)

Wizyta na Apophis nie będzie zbyt dużym obciążeniem dla budżetu NASA, gdyż asteroida i tak powinna przelecieć bardzo blisko, ale lądowanie na niej może być problemem. Ze względu na słabe pole grawitacyjne asteroidy statek nie musiałby na niej lądować w tradycyjnym sensie, a raczej dokować. Ponadto obraca się nierównomiernie, dlatego przed lądowaniem konieczne będzie dokonanie dokładnych pomiarów wszystkich parametrów. Ogólnie rzecz biorąc, ciekawie byłoby zobaczyć, jak twarda jest asteroida. Niektórzy naukowcy uważają, że może to być po prostu stos skał spajanych słabym polem grawitacyjnym; inni uważają, że jest solidny. Pewnego dnia wiedza o gęstości asteroid może okazać się kluczowa dla ludzkości; Możliwe, że pewnego dnia będziemy musieli rozbić asteroidę na kawałki za pomocą broni nuklearnej. Jeśli lecący w kosmos blok kamienia, zamiast rozpaść się na proszek, rozpadnie się na kilka dużych kawałków, ich upadek na Ziemię może być jeszcze bardziej niebezpieczny niż upadek całej asteroidy. Być może lepiej będzie popchnąć asteroidę, aby nieznacznie zmieniła jej orbitę, zanim zbliży się do Ziemi.

Lądowanie na satelicie Marsa

Choć Komisja Augustyna nie zaleciła misji załogowej na Marsa, pozostaje jeszcze jedna bardzo interesująca możliwość – wysłanie astronautów na marsjańskie księżyce Fobos i Deimos. Satelity te są znacznie mniejsze od ziemskiego Księżyca i dlatego, podobnie jak asteroidy, mają bardzo słabe pole grawitacyjne. Oprócz względnej taniości wizyta na satelicie Marsa ma kilka innych zalet:

1. Po pierwsze, satelity te mogłyby zostać wykorzystane jako tymczasowe stacje kosmiczne. Z nich można analizować planetę bez większych wydatków, bez schodzenia na jej powierzchnię.

2. Po drugie, kiedyś mogą się przydać jako etap pośredni wyprawy na Marsa. Z Fobosa do centrum Czerwonej Planety jest niecałe 10 000 km, więc można stamtąd polecieć w zaledwie kilka godzin.

3. Prawdopodobnie na tych satelitach znajdują się jaskinie, które można by wykorzystać do zorganizowania stałej bazy mieszkalnej i ochrony przed meteorytami i promieniowaniem kosmicznym. W szczególności na Fobosie znajduje się ogromny krater zwany Stickney; To prawdopodobnie ślad po uderzeniu ogromnego meteorytu, który niemal rozerwał satelitę. Stopniowo jednak grawitacja ponownie połączyła te elementy i odbudowała satelitę. Być może po tej dawno temu kolizji na Fobosie pozostało wiele jaskiń i pęknięć.

Wróć na Księżyc

Raport Augustine'a także mówi o nowej wyprawie na Księżyc, ale tylko pod warunkiem zwiększenia finansowania programów kosmicznych i przeznaczenia na ten program w ciągu najbliższych dziesięciu lat co najmniej 30 miliardów dolarów więcej. Ponieważ jest to wysoce nieprawdopodobne, program księżycowy można w zasadzie uznać za zamknięty, przynajmniej na nadchodzące lata.

Anulowany program księżycowy, nazwany Constellation, obejmował kilka głównych elementów. Po pierwsze, jest to pojazd nośny Ares V, pierwszy amerykański superciężki pojazd nośny od czasu wycofania Saturna na emeryturę we wczesnych latach siedemdziesiątych. Po drugie, ciężka rakieta Ares I i statek kosmiczny Orion, mogące zabrać sześciu astronautów na stację kosmiczną w pobliżu Ziemi lub czterech na Księżyc. I wreszcie moduł lądowania Altair, który tak naprawdę miał zejść na powierzchnię Księżyca.

Konstrukcja wahadłowca, w którym statek był zamontowany na boku, miała kilka istotnych wad, w tym tendencję lotniskowca do utraty kawałków pianki izolacyjnej podczas lotu. Dla statku kosmicznego Columbia okazało się to katastrofą: spłonął po powrocie na Ziemię, zabierając ze sobą siedmiu odważnych astronautów - a wszystko dlatego, że podczas startu kawałek pianki izolacyjnej wyrwany z zewnętrznego zbiornika paliwa uderzył krawędź skrzydła i wybiłem w nim dziurę. Po ponownym wejściu na pokład gorące gazy przedostały się do kadłuba Columbii, zabijając wszystkich w środku i powodując zniszczenie statku. W projekcie Constellation, gdzie moduł mieszkalny miał być umieszczony bezpośrednio na szczycie rakiety, taki problem by nie wystąpił.

Prasa nazwała projekt Constellation „programem Apollo na sterydach” - bardzo przypominał program księżycowy z lat 70. Długość rakiety Ares I miała wynieść prawie 100 m wobec 112,5 m w przypadku Saturna V. Zakładano, że rakieta ta wyniesie w przestrzeń kosmiczną załogowy statek kosmiczny Orion, zastępując w ten sposób przestarzałe promy. Do wystrzelenia modułu Altair i dostarczenia paliwa na lot na Księżyc NASA zamierzała wykorzystać rakietę Ares V o wysokości 118 m, zdolną wynieść na niską orbitę okołoziemską 188 ton ładunku. Rakieta Ares V miała być podstawą każdej misji na Księżyc lub Marsa. (Chociaż rozwój Aresa został wstrzymany, dobrze byłoby zachować przynajmniej coś z programu do wykorzystania w przyszłości; mówi się o tym.)

Stała baza księżycowa

Kończąc program Constellation, prezydent Obama pozostawił kilka opcji otwartych. Statek kosmiczny Orion, który miał po raz kolejny zabrać amerykańskich astronautów na Księżyc i z powrotem, zaczął być uważany za pojazd ratujący życie dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Być może w przyszłości, gdy gospodarka wyjdzie z kryzysu, jakaś inna administracja będzie chciała wrócić do programu księżycowego, w tym do projektu utworzenia bazy księżycowej.

Utworzenie stałej bazy mieszkalnej na Księżycu nieuchronnie napotka wiele przeszkód. Pierwszym z nich są mikrometeoryty. Ponieważ na Księżycu nie ma powietrza, kamienie z nieba spadają na jego powierzchnię bez przeszkód. Łatwo to sprawdzić, patrząc po prostu na powierzchnię naszego satelity, całkowicie usianą śladami długotrwałych zderzeń z meteorytami; niektóre z nich mają miliardy lat.

Wiele lat temu, kiedy byłem studentem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, widziałem to niebezpieczeństwo na własne oczy. Przywieziony przez astronautów na początku lat 70. gleba księżycowa wywołała prawdziwą sensację w świecie naukowym. Zostałem zaproszony do laboratorium, gdzie analizowano glebę księżycową pod mikroskopem. Na początku zobaczyłem kamień - wydał mi się zupełnie zwyczajny kamień (skały księżycowe są bardzo podobne do ziemskich), ale gdy tylko spojrzałem przez mikroskop... doznałem szoku! Cała skała pokryta była maleńkimi kraterami po meteorytach, w których można było dostrzec jeszcze mniejsze kratery. Nigdy wcześniej nie widziałem czegoś takiego. Uświadomiłem sobie, że w świecie pozbawionym atmosfery nawet najmniejszy pyłek kurzu, uderzając z prędkością ponad 60 000 km/h, może łatwo zabić – a jeśli nie, to zrobić dziurę w skafandrze kosmicznym. (Naukowcy wyobrażają sobie ogromne zniszczenia powodowane przez mikrometeoryty, ponieważ mogą symulować zderzenia z nimi. Laboratoria zaprojektowane specjalnie do badania natury takich zderzeń dysponują ogromnymi działami zdolnymi strzelać metalowymi kulkami z ogromnymi prędkościami.)

Jednym z możliwych rozwiązań jest zbudowanie bazy księżycowej pod powierzchnią. Wiadomo, że w starożytności Księżyc był aktywny wulkanicznie i astronautom być może uda się znaleźć rurę z lawą schodzącą głęboko pod ziemię. (Rury lawy to ślady starożytnych wylewów lawy, które wygryzły struktury przypominające jaskinie i tunele w głębinach). W 2009 roku astronomowie odkryli na Księżycu rurę lawy wielkości drapacza chmur, która mogłaby służyć jako podstawa stałej bazy księżycowej.

Taka naturalna jaskinia mogłaby zapewnić astronautom tanią ochronę przed promieniami kosmicznymi i rozbłyskami słonecznymi. Nawet podczas lotu z jednego końca kontynentu na drugi (na przykład z Nowego Jorku do Los Angeles) jesteśmy narażeni na promieniowanie na poziomie około jednego milibara na godzinę (co odpowiada prześwietleniu rentgenowskiemu u dentysty). Na Księżycu promieniowanie może być tak silne, że pomieszczenia mieszkalne bazy musiałyby znajdować się głęboko pod powierzchnią. W środowiskach pozbawionych atmosfery śmiercionośny deszcz rozbłysków słonecznych i promieni kosmicznych naraziłby astronautów na bezpośrednie ryzyko przedwczesnego starzenia się, a nawet raka.

Problemem jest również stan nieważkości, szczególnie przez długi czas. W centrum szkoleniowym NASA w Cleveland w stanie Ohio przeprowadza się różne eksperymenty na astronautach. Kiedyś widziałem osobę zawieszoną w pozycji poziomej za pomocą specjalnej uprzęży biegnącą po pionowo zainstalowanej bieżni. Naukowcy próbowali określić wytrzymałość obiektu w warunkach zerowej grawitacji.

Po rozmowach z lekarzami z NASA zdałem sobie sprawę, że nieważkość jest znacznie mniej nieszkodliwa, niż się wydaje na pierwszy rzut oka. Jeden z lekarzy wyjaśnił mi, że na przestrzeni kilkudziesięciu lat długotrwałe loty amerykańskich astronautów i rosyjskich kosmonautów w stanie nieważkości wyraźnie pokazały: w stanie nieważkości zachodzą istotne zmiany w organizmie człowieka, degradacji tkanki mięśniowej, kości i układu sercowo-naczyniowego. Nasze ciało jest wynikiem milionów lat rozwoju ziemskiego pola grawitacyjnego. W warunkach długotrwałego narażenia na słabsze pole grawitacyjne procesy biologiczne zawodzą.

Rosyjscy kosmonauci wracają na Ziemię po około roku w stanie nieważkości tak słabej, że ledwo mogą się czołgać. W kosmosie, nawet przy codziennym treningu, mięśnie zanikają, kości tracą wapń, a układ sercowo-naczyniowy słabnie. Niektórzy po locie regenerują się przez kilka miesięcy, a niektóre zmiany mogą być nieodwracalne. Podróż na Marsa może zająć dwa lata, a astronauci przybędą na miejsce tak osłabieni, że nie będą mogli pracować. (Jednym z rozwiązań tego problemu jest obrócenie statku międzyplanetarnego, tworząc w nim sztuczną grawitację. Mechanizm jest tutaj taki sam, jak przy obracaniu wiadra na linie, gdy woda nie wylewa się z niego nawet w pozycji odwróconej. Jest to jednak bardzo kosztowne, ponieważ utrzymanie rotacji będzie wymagało ciężkich i nieporęcznych maszyn, a każdy funt dodatkowego ciężaru oznacza wzrost kosztów projektu o 10 000 USD).

Woda na Księżycu

Jedno z ostatnich odkryć może poważnie zmienić warunki księżycowej gry: na Księżycu odkryto starożytny lód, prawdopodobnie pozostały po dawnych zderzeniach z kometami. W 2009 roku należąca do NASA sonda księżycowa LCROSS i jej górny człon Centaurus uderzyły w Księżyc w pobliżu jego bieguna południowego. Prędkość zderzenia wynosiła prawie 2500 m/s; W efekcie materiał z powierzchni został wyrzucony na wysokość ponad kilometra i pojawił się krater o średnicy około 20 m. Widzowie telewizyjni byli prawdopodobnie nieco rozczarowani, że w wyniku zderzenia nie doszło do obiecanej pięknej eksplozji, ale naukowcy byli zadowoleni: zderzenie okazało się bardzo pouczające. Tym samym w substancji wyrzuconej z powierzchni znaleziono około 100 litrów wody. A w 2010 roku wydano nowe szokujące stwierdzenie: w materiale księżycowym woda stanowi ponad 5% masy, więc na Księżycu jest być może więcej wilgoci niż w niektórych obszarach Sahary.

Odkrycie to może mieć ogromne implikacje: możliwe, że przyszli astronauci będą mogli wykorzystać podksiężycowe złoża lodu do produkcji paliwa rakietowego (poprzez ekstrakcję wodoru z wody), oddychania (poprzez ekstrakcję tlenu), ochrony (ponieważ woda pochłania promieniowanie) i picia ( naturalnie w postaci oczyszczonej). Zatem to odkrycie pomoże kilkakrotnie obniżyć koszty każdego programu księżycowego.

Uzyskane wyniki mogą oznaczać także, że podczas budowy i w przyszłości podczas zasilania bazy astronauci będą mogli korzystać z lokalnych zasobów – wody i wszelkiego rodzaju minerałów.

Średniowiecze

(2030–2070)

Lot na Marsa

W 2010 roku prezydent Obama, odwiedzając Florydę, nie tylko ogłosił zamknięcie programu księżycowego, ale także w zamian wsparł misję na Marsa i finansowanie nieokreślonej jeszcze ciężkiej rakiety nośnej, która pewnego dnia mogłaby wynieść astronautów w przestrzeń kosmiczną, poza orbita księżycowa. Zasugerował, że ma nadzieję poczekać na dzień – być może w połowie lat 30. XXI wieku – kiedy amerykańscy astronauci postawią stopę na powierzchni Marsa. Niektórzy astronauci, jak Buzz Aldrin, gorąco poparli plan Obamy właśnie dlatego, że zaproponowano pominięcie Księżyca. Aldrin powiedział mi kiedyś, że skoro Amerykanie byli już na Księżycu, teraz jedynym prawdziwym osiągnięciem będzie lot na Marsa.

Ze wszystkich planet Układu Słonecznego tylko Mars wydaje się na tyle podobny do Ziemi, że mogła tam powstać jakaś forma życia. (Merkury spalony przez Słońce jest prawdopodobnie zbyt wrogi, aby podtrzymać życie, jakie znamy. Gazowe olbrzymy Jowisz, Saturn, Uran i Neptun są zbyt zimne, aby podtrzymać życie. Wenus jest pod wieloma względami bliźniaczą Ziemi, ale bardziej dziką. Efekt cieplarniany sprawił, że panują tam po prostu piekielne warunki: temperatury sięgają +500°C, atmosfera składająca się głównie z dwutlenku węgla jest 100 razy gęstsza od ziemskiej, a z nieba pada deszcz kwasu siarkowego. Próba chodzenia po powierzchni Wenus udusi się i zostanie zmiażdżona śmierć, twoje szczątki usmażą się i rozpuszczą w kwasie siarkowym.)

Z drugiej strony Mars był kiedyś dość wilgotną planetą. Tam, podobnie jak na Ziemi, były oceany i rzeki, które dawno zniknęły. Dziś jest to zamarznięta, pozbawiona życia pustynia. Możliwe jest jednak, że dawno temu – miliardy lat temu – na Marsie kwitło mikrożycie; Możliwe jest nawet, że bakterie nadal żyją gdzieś w gorących źródłach.

Gdy Stany Zjednoczone zdecydują się stanowczo na załogową wyprawę na Marsa, jej realizacja zajmie kolejne 20–30 lat. Należy jednak zauważyć, że znacznie trudniej będzie dostać się na Marsa niż na Księżyc. Mars w porównaniu do Księżyca to jakościowy skok w złożoności. Na Księżyc można polecieć w trzy dni, a dotarcie na Marsa zajmie od sześciu miesięcy do roku.

W lipcu 2009 roku naukowcy z NASA oszacowali, jak mogłaby wyglądać prawdziwa wyprawa na Marsa. Astronauci polecą na Marsa przez około sześć miesięcy, następnie spędzą 18 miesięcy na Czerwonej Planecie, a następnie kolejne sześć miesięcy i powrócą.

W sumie na Marsa trzeba będzie wysłać około 700 ton sprzętu – to więcej niż Międzynarodowa Stacja Kosmiczna kosztująca 100 miliardów dolarów. Aby zaoszczędzić na żywności i wodzie, podczas podróży i pracy na Marsie astronauci będą musieli samodzielnie oczyszczać odpady i wykorzystywać je do nawożenia roślin. Na Marsie nie ma tlenu, gleby, wody, zwierząt ani roślin, więc wszystko trzeba będzie sprowadzić z Ziemi. Nie będzie możliwości wykorzystania zasobów lokalnych. Atmosfera Marsa składa się prawie wyłącznie z dwutlenku węgla, a ciśnienie atmosferyczne stanowi zaledwie 1% ciśnienia ziemskiego. Jakakolwiek dziura w kombinezonie będzie oznaczać gwałtowny spadek ciśnienia i śmierć.

Wyprawa będzie na tyle złożona, że ​​trzeba będzie ją podzielić na kilka etapów. Ponieważ przewożenie paliwa w drodze powrotnej z Ziemi byłoby zbyt kosztowne, możliwe, że trzeba będzie wysłać na Marsa oddzielną rakietę z paliwem, aby zatankować pojazd międzyplanetarny. (Lub, jeśli z marsjańskiego lodu uda się wydobyć wystarczającą ilość tlenu i wodoru, można je wykorzystać jako paliwo rakietowe).

Po dotarciu na Marsa astronauci będą prawdopodobnie musieli spędzić kilka tygodni na przystosowywaniu się do życia na innej planecie. Cykl dnia i nocy jest tam mniej więcej taki sam jak na Ziemi (dzień marsjański jest nieco dłuższy i wynosi 24,6 godziny), ale rok na Marsie jest dwa razy dłuższy niż na Ziemi. Temperatura prawie nigdy nie przekracza zera. Szaleją tam gwałtowne burze piaskowe. Piaski na Marsie są drobne jak talk, a burze piaskowe często pokrywają całą planetę.

Terraformować Marsa?

Załóżmy, że do połowy stulecia astronauci odwiedzą Marsa i założą tam prymitywną bazę. Ale to nie wystarczy. Ogólnie rzecz biorąc, ludzkość prawdopodobnie poważnie rozważy projekt terraformowania Marsa - przekształcenia go w planetę przyjemniejszą do życia. Prace nad tym projektem rozpoczną się co najwyżej pod koniec XXI wieku, a najprawdopodobniej nawet na początku następnego.

Naukowcy rozważali już kilka sposobów, aby uczynić Marsa bardziej gościnnym miejscem. Prawdopodobnie najprostszym z nich jest dodanie metanu lub innego gazu cieplarnianego do atmosfery Czerwonej Planety. Metan jest silniejszym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla, więc atmosfera metanowa będzie zatrzymywać światło słoneczne i stopniowo ogrzewać powierzchnię planety. Temperatury wzrosną powyżej zera. Oprócz metanu jako opcję rozważa się również inne gazy cieplarniane, takie jak amoniak i freon.

Wraz ze wzrostem temperatury wieczna zmarzlina zacznie się topić po raz pierwszy od miliardów lat, dzięki czemu kanały rzeczne ponownie wypełnią się wodą. Z biegiem czasu, gdy atmosfera stanie się gęstsza, na Marsie mogą ponownie utworzyć się jeziora, a nawet oceany. W rezultacie uwolni się jeszcze więcej dwutlenku węgla – powstanie dodatnie sprzężenie zwrotne.

W 2009 roku odkryto, że metan w sposób naturalny uwalniał się z powierzchni Marsa. Źródło tego gazu wciąż pozostaje tajemnicą. Na Ziemi metan powstaje głównie w wyniku rozkładu materiałów organicznych, ale na Marsie może być produktem ubocznym niektórych procesów geologicznych. Jeśli naukowcom uda się ustalić źródło tego gazu, być może uda im się zwiększyć jego wydobycie, a tym samym zmienić atmosferę planety.

Inną możliwością jest wysłanie komety w atmosferę Marsa. Jeśli uda się przechwycić kometę wystarczająco daleko od Słońca, wystarczy nawet niewielkie uderzenie – pchnięcie specjalnego silnika rakietowego, zderzenie pod kątem prostym ze statkiem kosmicznym, czy choćby samo przyciąganie grawitacyjne tego aparatu w razie potrzeby zmienić orbitę statku kosmicznego. Komety składają się głównie z wody, a jest ich wiele w Układzie Słonecznym. (Na przykład jądro komety Halleya ma kształt orzeszka ziemnego, ma średnicę około 30 km i składa się głównie z lodu i skał.) Gdy kometa zbliża się do Marsa, zacznie odczuwać tarcie z atmosferą i powoli rozpadać się, uwalniając wodę w postaci pary do atmosfery planety.

Jeśli nie zostanie znaleziona odpowiednia kometa, zamiast niej można zastosować jeden z lodowych księżyców Jowisza lub, powiedzmy, asteroidę zawierającą lód, taką jak Ceres (naukowcy uważają, że składa się ona w 20% z wody). Oczywiście trudniej będzie skierować Księżyc lub asteroidę w pożądanym kierunku, ponieważ z reguły takie ciała niebieskie znajdują się na stabilnych orbitach. I wtedy są dwie możliwości: będzie można pozostawić daną kometę, księżyc czy asteroidę na orbicie Marsa i pozwolić jej na powolne zapadnięcie się, uwalniając parę wodną do atmosfery, albo sprowadzić to ciało niebieskie na jedną z czapy polarne Marsa. Regiony polarne Czerwonej Planety to zamarznięty dwutlenek węgla, który znika w miesiącach letnich, oraz lód, który stanowi podstawę i nigdy się nie topi. Jeśli kometa, księżyc lub asteroida zderzy się z pokrywą lodową, wyzwolą się ogromne ilości energii, a suchy lód wyparuje. Gaz cieplarniany przedostanie się do atmosfery i przyspieszy proces globalnego ocieplenia na Marsie. W tej opcji może również wystąpić pozytywne sprzężenie zwrotne. Im więcej dwutlenku węgla uwolni się z polarnych regionów planety, tym wyższa będzie temperatura, a co za tym idzie, uwolnionych zostanie jeszcze więcej dwutlenku węgla.

Inną propozycją jest zdetonowanie kilku bomb nuklearnych na polarnych czapach lodowych. Wada tej metody jest oczywista: istnieje możliwość, że uwolniona woda będzie radioaktywna. Można też spróbować zbudować tam reaktor termojądrowy, który stopi lód regionów polarnych.

Głównym paliwem reaktora termojądrowego jest woda, a na Marsie jest mnóstwo zamarzniętej wody.

Kiedy temperatura wzrośnie powyżej punktu zamarzania, na powierzchni utworzą się płytkie zbiorniki wodne, które mogą zostać skolonizowane przez niektóre formy glonów, które rozwijają się na Antarktydzie na Ziemi. Prawdopodobnie spodoba im się atmosfera Marsa, która składa się w 95% z dwutlenku węgla. Możliwa jest także genetyczna modyfikacja glonów, aby zapewnić ich jak najszybszy wzrost. Stawy glonowe przyspieszą terraformację na kilka sposobów. Po pierwsze, glony przekształcają dwutlenek węgla w tlen. Po drugie, zmienią kolor powierzchni Marsa, a co za tym idzie, jego współczynnik odbicia. Ciemniejsza powierzchnia pochłonie więcej promieniowania słonecznego. Po trzecie, ponieważ glony będą rosły same, bez pomocy z zewnątrz, ta metoda zmiany sytuacji na planecie będzie stosunkowo tania. Po czwarte, algi można wykorzystać jako pożywienie. Z biegiem czasu te jeziora glonów będą gromadzić wierzchnią warstwę gleby i składniki odżywcze; Rośliny mogą to wykorzystać i jeszcze bardziej przyspieszyć produkcję tlenu.

Naukowcy rozważają także możliwość otoczenia Marsa satelitami, które zbierałyby światło słoneczne i kierowały je na powierzchnię planety. Możliwe, że takie satelity, nawet same, będą w stanie podnieść temperaturę na powierzchni Marsa do punktu zamarzania i powyżej. Gdy tylko to nastąpi i wieczna zmarzlina zacznie się topić, planeta w naturalny sposób rozgrzeje się.

Korzysci ekonomiczne?

Nie należy mieć złudzeń i sądzić, że kolonizacja Księżyca i Marsa natychmiast przyniesie ludzkości niezliczone korzyści gospodarcze. Kiedy Kolumb dopłynął do Nowego Świata w 1492 roku, otworzył dostęp do skarbów niespotykanych w historii. Już wkrótce konkwistadorzy zaczęli wysyłać do swojej ojczyzny złoto zrabowane miejscowym Indianom w ogromnych ilościach z nowo odkrytych miejsc, a osadnikom – cenne surowce i produkty rolne. Koszty wypraw do Nowego Świata rekompensowały niezliczone skarby, jakie można było tam znaleźć.

Ale kolonie na Księżycu i Marsie to inna sprawa. Nie ma powietrza, ciekłej wody ani żyznej gleby, więc wszystko, czego potrzebujesz, trzeba będzie dostarczyć z Ziemi rakietami, co jest niewiarygodnie drogie. Co więcej, kolonizacja Księżyca, przynajmniej na krótką metę, nie ma szczególnego sensu militarnego. Podróż z Ziemi na Księżyc lub z powrotem zajmuje średnio trzy dni, a wojna nuklearna może rozpocząć się i zakończyć już w ciągu zaledwie półtorej godziny – od momentu wystrzelenia pierwszych międzykontynentalnych rakiet balistycznych do ostatnich eksplozji. Kosmiczna kawaleria z Księżyca po prostu nie będzie miała czasu, aby wziąć jakikolwiek realny udział w wydarzeniach na Ziemi. W rezultacie Pentagon nie finansuje żadnych większych programów militaryzacji Księżyca.

Oznacza to, że wszelkie operacje na dużą skalę mające na celu eksplorację innych światów będą miały na celu korzyść nie Ziemi, ale nowych kolonii kosmicznych. Koloniści będą musieli wydobywać metale i inne minerały na własne potrzeby, gdyż transport ich z Ziemi (i na Ziemię też) jest zbyt kosztowny. Wydobycie w pasie asteroid stanie się ekonomicznie opłacalne tylko wtedy, gdy pojawią się samowystarczalne kolonie, które będą mogły samodzielnie korzystać z wydobytego surowca, a stanie się to co najwyżej pod koniec tego stulecia lub, co bardziej prawdopodobne, później.

Turystyka kosmiczna

Ale kiedy zwykły cywil będzie mógł polecieć w kosmos? Niektórzy naukowcy, jak na przykład nieżyjący już Gerard O'Neill z Uniwersytetu Princeton, marzyli o kosmicznej kolonii w kształcie gigantycznego koła, w której mieściłyby się pomieszczenia mieszkalne, fabryki oczyszczania wody, pomieszczenia regeneracji powietrza itp. Znaczenie takich stacji - w rozwiązaniu problemu przeludnienia. Jednak w XXI wieku pomysł, że kolonie kosmiczne mogłyby rozwiązać lub przynajmniej złagodzić ten problem, nadal pozostanie fantazją. Dla większości ludzkości Ziemia będzie ich jedynym domem przez co najmniej kolejne 100–200 lat.

Jednak nadal istnieje sposób, w jaki przeciętny człowiek może polecieć w kosmos: jako turysta. Są przedsiębiorcy, którzy krytykują NASA za straszliwą nieefektywność i biurokrację i sami są gotowi inwestować pieniądze w technologie kosmiczne, wierząc, że mechanizmy rynkowe pomogą prywatnym inwestorom obniżyć koszty podróży kosmicznych. Burt Rutan i jego inwestorzy zdobyli już nagrodę Ansari X o wartości 10 milionów dolarów 4 października 2004 r., wystrzeliwując statek SpaceShipOne dwukrotnie w ciągu dwóch tygodni na wysokość nieco ponad 100 km nad powierzchnią Ziemi. SpaceShipOne to pierwsza rakieta, która z powodzeniem poleciał w kosmos przy wykorzystaniu prywatnych środków. Jego rozwój kosztował około 25 milionów dolarów. Gwarantem pożyczek był miliarder Microsoftu Paul Allen.

Obecnie statek kosmiczny SpaceShipTwo jest już prawie gotowy. Rutan wierzy, że już wkrótce będzie można rozpocząć testy, po których komercyjny statek kosmiczny stanie się rzeczywistością. Miliarder Richard Branson z Virgin Atlantic stworzył Virgin Galactic z portem kosmicznym w Nowym Meksyku i długą listą osób gotowych wydać 200 000 dolarów, aby zrealizować swoje życiowe marzenie o wyprawie w kosmos. Virgin Galactic, która prawdopodobnie będzie pierwszą dużą firmą oferującą komercyjne loty w przestrzeń kosmiczną, zamówiła już pięć statków SpaceShipTwo. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, koszt podróży kosmicznych spadnie dziesięciokrotnie.

SpaceShipTwo oferuje kilka sposobów na zaoszczędzenie pieniędzy. Zamiast używać ogromnych rakiet nośnych przeznaczonych do wystrzeliwania ładunków w przestrzeń kosmiczną bezpośrednio z Ziemi, Rutan umieszcza swój statek kosmiczny w samolocie i napędza go za pomocą konwencjonalnych atmosferycznych silników odrzutowych. W tym przypadku tlen jest wykorzystywany w atmosferze. Następnie na wysokości około 16 km nad ziemią statek oddziela się od samolotu i włącza własne silniki odrzutowe. Statek nie może wejść na niską orbitę okołoziemską, ale znajdujące się na nim zapasy paliwa wystarczą, aby wznieść się ponad 100 kilometrów nad powierzchnię Ziemi – tam, gdzie prawie nie ma atmosfery, a pasażerowie mogą zobaczyć, jak niebo stopniowo czernieje. Silniki te są w stanie rozpędzić statek do prędkości odpowiadającej M=3, czyli do trzykrotności prędkości dźwięku (około 3500 km/h). To oczywiście nie wystarczy, aby wynieść go na orbitę (tutaj, jak już wspomniano, potrzebna jest prędkość co najmniej 28 500 km/h, co odpowiada 7,9 km/s), ale wystarczy, aby dostarczyć pasażerów na krawędź atmosfery ziemskiej i przestrzeni kosmicznej. Całkiem możliwe, że w najbliższej przyszłości turystyczny lot w kosmos będzie kosztował nie więcej niż safari w Afryce.

(Aby jednak latać dookoła Ziemi, trzeba będzie zapłacić znacznie więcej i wejść na pokład stacji kosmicznej. Kiedyś zapytałem miliardera Microsoftu Charlesa Simonyi, ile kosztował go bilet na ISS. Doniesienia prasowe podniosły tę liczbę na 20 milionów dolarów Odpowiedział, że nie chce podawać dokładnej kwoty, ale doniesienia gazet nie myliły się tak bardzo, że w kosmosie poleciał ponownie, więc jeszcze w najbliższej przyszłości turystyka kosmiczna pozostanie przywilejem bardzo zamożnych ludzi.)

We wrześniu 2010 roku turystyka kosmiczna zyskała dodatkowy impuls ze strony Boeing Corporation, która ogłosiła wejście na ten rynek i zaplanowała pierwsze loty dla turystów kosmicznych już w 2015 roku. Byłoby to w pełni spójne z planami prezydenta Obamy dotyczącymi przeniesienia załogowych lotów kosmicznych do prywatnych ręce. Plan Boeinga zakłada wystrzelenie z Cape Canaveral kapsuły z czterema członkami załogi i trzema pustymi miejscami dla turystów kosmicznych na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Boeing wyraził się jednak dość jasno, jeśli chodzi o finansowanie prywatnych projektów kosmicznych: większość pieniędzy będą musieli zapłacić podatnicy. „To niepewny rynek” – mówi John Elbon, dyrektor programu komercyjnego startu w przestrzeń kosmiczną. „Gdybyśmy musieli polegać wyłącznie na funduszach Boeinga, biorąc pod uwagę wszystkie czynniki ryzyka, nie bylibyśmy w stanie pomyślnie zakończyć sprawy”.

Ciemne konie

Niezwykle wysokie koszty podróży kosmicznych wstrzymują postęp zarówno komercyjny, jak i naukowy, dlatego ludzkość potrzebuje obecnie zupełnie nowej, rewolucyjnej technologii. Do połowy stulecia naukowcy i inżynierowie muszą udoskonalić nowe rakiety nośne, aby obniżyć koszty wystrzelenia.

Fizyk Freeman Dyson wśród wielu propozycji zidentyfikował kilka technologii, które obecnie znajdują się w fazie eksperymentalnej, ale pewnego dnia mogą sprawić, że przestrzeń kosmiczna stanie się dostępna nawet dla przeciętnego człowieka. Żadna z tych propozycji nie gwarantuje sukcesu, ale jeśli się powiedzie, koszt dostarczenia ładunku w przestrzeń kosmiczną gwałtownie spadnie. Pierwszą z tych propozycji są laserowe systemy napędowe: potężna wiązka lasera pochodząca z zewnętrznego źródła (np. z Ziemi) kierowana jest na podstawę rakiety, gdzie powoduje minieksplozję, której fala uderzeniowa ustawia rakieta w ruchu. Stały strumień impulsów laserowych odparowuje wodę, a powstająca para wyrzuca rakietę w przestrzeń kosmiczną. Główną zaletą laserowego silnika odrzutowego jest to, że energia do niego pochodzi ze źródła zewnętrznego – z lasera stacjonarnego. Rakieta laserowa zasadniczo nie przenosi paliwa. (Dla kontrastu rakiety chemiczne zużywają znaczną część swojej energii na podnoszenie i transportowanie paliwa do własnych silników.)

Technologia napędu laserowego została już zademonstrowana w laboratorium, gdzie w 1997 r. pomyślnie przetestowano model. Leik Mirabo z Rensselaer Polytechnic Institute w Nowym Jorku stworzył działający prototyp takiej rakiety i nazwał ją demonstratorem technologii latarniowców. Jeden z jego pierwszych latających modeli ważył 50 gramów i był „płytą” o średnicy około 15 cm. Laser o mocy 10 kW wygenerował serię laserowych eksplozji u podstawy rakiety; powietrzne fale uderzeniowe przyspieszyły go z przyspieszeniem 2 g (co stanowi dwukrotność przyspieszenia swobodnego spadania na Ziemi i wynosi około 19,6 m/s 2) i wydaje dźwięki przypominające strzały z karabinu maszynowego. Flary Mirabeau wzniosły się w powietrze na wysokość ponad 30 m (mniej więcej tyle, co pierwsze rakiety na paliwo ciekłe Roberta Goddarda w latach trzydziestych XX wieku).

Dyson marzy o dniu, w którym systemy napędu laserowego będą mogły wystrzelić ciężkie ładunki na orbitę okołoziemską już za pięć dolarów za funt, co z pewnością zrewolucjonizuje przemysł kosmiczny. Wyobraża sobie gigantyczny laser o mocy 1000 megawatów (moc standardowej jednostki jądrowej), który będzie w stanie wyrzucić na orbitę dwutonową rakietę, składający się z ładunku i zbiornika wody u podstawy. Woda powoli przenika przez maleńkie pory w dolnej ścianie zbiornika. Zarówno ładunek, jak i zbiornik ważą tonę. Kiedy wiązka lasera uderza w dno rakiety, woda natychmiast wyparowuje, tworząc serię fal uderzeniowych, które wyrzucają rakietę w przestrzeń kosmiczną. Rakieta osiąga przyspieszenie 3 g i sześć minut później wchodzi na niską orbitę okołoziemską.

Ponieważ sama rakieta nie przenosi paliwa, nie ma niebezpieczeństwa katastrofalnej eksplozji nośnika. W przypadku rakiet chemicznych nawet dzisiaj, 50 lat po Sputniku 1, prawdopodobieństwo awarii wynosi około 1%. A te awarie z reguły wyglądają bardzo imponująco - tlen i wodór eksplodują w gigantyczne kule ognia, a na platformę startową spada deszcz gruzu. Natomiast system laserowy jest prosty, bezpieczny i można go używać wielokrotnie w bardzo krótkich odstępach czasu; Do jego działania wystarczy woda i laser.

Co więcej, z czasem ten system się zwróci. Jeśli będzie on wykorzystywany do wystrzeliwania pół miliona statków kosmicznych rocznie, opłata za start z łatwością pokryje zarówno koszty operacyjne, jak i koszty rozwoju i budowy. Dyson jednak rozumie, że minie kolejna dekada, zanim to marzenie się spełni. Badania podstawowe w dziedzinie laserów dużej mocy będą wymagały znacznie więcej pieniędzy, niż może przeznaczyć jakakolwiek uczelnia. Jeśli rozwój nie zostanie sfinansowany przez rząd lub jakąś dużą korporację, laserowe systemy napędowe nigdy nie zostaną zbudowane.

I tutaj Nagroda Fundacji może się bardzo przydać. Rozmawiałem kiedyś z Peterem Diamandisem, który założył tę organizację w 1996 roku, i odkryłem, że doskonale zdawał sobie sprawę z ograniczeń rakiet chemicznych. Przyznał mi, że nawet w przypadku SpaceShipTwo znaleźliśmy się w obliczu faktu, że rakiety chemiczne są bardzo kosztownym sposobem na ucieczkę przed wpływem grawitacji. W efekcie kolejna X Nagroda trafi do osoby, która stworzy rakietę napędzaną wiązką energii. (Ale zamiast wiązki lasera ma wykorzystywać inną wiązkę energii elektromagnetycznej podobną do lasera - wiązkę mikrofal.)

Szum wokół nagrody i samej wielomilionowej nagrody może wystarczyć, aby wzbudzić zainteresowanie problemem rakiet niechemicznych, takich jak rakieta mikrofalowa, wśród przedsiębiorców i wynalazców.

Istnieją inne eksperymentalne projekty rakiet, ale ich rozwój stwarza inne ryzyko. Jedną z opcji jest armata gazowa, która wystrzeliwuje coś w rodzaju pocisków z ogromnej beczki, coś w rodzaju pocisku z powieści Juliusza Verne’a „Z Ziemi na Księżyc”. Pocisk Verne’a nie dotarłby jednak na Księżyc, gdyż proch strzelniczy nie był w stanie rozpędzić go do prędkości 11 km/s wymaganej do ucieczki z ziemskiego pola grawitacyjnego. W broni gazowej zamiast prochu pociski będą wypychane z dużą prędkością przez gaz sprężony pod wysokim ciśnieniem w długiej rurze. Nieżyjący już Abraham Hertzberg z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle zbudował prototyp takiego pistoletu, o średnicy około 10 cm i długości około 10 m. Gaz wewnątrz pistoletu to mieszanina metanu i powietrza sprężona do 25 atmosfer. Gaz zostaje zapalony, a pocisk w lufie jest przyspieszany z siłą 30 000 g, co spłaszcza większość metalowych przedmiotów.

Herzberg udowodnił, że broń gazowa może działać. Aby jednak wyrzucić pocisk w przestrzeń, jego lufa musi być znacznie dłuższa, około 230 m; Ponadto różne gazy muszą działać wzdłuż trajektorii przyspieszenia w lufie pistoletu. Aby ładunek osiągnął pierwszą prędkość ucieczki, konieczne jest zorganizowanie w lufie pięciu sekcji z różnymi gazami roboczymi.

Koszt wystrzelenia z broni gazowej może być nawet niższy niż przy użyciu systemu laserowego. Wystrzeliwanie w ten sposób pojazdów załogowych w przestrzeń kosmiczną jest jednak zbyt niebezpieczne: tylko solidny ładunek jest w stanie wytrzymać intensywne przyspieszenie w lufie.

Trzeci eksperymentalny projekt to „slingatron”, który niczym proca powinien kręcić ładunkiem, a następnie wyrzucić go w powietrze.

Prototyp tego urządzenia zbudował Derek Tidman; jego model stołowy jest w stanie obrócić obiekt w ciągu kilku sekund i rzucić nim z prędkością do 100 m/s. Prototyp slingatronu to rurka w kształcie pączka o średnicy około metra. Sama rurka ma około 2,5 cm średnicy i zawiera małą stalową kulkę. Piłka toczy się po rurze pierścieniowej, a małe silniki popychają ją i zmuszają do przyspieszenia.

Prawdziwy slingatron, którego zadaniem będzie wyrzucenie ładunku na niską orbitę okołoziemską, powinien być znacznie większy - średnica około stu kilometrów; dodatkowo musi pompować energię do piłki, aż przyspieszy do 11,2 km/s. Piłka wyleci z procy z przyspieszeniem 1000 g, co też jest dużo. Nie każdy ładunek jest w stanie wytrzymać takie przyspieszenie. Zanim będzie można zbudować prawdziwy slingatron, należy rozwiązać wiele problemów technicznych, z których najważniejszym jest zminimalizowanie tarcia pomiędzy kulą a rurką.

Sfinalizowanie każdego z trzech wymienionych projektów, nawet w najlepszym przypadku, zajmie kilkanaście lat i to tylko pod warunkiem przejęcia finansowania przez rząd lub prywatny biznes. W przeciwnym razie prototypy te na zawsze pozostaną na stołach swoich wynalazców.

Daleka przyszłość

(2070–2100)

Kosmiczna winda

Możliwe, że do końca tego stulecia rozwój nanotechnologii umożliwi powstanie nawet słynnej windy kosmicznej. Człowiek, niczym Jack na łodydze fasoli, może wspiąć się na chmury i jeszcze dalej. Wejdziemy do windy, wciśniemy przycisk „w górę” i wspinamy się po włóknie, czyli nanorurce węglowej o długości tysięcy kilometrów. Oczywiste jest, że taki nowy produkt mógłby zrewolucjonizować ekonomikę podróży kosmicznych i wywrócić wszystko do góry nogami.

W 1895 roku rosyjski fizyk Konstantin Ciołkowski, zainspirowany budową Wieży Eiffla, wówczas najwyższej konstrukcji na świecie, zadał sobie proste pytanie: dlaczego nie można zbudować takiej wieży tak wysokiej jak kosmos? Obliczył, że jeśli będzie wystarczająco wysoki, zgodnie z prawami fizyki nigdy nie spadnie. Nazwał tę budowlę „niebiańskim pałacem”.

Wyobraź sobie piłkę. Jeśli zaczniesz kręcić nią na sznurku, siła odśrodkowa będzie wystarczająca, aby zapobiec upadkowi piłki. Podobnie, jeśli lina jest wystarczająco długa, siła odśrodkowa zapobiegnie upadkowi ciężarka przymocowanego do końca na ziemię. Obrót Ziemi wystarczy, aby utrzymać kabel na niebie. Kiedy lina windy kosmicznej wyciągnie się ku niebu, każdy pojazd zdolny do poruszania się po niej będzie mógł bezpiecznie polecieć w przestrzeń kosmiczną.

Na papierze wydaje się, że ta sztuczka działa. Ale niestety, jeśli spróbujesz zastosować prawa ruchu Newtona i obliczyć napięcie w linie, okaże się, że to napięcie przekracza wytrzymałość stali: każda lina po prostu pęknie, co uniemożliwi zbudowanie kosmicznej windy.

Przez wiele lat, a nawet dziesięcioleci, pomysł windy kosmicznej został albo zapomniany, albo ponownie omówiony, by ponownie zostać odrzucony z tego samego powodu. W 1957 roku rosyjski naukowiec Jurij Artsutanow zaproponował własną wersję projektu, zgodnie z którą winda miała być zbudowana nie od dołu do góry, ale wręcz przeciwnie, od góry do dołu. Zaproponowano wysłanie na orbitę statku kosmicznego, który następnie opuściłby stamtąd linę; Pozostaje tylko przymocować go do podłoża. W popularyzację tego projektu przyłożyli się także pisarze science fiction. Arthur C. Clarke wyobraził sobie windę kosmiczną w swojej powieści „Źródła nieba” z 1979 r. i Robert Heinlein w powieści „Frida” z 1982 r.

Nanorurki węglowe ożywiły ten pomysł. Jak już widzieliśmy, mają one największą wytrzymałość ze wszystkich znanych materiałów. Są mocniejsze od stali, a potencjalna wytrzymałość nanorurek mogłaby wytrzymać obciążenia powstające podczas projektowania kosmicznej windy.

Problem polega jednak na stworzeniu łańcucha z czystych nanorurek węglowych o długości 80 000 km. To niezwykle trudne zadanie, gdyż dotychczas naukowcom udało się w laboratorium pozyskać zaledwie kilka centymetrów czystych nanorurek węglowych. Można oczywiście skręcić ze sobą miliardy nanowłókien, ale te włókna nie będą trwałe. Celem jest stworzenie długiej nanorurki, w której każdy atom węgla będzie ściśle na swoim miejscu.

W 2009 roku naukowcy z Rice University ogłosili ważne odkrycie: powstałe włókna nie są czyste, ale kompozytowe, ale opracowali technologię, która jest wystarczająco elastyczna, aby tworzyć nanorurki węglowe o dowolnej długości. Metodą prób i błędów naukowcy odkryli, że nanorurki węglowe można rozpuścić w kwasie chlorosulfonowym, a następnie wycisnąć z dyszy niczym strzykawkę. Metodą tą można wyprodukować włókno z nanorurek węglowych o dowolnej długości, a jego grubość wynosi 50 mikronów.

Jednym z komercyjnych zastosowań włókna nanorurek węglowych są linie energetyczne, ponieważ nanorurki przewodzą prąd lepiej niż miedź, są lżejsze i mocniejsze. Profesor inżynierii na Uniwersytecie Rice, Matteo Pasquali, mówi: „W przypadku linii energetycznych potrzeba ton tego światłowodu, a nie ma jeszcze sposobu, aby go wyprodukować. Wystarczy, że wymyślisz jeden cud.”

Chociaż powstałe włókna nie są wystarczająco czyste, aby zmieścić się w kosmicznej windzie, badania te dają nadzieję, że pewnego dnia będziemy w stanie wyhodować czyste nanorurki węglowe, wystarczająco mocne, aby unieść nas w przestworza.

Ale nawet jeśli założymy, że problem produkcji długich nanorurek został rozwiązany, naukowcy staną przed innymi problemami praktycznymi. Na przykład kabel windy kosmicznej musiałby wznieść się znacznie ponad orbity większości satelitów. Oznacza to, że orbita jakiegoś satelity z pewnością kiedyś przetnie się z trasą windy kosmicznej i spowoduje wypadek. Ponieważ niskie satelity latają z prędkością 7–8 km/s, kolizja może mieć katastrofalne skutki. Wynika z tego, że windę trzeba będzie wyposażyć w specjalne silniki rakietowe, które usuną kabel windy z drogi latających satelitów i śmieci kosmicznych.

Kolejnym problemem jest pogoda, czyli huragany, burze i silne wiatry. Winda kosmiczna musi być zakotwiczona w ziemi, być może na lotniskowcu lub platformie wiertniczej na Pacyfiku, ale musi być elastyczna, aby przetrwać żywioły.

Dodatkowo kabina musi posiadać przycisk paniki i kapsułę ratunkową na wypadek zerwania liny. Jeśli coś stanie się z liną, kabina windy musi poszybować lub spadochronem opaść na ziemię, aby uratować pasażerów.

Aby przyspieszyć rozpoczęcie badań nad windami kosmicznymi, NASA ogłosiła kilka konkursów. W sponsorowanym przez NASA wyścigu kosmicznych wind można zdobyć nagrody o łącznej wartości 2 milionów dolarów. Zgodnie z przepisami, aby wygrać konkurs na windy wykorzystujące energię przekazywaną wzdłuż belki, należy zbudować urządzenie o masie nie większej niż 50 kg, zdolne do wspięcia się po linie na wysokość 1 km z prędkością 2 m /S. Trudność polega na tym, że to urządzenie nie powinno mieć paliwa, baterii ani kabla elektrycznego. Energia potrzebna do jego ruchu musi być przekazywana z Ziemi wzdłuż belki.

Widziałem na własne oczy pasję i energię inżynierów pracujących przy kosmicznej windzie i marzących o zdobyciu nagrody. Poleciałem nawet do Seattle, żeby spotkać się z młodymi, przedsiębiorczymi inżynierami z grupy o nazwie LaserMotive. Słysząc „pieśń syren” – wezwanie NASA, przystąpili do opracowania prototypów urządzenia, które prawdopodobnie stanie się sercem kosmicznej windy.

Wszedłem do dużego hangaru wynajmowanego przez młodzież do testów. Na jednym końcu hangaru widziałem duży laser zdolny do emitowania potężnej wiązki energii. W drugim mieściła się sama winda kosmiczna. Było to pudełko szerokie na około metr z dużym lustrem. Lustro odbiło padającą na nie wiązkę lasera na całą baterię ogniw słonecznych, które zamieniły jej energię w energię elektryczną. Do silnika doprowadzono prąd i kabina windy powoli wspięła się po krótkiej linie. Dzięki takiemu rozwiązaniu kabina z silnikiem elektrycznym nie musi ciągnąć ze sobą kabla elektrycznego. Wystarczy skierować na niego z ziemi wiązkę lasera, a winda sama będzie pełzać po linie.

Laser w hangarze był tak silny, że podczas pracy ludzie musieli chronić oczy specjalnymi okularami. Po wielu próbach młodym ludziom w końcu udało się podjechać samochodem do góry. Jeden aspekt problemu windy kosmicznej został rozwiązany, przynajmniej w teorii.

Początkowo zadanie było na tyle trudne, że żadnemu z uczestników nie udało się go ukończyć i zdobyć obiecanej nagrody. Jednak w 2009 roku LaserMotive otrzymał nagrodę. Zawody odbyły się w bazie sił powietrznych Edwards na pustyni Mojave w Kalifornii. Nad pustynią wisiał helikopter z długim kablem, po którym urządzenia uczestników próbowały się wspinać. Winda zespołu LaserMotive zrobiła to cztery razy w ciągu dwóch dni; jego najlepszy czas wyniósł 228 sekund. Tak więc praca młodych inżynierów, których obserwowałem w tamtym hangarze, przyniosła owoce.

Statki kosmiczne

Do końca tego stulecia stacje naukowe najprawdopodobniej pojawią się na Marsie i być może gdzieś w pasie asteroid, pomimo obecnego kryzysu w finansowaniu załogowych eksploracji kosmosu. Następna w kolejce będzie prawdziwą gwiazdą. Dziś sonda międzygwiezdna byłaby przedsięwzięciem całkowicie beznadziejnym, ale za sto lat sytuacja może się zmienić.

Aby idea podróży międzygwiezdnych stała się rzeczywistością, należy rozwiązać kilka fundamentalnych problemów. Pierwszym z nich jest poszukiwanie nowej zasady ruchu. Tradycyjna rakieta chemiczna dotarcie do najbliższej gwiazdy zajęłoby około 70 000 lat. Na przykład dwa Voyagery wystrzelone w 1977 roku ustanowiły rekord największej odległości od Ziemi. Obecnie (maj 2011) pierwsza z nich znajduje się w odległości 17,5 miliarda km od Słońca, ale przebyta przez nią odległość stanowi zaledwie ułamek drogi do gwiazd.

Zaproponowano kilka projektów i zasad ruchu pojazdów międzygwiezdnych. Ten:

Żagiel słoneczny;

Rakieta nuklearna;

Rakieta z silnikiem termojądrowym strumieniowym;

Nanostatki.

Będąc na stacji NASA Plum Brook w Cleveland w stanie Ohio, spotkałem jednego z wizjonerów i zagorzałych zwolenników idei żagla słonecznego. W tym miejscu zbudowano największą na świecie komorę próżniową do testowania satelitów. Wymiary tego aparatu są niesamowite; jest to prawdziwa jaskinia o średnicy około 30 m i wysokości 38 m, w której z łatwością zmieściłoby się kilka wielopiętrowych budynków mieszkalnych. Jest również wystarczająco duży, aby testować satelity i części rakiet w próżni kosmicznej. Skala projektu jest niesamowita. Poczułem się szczególnie zaszczycony, że mogłem być w tym samym miejscu, w którym testowano wiele najważniejszych amerykańskich satelitów, sond międzyplanetarnych i rakiet.

Spotkałem się więc z jednym z czołowych zwolenników żagli słonecznych, naukowcem z NASA, Lesem Johnsonem. Opowiadał mi, że od dzieciństwa czytając science fiction marzył o zbudowaniu rakiet, które mogłyby dosięgnąć gwiazd. Johnson napisał nawet podstawowy kurs budowy żagli słonecznych. Wierzy, że tę zasadę uda się wdrożyć w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat, ale jest przygotowany na to, że prawdziwy statek kosmiczny powstanie najprawdopodobniej wiele lat po jego śmierci. Podobnie jak murarze, którzy budowali wielkie katedry w średniowieczu, Johnson rozumie, że zbudowanie pojazdu, który dotrze do gwiazd, może zająć życie kilku osób.

Zasada działania żagla słonecznego opiera się na tym, że światło choć nie posiada masy spoczynkowej, posiada pęd, co oznacza, że ​​może wywierać ciśnienie. Ciśnienie, jakie światło słoneczne wywiera na wszystkie napotkane obiekty, jest niezwykle małe, po prostu go nie czujemy, ale jeśli żagiel słoneczny jest wystarczająco duży i jesteśmy gotowi wystarczająco długo czekać, to ciśnienie to może przyspieszyć statek międzygwiezdny (w przestrzeni kosmicznej średnie natężenie światła słonecznego jest ośmiokrotnie wyższe niż na Ziemi).

Johnson powiedział mi, że jego celem jest stworzenie gigantycznego żagla słonecznego z bardzo cienkiego, ale elastycznego i sprężystego plastiku. Żagiel ten powinien mieć kilka kilometrów średnicy i ma być zbudowany w przestrzeni kosmicznej. Po złożeniu będzie powoli krążył wokół Słońca, stopniowo zyskując większą prędkość. W ciągu kilku lat przyspieszania żagiel wyleci z Układu Słonecznego i popędzi do gwiazd. Ogólnie rzecz biorąc, żagiel słoneczny, jak powiedział mi Johnson, jest w stanie przyspieszyć sondę międzygwiazdową do 0,1% prędkości światła; Odpowiednio w takich warunkach dotrze do najbliższej gwiazdy za 400 lat.

Johnson próbuje wymyślić coś, co zapewniłoby żagielowi słonecznemu dodatkowe przyspieszenie i skróciło czas lotu. Jednym z możliwych sposobów jest umieszczenie baterii potężnych laserów na Księżycu. Wiązki laserowe uderzające w żagiel przekażą mu dodatkową energię, a co za tym idzie, dodatkową prędkość podczas lotu do gwiazd.

Jednym z problemów statku kosmicznego pod żaglami słonecznymi jest to, że niezwykle trudno nim sterować, a zatrzymanie go i skierowanie w przeciwnym kierunku jest prawie niemożliwe, ponieważ światło słoneczne wędruje tylko w jednym kierunku – z dala od Słońca. Jednym z rozwiązań tego problemu jest rozłożenie żagla i wykorzystanie światła docelowej gwiazdy do spowolnienia go. Inną możliwością jest wykonanie manewru grawitacyjnego w pobliżu tej odległej gwiazdy i wykorzystanie efektu procy, przyspieszenie w drodze powrotnej. Trzecią opcją jest wylądowanie na jakimś księżycu tego układu gwiezdnego, zbudowanie na nim baterii laserów i wyruszenie w podróż powrotną, korzystając ze światła gwiazdy i promieni laserowych.

Johnson marzy o gwiazdach, ale rozumie, że obecna rzeczywistość wygląda znacznie skromniej niż jego marzenia. W 1993 roku Rosjanie umieścili 25-punktowy reflektor wykonany z lawsanu na statku odłączonym od stacji Mir, ale celem eksperymentu była jedynie demonstracja systemu rozmieszczania. Druga próba zakończyła się niepowodzeniem. W 2004 roku Japończykom udało się zwodować dwa prototypy żagli słonecznych, ale ponownie celem było przetestowanie systemu rozkładania, a nie napędu. W 2005 roku podjęto ambitną próbę rozmieszczenia prawdziwego żagla słonecznego o nazwie Cosmos 1, zorganizowaną przez Towarzystwo Planetarne, organizację publiczną Cosmos Studios i Rosyjską Akademię Nauk. Żagiel został wystrzelony z rosyjskiej łodzi podwodnej, ale wystrzelenie rakiety Wołna nie powiodło się, a żagiel słoneczny nie dotarł na orbitę.

A w 2008 roku, kiedy zespół NASA próbował wystrzelić żagiel słoneczny NanoSail-D, to samo stało się z rakietą Falcon 1.

Wreszcie w maju 2010 r. Japońska Agencja Badań Przestrzeni Kosmicznej z sukcesem wystrzeliła IKAROS, pierwszy statek kosmiczny wykorzystujący technologię żagli słonecznych w przestrzeni międzyplanetarnej. Urządzenie umieszczono na torze lotu na Wenus, z powodzeniem rozwinęło kwadratowy żagiel o przekątnej 20 m i wykazało zdolność kontrolowania jego orientacji i zmiany prędkości lotu. W przyszłości Japończycy planują wystrzelić kolejną sondę międzyplanetarną z żaglem słonecznym do Jowisza.

Rakieta nuklearna

Naukowcy rozważają także możliwość wykorzystania energii jądrowej do podróży międzygwiezdnych. Już w 1953 roku Komisja Energii Atomowej Stanów Zjednoczonych rozpoczęła poważny rozwój rakiet z reaktorami jądrowymi, który rozpoczął się od projektu Rover. W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku. eksperymenty z rakietami nuklearnymi zakończyły się w większości niepowodzeniem. Silniki jądrowe zachowywały się niestabilnie i generalnie okazywały się zbyt skomplikowane dla ówczesnych układów sterowania. Co więcej, łatwo jest wykazać, że moc wyjściowa konwencjonalnego reaktora na rozszczepienie atomu jest całkowicie niewystarczająca dla międzygwiazdowego statku kosmicznego. Przeciętny przemysłowy reaktor jądrowy wytwarza około 1000 megawatów energii, co nie wystarcza, aby dotrzeć do gwiazd.

Jednak już w latach 50. naukowcy zaproponowali użycie w międzygwiazdowych statkach kosmicznych bomb atomowych i wodorowych zamiast reaktorów. Na przykład projekt Orion miał przyspieszyć rakietę falami podmuchowymi bomb atomowych. Statek kosmiczny miał zrzucić za sobą serię bomb atomowych, których eksplozje generowałyby potężne wybuchy promieniowania rentgenowskiego. Fala uderzeniowa z tych eksplozji miała przyspieszyć statek kosmiczny.

W 1959 roku fizycy z General Atomics oszacowali, że zaawansowana wersja Oriona o średnicy 400 m będzie ważyć 8 milionów ton i będzie napędzana 1000 bomb wodorowych.

Fizyk Freeman Dyson był gorącym zwolennikiem projektu Orion. „Dla mnie Orion oznaczał dostępność całego Układu Słonecznego dla rozprzestrzeniania się życia. Mógłby zmienić bieg historii, mówi Dyson. Poza tym byłby to wygodny sposób na pozbycie się bomb atomowych. „W jednym locie pozbylibyśmy się 2000 bomb”.

Kresem projektu Orion był jednak zawarty w 1963 roku Traktat o ograniczeniu prób jądrowych, który zakazywał eksplozji naziemnych. Bez testów niemożliwe było urzeczywistnienie projektu Oriona i projekt został zamknięty.

Silnik termojądrowy o bezpośrednim przepływie

Kolejny projekt rakiety nuklearnej został zaproponowany w 1960 roku przez Roberta W. Bussarda; zaproponował wyposażenie rakiety w silnik termojądrowy, podobny do konwencjonalnego silnika odrzutowego samolotu. Ogólnie rzecz biorąc, silnik strumieniowy wychwytuje powietrze podczas lotu i miesza je z paliwem w środku. Następnie zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna, powodując eksplozję chemiczną, która wytwarza napęd. Bussard zaproponował zastosowanie tej samej zasady do silnika termojądrowego. Zamiast pobierać powietrze z atmosfery, jak robi to silnik lotniczy, silnik termojądrowy będzie zbierał wodór z przestrzeni międzygwiazdowej. Zebrany gaz ma zostać sprężony i podgrzany za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych, zanim rozpocznie się reakcja syntezy termojądrowej helu, w wyniku której wyzwolone zostaną ogromne ilości energii. Nastąpi eksplozja i rakieta otrzyma impuls. A ponieważ zasoby wodoru w przestrzeni międzygwiezdnej są niewyczerpane, silnik jądrowy odrzutowy mógłby prawdopodobnie działać wiecznie.

Konstrukcja statku z silnikiem termojądrowym przypomina rożek lodowy. Lejek wychwytuje wodór, który następnie dostaje się do silnika, nagrzewa się i ulega reakcji syntezy z innymi atomami wodoru. Bussard obliczył, że silnik jądrowy odrzutowy o masie około 1000 ton jest w stanie utrzymać stałe przyspieszenie około 10 m/s 2 (tj. w przybliżeniu równe przyspieszeniu grawitacyjnemu na Ziemi); w tym przypadku w ciągu roku statek kosmiczny przyspieszy do około 77% prędkości światła. Ponieważ silnik jądrowy odrzutowy nie jest ograniczony zapasami paliwa, statek kosmiczny z takim silnikiem mógłby teoretycznie wypłynąć poza granice naszej Galaktyki i za zaledwie 23 lata, według zegara statku, dotrzeć do Mgławicy Andromedy, znajdującej się w odległości 2 milionów lat świetlnych od nas. (Zgodnie z teorią względności Einsteina czas na przyspieszającym statku zwalnia, tak że astronauci na statku kosmicznym starzeją się zaledwie 23 lata, nawet jeśli w tym czasie na Ziemi minęły miliony lat.)

Jednak i tutaj pojawiają się poważne problemy. Po pierwsze, ośrodek międzygwiazdowy zawiera głównie pojedyncze protony, więc silnik termojądrowy musiałby spalać czysty wodór, choć w tej reakcji nie wytwarza się dużo energii. (Fuzja wodoru może przebiegać na różne sposoby. Obecnie na Ziemi naukowcy preferują opcję oddziaływania deuteru i trytu, co uwalnia znacznie więcej energii. Natomiast w ośrodku międzygwiazdowym wodór występuje w postaci pojedynczych protonów, więc w w silnikach jądrowych typu ramjet można zastosować tylko fuzję protonów i protonów, w wyniku której uwalnia się znacznie mniej energii niż w przypadku reakcji deuter-tryt.) Jednakże Bussard wykazał, że jeśli zmodyfikuje się mieszankę paliwową poprzez dodanie pewnej ilości węgla, wówczas węgiel działa jak katalizator, wytworzy ogromną ilość energii, wystarczającą dla statku kosmicznego.

Po drugie, lejek przed statkiem kosmicznym, aby zebrać wystarczającą ilość wodoru, musi być ogromny – mieć średnicę około 160 km, więc trzeba będzie go zebrać w kosmosie.

Jest jeszcze jeden nierozwiązany problem. W 1985 roku inżynierowie Robert Zubrin i Dana Andrews wykazali, że opór środowiska zapobiega przyspieszaniu statku kosmicznego napędzanego silnikiem odrzutowym do prędkości bliskich prędkości światła. Opór ten wynika z ruchu statku i lejka w polu atomów wodoru. Jednak ich obliczenia opierają się na pewnych założeniach, które w przyszłości mogą nie mieć zastosowania do statków z silnikami strumieniowymi.

Obecnie, choć nie mamy jasnych wyobrażeń na temat procesu fuzji proton-proton (a także oporu jonów wodoru w ośrodku międzygwiazdowym), perspektywy powstania odrzutowego silnika jądrowego pozostają niepewne. Jeśli jednak uda się rozwiązać te problemy inżynieryjne, ten projekt będzie prawdopodobnie jednym z najlepszych.

Rakiety z antymaterią

Inną opcją jest wykorzystanie w statku kosmicznym antymaterii, największego źródła energii we Wszechświecie. Antymateria jest przeciwieństwem materii w tym sensie, że wszystkie części składowe atomu mają przeciwne ładunki. Na przykład elektron ma ładunek ujemny, ale antyelektron (pozyton) ma ładunek dodatni. W kontakcie z materią antymateria ulega anihilacji. Uwalnia to tak dużo energii, że łyżeczka antymaterii wystarczyłaby, aby zniszczyć cały Nowy Jork.

Antymateria jest tak potężna, że ​​złoczyńcy z „Aniołów i demonów” Dana Browna wykorzystują ją do budowy bomby i planują wysadzić Watykan; W tej historii kradną antymaterię z największego europejskiego centrum badań jądrowych CERN, zlokalizowanego w Szwajcarii niedaleko Genewy. W przeciwieństwie do bomby wodorowej, która jest skuteczna tylko w 1%, bomba na antymaterię byłaby skuteczna w 100%. Podczas anihilacji materii i antymaterii uwalniana jest energia w pełni zgodna z równaniem Einsteina: E=mc 2.

W zasadzie antymateria jest idealnym paliwem rakietowym. Według Geralda Smitha z Pennsylvania State University 4 miligramy antymaterii wystarczą, aby polecieć na Marsa, a sto gramów przeniesie statek do najbliższych gwiazd. Anihilacja antymaterii uwalnia miliard razy więcej energii, niż można uzyskać z tej samej ilości współczesnego paliwa rakietowego. Silnik na antymaterię wyglądałby całkiem prosto. Możesz po prostu wstrzyknąć cząstki antymaterii, jedną po drugiej, do specjalnej komory rakietowej. Tam anihilują ze zwykłą materią, powodując gigantyczną eksplozję. Ogrzane gazy są następnie usuwane z jednego końca komory, tworząc ciąg strumieniowy.

Wciąż jesteśmy bardzo dalecy od realizacji tego marzenia. Naukowcom udało się uzyskać antyelektrony i antyprotony, a także atomy antywodoru, w których antyelektron krąży wokół antyprotonu. Dokonano tego zarówno w CERN, jak i w Fermi National Accelerator Laboratory (częściej nazywanym Fermilab) niedaleko Chicago, w Tevatronie, drugim co do wielkości akceleratorze cząstek na świecie (tylko większym od Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN). W obu laboratoriach fizycy skierowali na cel strumień cząstek o wysokiej energii i uzyskali strumień fragmentów, w tym antyprotonów. Za pomocą potężnych magnesów oddzielono antymaterię od zwykłej materii. Powstałe antyprotony następnie spowolniono i pozwolono zmieszać się z antyelektronami, w wyniku czego powstały atomy antywodoru.

Dave McGinnis, jeden z fizyków z Fermilab, długo i intensywnie zastanawiał się nad praktycznym wykorzystaniem antymaterii. On i ja staliśmy obok Tevatronu, a Dave wyjaśnił mi niepokojącą ekonomię antymaterii. Powiedział, że jedynym znanym sposobem uzyskania znacznych ilości antymaterii jest użycie potężnego zderzacza, takiego jak Tevatron; ale te maszyny są niezwykle drogie i mogą wytwarzać antymaterię tylko w bardzo małych ilościach. Na przykład w 2004 roku zderzacz w CERN dał naukowcom kilka bilionowych części grama antymaterii, a przyjemność ta kosztowała ich 20 milionów dolarów. Za tę cenę gospodarka światowa zbankrutowałaby, zanim udałoby się wyprodukować wystarczającą ilość antymaterii na jedną wyprawę gwiezdną. Same silniki na antymaterię – podkreślił McGinnis – nie są szczególnie skomplikowane i na pewno nie są sprzeczne z prawami natury. Ale koszt takiego silnika nie pozwoli na jego faktyczną budowę w najbliższej przyszłości.

Jednym z powodów, dla których antymateria jest tak niewiarygodnie droga, są ogromne sumy, jakie trzeba wydać na budowę akceleratorów i zderzaczy. Same akceleratory są jednak maszynami uniwersalnymi i służą głównie nie do produkcji antymaterii, ale do produkcji wszelkiego rodzaju egzotycznych cząstek elementarnych. Jest to fizyczne narzędzie badawcze, a nie urządzenie przemysłowe.

Można założyć, że opracowanie nowego typu zderzacza, zaprojektowanego specjalnie do produkcji antymaterii, mogłoby znacznie obniżyć jego koszt. Masowa produkcja takich maszyn wytworzyłaby wówczas znaczne ilości antymaterii. Harold Gerrish z NASA jest przekonany, że cena antymaterii może ostatecznie spaść do 5000 dolarów za mikrogram.

Inną możliwością wykorzystania antymaterii jako paliwa rakietowego jest znalezienie meteorytu antymaterii w przestrzeni kosmicznej. Gdyby taki obiekt został znaleziony, jego energia najprawdopodobniej wystarczyłaby do zasilenia więcej niż jednego statku kosmicznego. Trzeba powiedzieć, że w 2006 roku w ramach rosyjskiego satelity Resurs-DK wystrzelono europejski instrument PAMELA, którego celem jest poszukiwanie naturalnej antymaterii w przestrzeni kosmicznej.

Jeśli w kosmosie zostanie odkryta antymateria, ludzkość będzie musiała wymyślić coś w rodzaju sieci elektromagnetycznej, aby ją zebrać.

Tak więc, choć międzygwiezdne statki kosmiczne na antymaterię są pomysłem bardzo realnym i nie zaprzeczają prawom natury, to najprawdopodobniej nie pojawią się w XXI wieku, chyba że pod koniec stulecia naukowcom uda się obniżyć koszt antymaterii do jakąś rozsądną kwotę. Ale jeśli uda się to zrobić, projekt statku kosmicznego na antymaterię z pewnością będzie jednym z pierwszych, które zostaną rozważone.

Nanostatki

Od dawna jesteśmy przyzwyczajeni do efektów specjalnych w filmach takich jak Gwiezdne Wojny i Star Trek; Myśląc o statkach kosmicznych, pojawiają się obrazy ogromnych, futurystycznych maszyn, najeżonych ze wszystkich stron najnowszymi wynalazkami w dziedzinie urządzeń high-tech. Tymczasem istnieje inna możliwość: wykorzystanie nanotechnologii do stworzenia maleńkich statków kosmicznych, nie większych niż naparstek czy igła, a nawet mniejszych. Jesteśmy już pewni, że statki kosmiczne będą musiały być ogromne, podobnie jak Enterprise, i przewozić całą załogę astronautów. Ale za pomocą nanotechnologii główne funkcje statku kosmicznego można ująć w minimalnej objętości, a wtedy nie jeden ogromny statek, w którym załoga będzie musiała żyć przez wiele lat, poleci do gwiazd, ale miliony maleńkich nanostatki. Być może tylko niewielka ich część dotrze do celu, ale najważniejsze zostanie zrobione: statki te po dotarciu do jednego z satelitów systemu docelowego zbudują fabrykę i zapewnią produkcję nieograniczonej liczby własnych egzemplarzy.

Vint Cerf uważa, że ​​nanostatki można wykorzystać zarówno do badania Układu Słonecznego, jak i z czasem do lotów do gwiazd. Mówi: „Jeśli uda nam się zaprojektować małe, ale potężne nanourządzenia, które można łatwo transportować i dostarczać na powierzchnię, pod powierzchnię oraz do atmosfery naszych sąsiednich planet i księżyców, eksploracja Układu Słonecznego stanie się znacznie wydajniejsza… Te same możliwości można rozszerzyć na eksplorację międzygwiezdną.

Wiadomo, że w naturze ssaki rodzą tylko kilkoro potomstwa i dbają o to, aby wszystkie przeżyły. Owady natomiast wydają na świat ogromną liczbę młodych, ale tylko niewielka ich liczba przeżywa. Obie strategie są na tyle skuteczne, że pozwalają gatunkom istnieć na planecie przez wiele milionów lat. W ten sam sposób możemy wysłać w przestrzeń kosmiczną jeden bardzo drogi statek kosmiczny – lub miliony maleńkich statków kosmicznych, z których każdy będzie kosztował grosza i zużywał bardzo mało paliwa.

Sama koncepcja nanostatków opiera się na bardzo skutecznej strategii, szeroko stosowanej w przyrodzie: strategii roju. Ptaki, pszczoły i tym podobne często latają w stadach lub rojach. Nie chodzi tylko o to, że duża liczba krewnych gwarantuje bezpieczeństwo; Ponadto stado pełni funkcję systemu wczesnego ostrzegania. Jeśli na jednym końcu stada wydarzy się coś niebezpiecznego – na przykład atak drapieżnika, całe stado natychmiast otrzymuje o tym informację. Stado jest bardzo wydajne i energiczne. Ptaki, lecąc charakterystyczną sylwetką w kształcie litery V – klinem, korzystają z turbulentnych przepływów ze skrzydła sąsiada z przodu i w ten sposób ułatwiają sobie lot.

Naukowcy mówią o roju, roju czy rodzinie mrówek jako o „superorganizmie”, który w niektórych przypadkach posiada własną inteligencję, niezależną od zdolności poszczególnych tworzących go osobników. Na przykład układ nerwowy mrówki jest bardzo prosty, a mózg bardzo mały, ale razem rodzina mrówek jest w stanie zbudować bardzo złożoną strukturę - mrowisko. Naukowcy mają nadzieję wykorzystać lekcje natury przy opracowywaniu robotów „rojowych”, które być może pewnego dnia udają się w długie podróże na inne planety i gwiazdy.

Wszystko to przypomina w pewnym sensie koncepcję „inteligentnego pyłu”, nad którą pracuje Pentagon: miliardy cząstek wyposażonych w maleńkie czujniki są rozproszone w powietrzu i przeprowadzają rozpoznanie. Każdy czujnik sam w sobie nie jest inteligentny i dostarcza jedynie maleńkiego ziarenka informacji, ale razem mogą zapewnić swoim właścicielom góry wszelkiego rodzaju danych. DARPA sponsoruje badania w tej dziedzinie, mając na uwadze przyszłe zastosowania wojskowe – na przykład wykorzystanie inteligentnego pyłu do monitorowania pozycji wroga na polu bitwy. W latach 2007 i 2009 Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych opublikowały szczegółowe plany dotyczące uzbrojenia na kilka następnych dziesięcioleci; jest tu wszystko, od zaawansowanych wersji drona Predator (kosztującego obecnie 4,5 miliona dolarów) po ogromne roje maleńkich, tanich czujników wielkości główki szpilki.

Naukowcy również są zainteresowani tą koncepcją. Roje inteligentnego pyłu przydałyby się do monitorowania huraganu w czasie rzeczywistym z tysięcy różnych lokalizacji; w ten sam sposób można było obserwować burze, erupcje wulkanów, trzęsienia ziemi, powodzie, pożary lasów i inne zjawiska naturalne. Na przykład w filmie Twister śledzimy grupę odważnych łowców huraganów, którzy ryzykują życie i zdrowie, umieszczając czujniki wokół tornad. Jest to nie tylko bardzo ryzykowne, ale także mało skuteczne. Zamiast narażać życie umieszczając kilka czujników wokół krateru wulkanu podczas erupcji lub wokół tornada przechadzającego się po stepie i otrzymując od nich informacje o temperaturze, wilgotności i prędkości wiatru, znacznie skuteczniejsze byłoby rozproszenie inteligentnego pyłu w powietrzu i uzyskiwać dane jednocześnie z tysięcy różnych punktów rozproszonych na obszarze setek kilometrów kwadratowych. W komputerze dane te zostaną zestawione w trójwymiarowy obraz, który pokaże w czasie rzeczywistym rozwój huraganu lub różne fazy erupcji. Przedsiębiorstwa komercyjne już pracują nad przykładami tych maleńkich czujników, a niektóre z nich są w rzeczywistości mniejsze niż główka szpilki.

Kolejną zaletą nanostatków jest to, że do dotarcia w przestrzeń kosmiczną potrzeba bardzo mało paliwa. Podczas gdy ogromne rakiety nośne mogą przyspieszyć jedynie do prędkości 11 km/s, maleńkie obiekty, takie jak nanostatki, można stosunkowo łatwo wystrzelić w przestrzeń kosmiczną z niewiarygodnie dużymi prędkościami. Na przykład cząstki elementarne można przyspieszać do prędkości podświetlnych za pomocą konwencjonalnego pola elektrycznego. Jeśli nadasz nanocząstkom niewielki ładunek elektryczny, można je również łatwo przyspieszyć za pomocą pola elektrycznego.

Zamiast wydawać ogromne sumy pieniędzy na wysyłanie sond międzyplanetarnych, możliwe jest zapewnienie każdemu nanostatkowi możliwości samoreplikacji; w ten sposób nawet jeden nanobot mógłby zbudować fabrykę nanobotów, a nawet bazę księżycową. Następnie nowe, samoreplikujące się sondy wyruszą na eksplorację innych światów. (Problem polega na stworzeniu pierwszego nanobota zdolnego do samokopiowania, a to jeszcze kwestia bardzo odległej przyszłości.)

W 1980 roku NASA potraktowała pomysł samoreplikującego się robota na tyle poważnie, że zleciła na Uniwersytecie w Santa Clara specjalne badanie o nazwie „Advanced Automation for Space Tasks” i szczegółowo zbadała kilka możliwych opcji. Jeden ze scenariuszy rozważanych przez naukowców z NASA zakładał wysłanie na Księżyc małych, samoreplikujących się robotów. Tam roboty musiały organizować własną produkcję ze złomu.

Sprawozdanie z tego programu poświęcone było głównie utworzeniu zakładu chemicznego do przetwarzania gleby księżycowej (regolitu). Zakładano np., że robot wyląduje na Księżycu, podzieli się na części składowe, a następnie złoży z nich nową konfigurację – dokładnie tak, jak przekształcający się robot-zabawka. Zatem robot mógłby złożyć duże paraboliczne zwierciadła, które skupiałyby światło słoneczne i rozpoczynały topienie regolitu. Następnie używał kwasu fluorowodorowego do ekstrakcji użytecznych metali i innych substancji ze stopionego regolitu. Metale można wykorzystać do budowy bazy księżycowej. Z biegiem czasu robot zbudowałby także małą księżycową fabrykę, w której produkowałby własne kopie.

Na podstawie danych z tego raportu Instytut Zaawansowanych Koncepcji NASA uruchomił serię projektów opartych na wykorzystaniu samoreplikujących się robotów. Mason Peck z Cornell University był jednym z tych, którzy poważnie potraktowali ideę małych statków kosmicznych.

Odwiedziłem laboratorium Pecka i na własne oczy widziałem stół warsztatowy zaśmiecony najróżniejszymi komponentami, które być może pewnego dnia polecą w kosmos. Obok stołu warsztatowego znajdowało się także małe pomieszczenie czyste ze ścianami z tworzywa sztucznego, w którym montowano cienkie elementy przyszłych satelitów.

Wizja eksploracji kosmosu Pecka bardzo różni się od wszystkiego, co widzimy w hollywoodzkich filmach. Sugeruje możliwość stworzenia chipa o wymiarach jeden centymetr na centymetr i wadze jednego grama, który można przyspieszyć do 1% prędkości światła. Może na przykład wykorzystać efekt procy, dzięki któremu NASA przyspiesza swoje stacje międzyplanetarne do ogromnych prędkości. Ten manewr grawitacyjny polega na okrążeniu planety; W podobny sposób kamień na temblaku, trzymany przez pas grawitacyjny, przyspiesza, lecąc po okręgu i zostaje wystrzelony w pożądanym kierunku. W tym przypadku grawitacja planety pomaga nadać statkowi kosmicznemu dodatkową prędkość.

Ale Peck chce użyć sił magnetycznych zamiast grawitacji. Ma nadzieję, że uda mu się zmusić mikrostatek do opisania pętli w polu magnetycznym Jowisza, które jest 20 000 razy intensywniejsze niż pole magnetyczne Ziemi i całkiem porównywalne z polami w ziemskich akceleratorach, zdolnych do przyspieszania cząstek elementarnych do energii bilionów elektronowoltów.

Pokazał mi próbkę - mikroukład, który według jego planu mógłby pewnego dnia wyruszyć w długą podróż wokół Jowisza. Był to maleńki kwadrat, mniejszy od czubka palca, dosłownie wypełniony najróżniejszymi naukowymi informacjami. Ogólnie aparat międzygwiezdny Pecka będzie bardzo prosty. Z jednej strony chip ma baterię słoneczną, która powinna zapewnić mu energię do komunikacji, a z drugiej nadajnik radiowy, kamerę wideo i inne czujniki. To urządzenie nie ma silnika, a pole magnetyczne Jowisza będzie musiało je przyspieszyć. (Niestety w 2007 roku Instytut Zaawansowanych Koncepcji NASA, który od 1998 roku finansował ten i inne innowacyjne projekty w ramach programu kosmicznego, został zamknięty z powodu cięć budżetowych.)

Widzimy, że koncepcja statków kosmicznych Pecka bardzo różni się od tej przyjętej w science fiction, gdzie ogromne statki kosmiczne przemierzają bezkres Wszechświata pod kontrolą zespołu odważnych astronautów. Na przykład, gdyby na jednym z księżyców Jowisza pojawiła się baza naukowa, na orbitę wokół gazowego giganta można by wystrzelić dziesiątki takich małych statków. Gdyby między innymi na tym Księżycu pojawiła się bateria dział laserowych, maleńkie statki można by przyspieszyć do zauważalnego ułamka prędkości światła, nadając im przyspieszenie za pomocą wiązki lasera.

Nieco później zadałem Peckowi proste pytanie: czy przy użyciu nanotechnologii mógłby zmniejszyć swój chip do wielkości cząsteczki? Wtedy nawet pole magnetyczne Jowisza nie będzie potrzebne – można je rozpędzić do prędkości podświetlnych w konwencjonalnym akceleratorze zbudowanym na Księżycu. Powiedział, że jest to możliwe, ale nie ustalił jeszcze szczegółów.

Wzięliśmy więc kartkę papieru i wspólnie zaczęliśmy pisać na niej równania i zastanawiać się, co z tego wyniknie. (W ten sposób my, naukowcy, komunikujemy się ze sobą - podchodzimy z kredą do tablicy lub bierzemy kartkę papieru i próbujemy rozwiązać zadanie za pomocą różnych wzorów.) Napisaliśmy równanie na siłę Lorentza, które Peck proponuje zastosować aby przyspieszyć swoje statki w pobliżu Jowisza. Następnie mentalnie zredukowaliśmy statki do rozmiarów cząsteczek i mentalnie umieściliśmy je w hipotetycznym akceleratorze, takim jak Wielki Zderzacz Hadronów. Szybko zdaliśmy sobie sprawę, że za pomocą konwencjonalnego akceleratora umieszczonego na Księżycu nasze nanogwiazdy można bez problemu rozpędzić do prędkości bliskich prędkości światła. Zmniejszając rozmiar statku kosmicznego z centymetrowej płyty do cząsteczki, byliśmy w stanie zmniejszyć akcelerator wymagany do ich przyspieszenia; Teraz zamiast Jowisza moglibyśmy zastosować tradycyjny akcelerator cząstek. Pomysł wydawał nam się całkiem realny.

Jednak po ponownej analizie równań doszliśmy do ogólnego wniosku: jedynym problemem jest tutaj stabilność i wytrzymałość nanostatków. Czy akcelerator rozerwie nasze cząsteczki na kawałki? Podobnie jak piłka na sznurku, te nanostatki będą doświadczać sił odśrodkowych podczas przyspieszania do prędkości bliskich prędkości światła. Ponadto zostaną naładowane elektrycznie, przez co nawet siły elektryczne zagrożą ich integralności. Ogólny wniosek: tak, nanostatki są realną możliwością, ale miną dziesięciolecia badań, zanim chip Pecka będzie można zmniejszyć do rozmiarów molekularnych i wzmocnić na tyle, aby podróż z prędkością bliską światła nie zaszkodziła mu w żaden sposób.

W międzyczasie Mason Peck marzy o wysłaniu roju nanostatków do najbliższej gwiazdy w nadziei, że przynajmniej część z nich pokona dzielącą nas przestrzeń międzygwiezdną. Ale co zrobią, gdy dotrą do celu?

Tu właśnie wchodzi w grę projekt Pei Zhanga z Carnegie Mellon University w Dolinie Krzemowej. Stworzył całą flotyllę minihelikopterów, które pewnego dnia być może będą miały wlecieć w atmosferę obcej planety. Z dumą pokazał mi swój rój minibotów przypominających zabawkowe helikoptery. Jednak zewnętrzna prostota jest zwodnicza. Widziałem wyraźnie, że każdy z nich miał chip wypełniony najbardziej skomplikowaną elektroniką. Jednym naciśnięciem przycisku Zhang uniósł w powietrze cztery miniboty, które natychmiast rozproszyły się w różnych kierunkach i zaczęły przekazywać nam informacje. Wkrótce zostałem otoczony ze wszystkich stron przez miniboty.

Takie helikoptery, powiedział mi Zhang, mają zapewniać pomoc w krytycznych okolicznościach, takich jak pożar lub eksplozja; ich zadaniem jest zbieranie informacji i rozpoznanie. Z biegiem czasu miniboty można wyposażyć w kamery telewizyjne i czujniki temperatury, ciśnienia, kierunku wiatru itp.; W przypadku klęski żywiołowej lub katastrofy spowodowanej przez człowieka takie informacje mogą być niezbędne. Tysiące minibotów można wystrzelić nad polem bitwy, pożarem lasu lub (dlaczego nie?) nad niezbadanym obcym krajobrazem. Wszyscy stale się ze sobą komunikują. Jeśli jeden minibot napotka przeszkodę, pozostałe natychmiast się o tym dowiedzą.

Zatem jednym ze scenariuszy podróży międzygwiezdnych jest wystrzelenie tysięcy tanich, jednorazowych chipów, podobnych do chipa Masona Pecka, w stronę najbliższej gwiazdy, lecących z prędkością bliską prędkości światła. Jeśli choć niewielka ich część dotrze do celu, ministatki kosmiczne wypuszczą skrzydła lub śmigła i niczym mechaniczny rój Pei Zhanga przelecą nad niespotykanym dotąd, obcym krajobrazem. Będą przesyłać informacje drogą radiową bezpośrednio na Ziemię. Po odkryciu obiecujących planet wyruszy druga generacja minigwiazd; ich zadaniem będzie zbudowanie fabryk w pobliżu odległej gwiazdy, aby wyprodukować te same mini-statki kosmiczne, które następnie polecą do następnej gwiazdy. Proces będzie się rozwijał w nieskończoność.

Exodus z Ziemi?

Do 2100 roku prawdopodobnie wyślemy astronautów na Marsa i pas asteroid, aby badali księżyce Jowisza i poważnie zajęli się wysyłaniem sond do gwiazd.

Ale co z ludzkością? Czy będziemy mieli kolonie kosmiczne i czy uda im się rozwiązać problem przeludnienia? Czy znajdziemy nowy dom w kosmosie? Czy ludzkość zacznie opuszczać Ziemię do roku 2100?

NIE. Biorąc pod uwagę koszty podróży kosmicznych, większość ludzi nie wejdzie na pokład statku kosmicznego i nie zobaczy odległych planet w roku 2100 ani nawet znacznie później. Być może garstce astronautów uda się do tego czasu stworzyć kilka maleńkich placówek ludzkości na innych planetach i satelitach, ale ludzkość jako całość pozostanie ograniczona do Ziemi.

Skoro Ziemia będzie domem ludzkości jeszcze przez wiele stuleci, zadajmy sobie pytanie: jak rozwinie się cywilizacja ludzka? Jaki wpływ będzie miała nauka na styl życia, pracę i społeczeństwo? Nauka jest motorem dobrobytu, dlatego warto zastanowić się, jak zmieni ona cywilizację ludzką i nasz dobrobyt w przyszłości.

Uwagi:

Podstawą ustalenia współrzędnych użytkownika nie jest pomiar przesunięć częstotliwości, a jedynie czas podróży sygnałów z kilku satelitów znajdujących się w różnych (ale znanych w każdym momencie) odległościach od niego. Aby wyznaczyć trzy współrzędne przestrzenne, w zasadzie wystarczy przetworzyć sygnały z czterech satelitów, chociaż zwykle odbiornik „bierze pod uwagę” wszystkie pracujące satelity, które w danej chwili słyszy. Istnieje również dokładniejsza (ale i trudniejsza w realizacji) metoda polegająca na pomiarze fazy odbieranego sygnału. - Około. uliczka

Lub w innym ziemskim języku, w zależności od tego, gdzie kręcono film. - Około. uliczka

Projekt TPF wprawdzie od dawna był uwzględniony w długoterminowych planach NASA, jednak zawsze pozostawał „projektem papierowym”, dalekim od etapu praktycznej realizacji. Ani on, ani drugi projekt z tego samego obszaru tematycznego – Terrestrial Planet Photographer (TPI) – nie są ujęte we wniosku budżetowym na rok budżetowy 2012. Być może ich następcą będzie misja New Worlds zajmująca się obrazowaniem i spektroskopią planet podobnych do Ziemi, jednak nic nie można powiedzieć o terminie jej wystrzelenia. - Około. uliczka

Tak naprawdę nie chodziło o czułość, a o jakość powierzchni lustra. - Około. uliczka

Projekt ten został wybrany w lutym 2009 roku do wspólnej realizacji przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną. Na początku 2011 roku Amerykanie wycofali się z projektu ze względu na brak środków, a Europa odłożyła decyzję o udziale w nim do lutego 2012 roku. Wymieniony poniżej projekt Ice Clipper został zgłoszony na konkurs NASA już w 1997 roku i nie został zaakceptowany . - Około. uliczka

Niestety, w tym przypadku tekst również jest przestarzały. Podobnie jak EJSM, ten wspólny projekt utracił wsparcie USA na początku 2011 r. i jest poddawany przeglądowi i obejmuje te same środki z budżetu EKA, co EJSM i Międzynarodowe Obserwatorium Rentgenowskie IXO. Tylko jeden z tych trzech projektów, w okrojonej formie, może zostać zatwierdzony do realizacji w 2012 roku, a uruchomienie może nastąpić po 2020 roku – uwaga. uliczka

A niektórzy z nich są przesłuchiwani. - Około. uliczka

Ściśle rzecz ujmując, tak nazywał się program NASA, mający na celu spełnienie wymagań Busha, którego główne założenia autor opisuje poniżej. - Około. uliczka

USA mają rakiety i nie trzeba ich wymyślać od zera: statek kosmiczny Orion może zostać wystrzelony przez ciężką odmianę – lotniskowiec Delta IV, i lżejsze statki prywatne – na rakietach Atlas V lub Falcon-9. Ale nie ma ani jednego gotowego załogowego statku kosmicznego i nie będzie go w ciągu najbliższych trzech do czterech lat. - Około. uliczka

Nie chodzi oczywiście o odległość, ale o zwiększenie i zmniejszenie prędkości wymaganej do lotów. Wskazane jest także ograniczenie czasu trwania wyprawy, aby zminimalizować narażenie załogi na promieniowanie. W sumie ograniczenia te mogą skutkować schematem lotu o bardzo dużym zużyciu paliwa, a co za tym idzie, dużej masie kompleksu ekspedycyjnego i jego koszcie. - Około. uliczka

To nie jest prawda. Gorące gazy przedostały się do lewego skrzydła Kolumbii i po długotrwałym ogrzewaniu pozbawiły go wytrzymałości. Skrzydło uległo deformacji, statek utracił jedyną prawidłową orientację podczas hamowania w górnych warstwach atmosfery i uległ zniszczeniu pod wpływem sił aerodynamicznych. Astronauci zginęli w wyniku obniżenia ciśnienia i nieznośnych przeciążeniów szokowych. - Około. uliczka

W lutym 2010 roku administracja Obamy ogłosiła całkowite zamknięcie programu Constellation, w tym statku kosmicznego Orion, ale już w kwietniu zgodziła się na utrzymanie go jako pojazdu ratunkowego dla ISS. W 2011 roku osiągnięto konsensus w sprawie natychmiastowego rozpoczęcia finansowania superciężkiej rakiety nośnej SLS opartej na elementach wahadłowca i kontynuacji prac nad Orionem bez formalnego ogłoszenia celów obiecującego programu załogowego. - Około. uliczka

Nic takiego! Po pierwsze, Rosjanie i Amerykanie, którzy teraz latają razem przez sześć miesięcy, lądują w dobrym zdrowiu i w dniu lądowania są w stanie chodzić, choć z zachowaniem ostrożności. Po drugie, kondycja kosmonautów radzieckich i rosyjskich była taka sama po rekordowych lotach trwających 366 i 438 dni, ponieważ opracowane przez nas środki zwalczania skutków czynników lotów kosmicznych są wystarczające na takie okresy. Po trzecie, Andrijan Nikołajew i Witalij Siewastyanow ledwo mogli się czołgać po rekordowym 18-dniowym locie Sojuzem-9 w 1970 r., kiedy praktycznie nie zastosowano jeszcze żadnych środków zapobiegawczych. - Około. uliczka

Obracanie statku lub jego części wokół własnej osi jest dość proste i nie wymaga prawie żadnego dodatkowego zużycia paliwa. Inną sprawą jest to, że praca w takich warunkach może nie być zbyt wygodna dla załogi. Jednak praktycznie nie ma danych eksperymentalnych na ten temat. - Około. uliczka

To popularne oszacowanie kosztów ISS jest błędne, ponieważ sztucznie uwzględnia koszty wszystkich lotów wahadłowców na etapie jego budowy i eksploatacji. Projekt i produkcja elementów stacji, oprzyrządowania naukowego i kontroli misji są obecnie wyceniane na około 58 miliardów dolarów w ciągu prawie 30 lat (1984–2011). - Około. uliczka

Winda kosmiczna nie może kończyć się na wysokości orbity geostacjonarnej – aby wisiała w bezruchu i mogła służyć jako wsparcie ruchu kabin transportowych, system musi być wyposażony w przeciwwagę na wysokości do 100 000 km . - Około. uliczka

Drugi egzemplarz tego statku kosmicznego, NanoSail-D2, został wystrzelony 20 listopada 2010 roku wraz z satelitą Fastsat, oddzielony od niego 17 stycznia 2011 roku i pomyślnie wypuścił żagiel kosmiczny o powierzchni 10 m2. - Około. uliczka

W maju 2011 roku trzy eksperymentalne „satelity chipowe” zespołu Pecka zostały dostarczone na ISS w celu przeprowadzenia testów wytrzymałościowych w warunkach kosmicznych. - Około. uliczka

Taki transfer sam w sobie jest trudnym zadaniem. - Około. uliczka

21 lipca 2011 roku amerykański statek kosmiczny Atlantis wykonał swoje ostatnie lądowanie, kończąc długi i interesujący program Systemu Transportu Kosmicznego. Z wielu powodów technicznych i ekonomicznych zdecydowano o zaprzestaniu eksploatacji systemu promu kosmicznego. Nie porzucono jednak pomysłu statku kosmicznego wielokrotnego użytku. Obecnie opracowywanych jest jednocześnie kilka podobnych projektów, a niektóre z nich zdążyły już pokazać swój potencjał.

Projekt statku kosmicznego wielokrotnego użytku promu kosmicznego miał kilka głównych celów. Jednym z głównych było obniżenie kosztów lotu i przygotowania do niego. Możliwość wielokrotnego użycia tego samego statku teoretycznie dawała pewne korzyści. Ponadto charakterystyczny wygląd techniczny całego kompleksu pozwolił na znaczne zwiększenie dopuszczalnych wymiarów i masy ładunku. Unikalną cechą STS była możliwość powrotu statku kosmicznego na Ziemię w ładowni.

W trakcie eksploatacji okazało się jednak, że nie wszystkie z postawionych zadań zostały zrealizowane. W praktyce więc przygotowanie statku do lotu okazało się zbyt długie i kosztowne – według tych parametrów projekt nie sprostał pierwotnym wymaganiom. W wielu przypadkach statek kosmiczny wielokrotnego użytku nie mógłby zasadniczo zastąpić „konwencjonalnych” pojazdów nośnych. Wreszcie stopniowe moralne i fizyczne starzenie się sprzętu doprowadziło do najpoważniejszych zagrożeń dla załóg.

W rezultacie podjęto decyzję o zaprzestaniu działalności kompleksu Systemu Transportu Kosmicznego. Ostatni 135. lot odbył się latem 2011 roku. Cztery istniejące statki zostały umorzone i przekazane muzeom jako niepotrzebne. Najbardziej znaną konsekwencją takich decyzji był fakt, że amerykański program kosmiczny przez kilka lat pozostawał bez własnego statku kosmicznego załogowego. Do tej pory astronauci musieli dostać się na orbitę przy użyciu rosyjskiej technologii.

Ponadto cała planeta została na czas nieokreślony pozbawiona nadających się do użytku systemów wielokrotnego użytku. Jednakże pewne środki są już podejmowane. Do chwili obecnej amerykańskie przedsiębiorstwa opracowały kilka projektów tego czy innego rodzaju statków kosmicznych wielokrotnego użytku. Wszystkie nowe próbki zostały już przynajmniej przesłane do testów. W dającej się przewidzieć przyszłości i one będą mogły przejść do pełnej eksploatacji.

Boeinga X-37

Głównym elementem kompleksu STS był samolot orbitalny. Koncepcja ta jest obecnie wykorzystywana w projekcie Boeinga X-37. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych Boeing i NASA rozpoczęły badania nad statkiem kosmicznym wielokrotnego użytku, który może przebywać na orbicie i latać w atmosferze. Na początku ostatniej dekady prace te doprowadziły do ​​uruchomienia projektu X-37. W 2006 roku prototyp nowego typu przeszedł próby w locie po upadku z samolotu lotniskowca.

Boeing X-37B w owiewce rakiety nośnej. Zdjęcie Sił Powietrznych USA

Program wzbudził zainteresowanie Sił Powietrznych USA i od 2006 roku jest realizowany w ich interesie, choć przy pewnym wsparciu NASA. Według oficjalnych danych Siły Powietrzne chcą pozyskać obiecujący samolot orbitalny, zdolny do wystrzeliwania w przestrzeń kosmiczną różnych ładunków lub przeprowadzania różnorodnych eksperymentów. Według różnych szacunków obecny projekt X-37B może zostać wykorzystany w innych misjach, w tym związanych z rozpoznaniem czy pełnoprawną pracą bojową.

Pierwszy lot kosmiczny X-37B odbył się w 2010 roku. Pod koniec kwietnia rakieta nośna Atlas V wyniosła urządzenie na określoną orbitę, na której pozostawało przez 224 dni. Lądowanie „jak samolot” odbyło się na początku grudnia tego samego roku. W marcu następnego roku rozpoczął się drugi lot, który trwał do czerwca 2012 roku. Kolejny start odbył się w grudniu, a trzecie lądowanie odbyło się dopiero w październiku 2014 roku. Od maja 2015 r. do maja 2017 r. eksperymentalny X-37B wykonał swój czwarty lot. 7 września ubiegłego roku rozpoczął się kolejny lot testowy. Nie określono, kiedy zostanie on ukończony.

Według nielicznych oficjalnych danych celem lotów jest zbadanie działania nowej technologii na orbicie, a także przeprowadzenie różnych eksperymentów. Nawet jeśli doświadczone X-37B rozwiążą problemy militarne, klient i wykonawca nie ujawniają takich informacji.

W obecnej postaci produkt Boeing X-37B to samolot rakietowy o charakterystycznym wyglądzie. Wyróżnia się dużym kadłubem i średniej wielkości samolotami. Wykorzystuje silnik rakietowy; sterowanie odbywa się automatycznie lub za pomocą poleceń z ziemi. Według znanych danych w kadłubie znajduje się przedział ładunkowy o długości ponad 2 m i średnicy ponad 1 m, który może pomieścić do 900 kg ładunku.

W tej chwili doświadczony X-37B znajduje się na orbicie i wykonuje przydzielone mu zadania. Nie wiadomo, kiedy wróci na Ziemię. Nie podano również informacji o dalszym postępie projektu eksperymentalnego. Najwyraźniej nowe doniesienia o tym ciekawym rozwoju pojawią się dopiero przy kolejnym lądowaniu prototypu.

Łowca snów SpaceDev/Sierra Nevada

Inną wersją samolotu orbitalnego jest statek Dream Chaser od firmy SpaceDev. Projekt ten opracowywany jest od 2004 roku w celu udziału w programie NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), ale nie mógł przejść pierwszego etapu selekcji. Jednak firma deweloperska szybko zgodziła się na współpracę z United Launch Alliance, która była gotowa zaoferować rakietę nośną Atlas V. W 2008 roku SpaceDev stał się częścią Sierra Nevada Corporation, a wkrótce potem otrzymał dodatkowe fundusze na stworzenie swojej orbitalnej rakiety nośnej. . samolot. Później pojawiło się porozumienie z Lockheed Martin w sprawie wspólnej budowy sprzętu eksperymentalnego.

Eksperymentalny samolot orbitalny Dream Chaser. Zdjęcie: NASA

W październiku 2013 roku prototyp lotu Dream Chaser został zrzucony z helikoptera lotniskowca, po czym wzniósł się w lot szybowcowy i wykonał lądowanie poziome. Pomimo awarii podczas lądowania prototyp potwierdził swoje właściwości konstrukcyjne. Następnie przeprowadzono inne testy na stoiskach. Na podstawie ich wyników projekt został sfinalizowany, a w 2016 roku rozpoczęto budowę prototypu lotu kosmicznego. W połowie ubiegłego roku NASA, Sierra Nevada i ULA podpisały umowę na wykonanie dwóch lotów orbitalnych w latach 2020-21.

Nie tak dawno twórcy urządzenia Dream Chaser otrzymali pozwolenie na premierę pod koniec 2020 roku. W przeciwieństwie do wielu innych nowoczesnych rozwiązań, pierwsza misja kosmiczna tego statku zostanie przeprowadzona z prawdziwym ładunkiem. Statek będzie musiał dostarczyć określony ładunek na Międzynarodową Stację Kosmiczną.

W obecnej postaci statek kosmiczny wielokrotnego użytku Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser to statek powietrzny o charakterystycznym wyglądzie, nawiązującym zewnętrznie do niektórych konstrukcji amerykańskich i zagranicznych. Pojazd ma długość całkowitą 9 m i jest wyposażony w skrzydło delta o rozpiętości 7 m. W przyszłości opracowane zostanie składane skrzydło, aby zapewnić kompatybilność z istniejącymi rakietami nośnymi. Masę startową określono na 11,34 tony. Dream Chaser będzie w stanie dostarczyć na ISS 5,5 tony ładunku i zabrać na Ziemię do 2 ton. Zejście z orbity „jak samolot” wiąże się z mniejszymi przeciążeniami, czyli Oczekuje się, że będzie przydatny do dostarczenia sprzętu i próbek do poszczególnych eksperymentów.

Smok SpaceX

Z wielu powodów pomysł statku powietrznego orbitalnego nie jest obecnie szczególnie popularny wśród twórców nowych technologii kosmicznych. Statek wielokrotnego użytku o „tradycyjnym” wyglądzie, wystrzelony na orbitę za pomocą rakiety nośnej i wracający na Ziemię bez użycia skrzydeł, jest obecnie uważany za wygodniejszy i opłacalny. Najbardziej udanym rozwinięciem tego typu jest produkt Dragon firmy SpaceX.

Statek towarowy SpaceX Dragon (misja CRS-1) w pobliżu ISS. Zdjęcie: NASA

Prace nad projektem Dragon rozpoczęły się w 2006 roku i były prowadzone w ramach programu COTS. Celem projektu było stworzenie statku kosmicznego z możliwością wielokrotnego startu i powrotu. Pierwsza wersja projektu zakładała stworzenie statku transportowego, a w przyszłości planowano opracować na jego podstawie załogową modyfikację. Do tej pory Dragon w wersji „ciężarowej” pokazał pewne rezultaty, natomiast oczekiwany sukces wersji załogowej statku stale posuwa się do przodu.

Pierwsze demonstracyjne wodowanie statku transportowego Dragon odbyło się pod koniec 2010 roku. Po wszystkich wymaganych modyfikacjach NASA zleciła pełne wystrzelenie takiego urządzenia w celu dostarczenia ładunku na Międzynarodową Stację Kosmiczną. 25 maja 2012 r. Dragon pomyślnie zadokował do ISS. Następnie przeprowadzono kilka nowych startów w celu dostarczenia ładunku na orbitę. Najważniejszym etapem programu było jego uruchomienie 3 czerwca 2017 roku. Po raz pierwszy w programie zwodowano odnowiony statek. W grudniu w kosmos poleciało już kolejne urządzenie, które leciało już do ISS. Biorąc pod uwagę wszystkie testy, produkty Dragon wykonały dotychczas 15 lotów.

W 2014 roku SpaceX ogłosiło obiecujący załogowy statek kosmiczny Dragon V2. Twierdzono, że pojazd ten, będący rozwinięciem istniejącej ciężarówki, będzie w stanie przewieźć na orbitę lub wrócić do domu do siedmiu astronautów. Poinformowano także, że w przyszłości nowym statkiem będzie można latać po Księżycu, także z turystami na pokładzie.

Jak to często bywa w przypadku projektów SpaceX, termin realizacji projektu Dragon V2 był kilkukrotnie przesuwany. Tym samym w związku z opóźnieniami w proponowanym lotniskowcu Falcon Heavy termin pierwszych testów przesunięto na rok 2018, a pierwszy załogowy lot stopniowo „przesunął się” na rok 2019. Wreszcie kilka tygodni temu firma deweloperska ogłosiła zamiar odmowy certyfikacji nowego Dragona do lotów załogowych. W przyszłości oczekuje się, że tego typu problemy zostaną rozwiązane za pomocą systemu BFR wielokrotnego użytku, którego jeszcze nie stworzono.

Statek transportowy Dragon ma całkowitą długość 7,2 m i średnicę 3,66 m. Masa sucha wynosi 4,2 tony. Jest w stanie dostarczyć na ISS ładunek o masie 3,3 tony i zwrócić do 2,5 tony ładunku. Aby pomieścić określone ładunki, proponuje się zastosowanie zamkniętego przedziału o pojemności 11 metrów sześciennych i nieuszczelnionego przedziału o pojemności 14 metrów sześciennych. Przedział pozbawiony ciśnienia podczas opadania zostaje zrzucony i spala się w atmosferze, natomiast druga objętość ładunku wraca na Ziemię i ląduje na spadochronie. Aby skorygować orbitę, urządzenie jest wyposażone w 18 silników Draco. Funkcjonalność systemów zapewnia para paneli słonecznych.

Podczas opracowywania załogowej wersji Dragona wykorzystano pewne elementy podstawowego statku transportowego. Jednocześnie szczelna komora musiała zostać znacznie przeprojektowana, aby rozwiązać nowe problemy. Zmieniły się także niektóre inne elementy statku.

Lockheeda Martina Oriona

W 2006 roku NASA i Lockheed Martin zgodziły się stworzyć obiecujący statek kosmiczny nadający się do wielokrotnego użytku. Projekt został nazwany na cześć jednej z najjaśniejszych konstelacji - Oriona. Na przełomie dekady, po zakończeniu części prac, kierownictwo Stanów Zjednoczonych zaproponowało porzucenie tego projektu, ale po długich debatach udało się go uratować. Prace były kontynuowane i obecnie przyniosły określone rezultaty.

Artystyczna wizja obiecującego statku Orion. Rysunek NASA

Według pierwotnej koncepcji statek kosmiczny Orion miał służyć do różnorodnych misji. Miał służyć do dostarczania ładunku i ludzi na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Otrzymawszy odpowiedni sprzęt, mógł polecieć na Księżyc. Badano także możliwość lotu na którąś z asteroid, a nawet na Marsa. Uważano jednak, że rozwiązanie tych problemów należy do odległej przyszłości.

Według planów z ostatniej dekady pierwszy testowy start statku kosmicznego Orion miał nastąpić w 2013 roku. Start z astronautami na pokładzie zaplanowano na 2014 rok. Lot na Księżyc mógłby nastąpić przed końcem dekady. Następnie harmonogram został skorygowany. Pierwszy lot bezzałogowy przełożono na 2014 rok, a start z załogą na 2017 rok. Misje księżycowe przełożono na lata dwudzieste. Do tej pory loty załogowe również zostały przełożone na następną dekadę.

5 grudnia 2014 roku odbył się pierwszy testowy start Oriona. Statek wraz z symulatorem ładunku został wyniesiony na orbitę za pomocą rakiety nośnej Delta IV. Kilka godzin po starcie wrócił na Ziemię i rozbił się w określonym obszarze. Nie było jeszcze żadnych nowych premier. Jednak specjaliści Lockheed Martin i NASA nie pozostali bezczynni. W ciągu ostatnich kilku lat zbudowano szereg prototypów do przeprowadzenia różnych testów w warunkach naziemnych.

Zaledwie kilka tygodni temu rozpoczęła się budowa pierwszego statku kosmicznego Orion przeznaczonego do lotów załogowych. Jego premiera planowana jest na przyszły rok. Zadanie wyniesienia statku na orbitę zostanie powierzone obiecującemu pojazdowi nośnemu Space Launch System. Zakończenie bieżących prac pokaże realne perspektywy dla całego projektu.

Projekt Orion zakłada budowę statku o długości około 5 m i średnicy około 3,3 m. Cechą charakterystyczną tego urządzenia jest jego duża objętość wewnętrzna. Pomimo zainstalowania niezbędnego sprzętu i przyrządów, w szczelnym pomieszczeniu pozostaje niecałe 9 metrów sześciennych wolnej przestrzeni, nadającej się do zainstalowania niektórych urządzeń, w tym foteli załogi. Statek będzie mógł zabrać na pokład do sześciu astronautów lub określoną ilość ładunku. Masę całkowitą statku określono na 25,85 tony.

Systemy suborbitalne

Obecnie realizowanych jest kilka ciekawych programów, które nie zakładają wyniesienia ładunku na orbitę okołoziemską. Obiecujące modele sprzętu wielu amerykańskich firm będą mogły wykonywać jedynie loty suborbitalne. Technika ta ma być wykorzystywana do celów badawczych lub przy rozwoju turystyki kosmicznej. Nowe projekty tego rodzaju nie są rozważane w kontekście rozwoju pełnoprawnego programu kosmicznego, ale nadal budzą pewne zainteresowanie.

Pojazd suborbitalny SpaceShipTwo pod skrzydłem lotniskowca White Knight Two. Zdjęcie: Virgin Galactic / virgingalactic.com

Projekty SpaceShipOne i SpaceShipTwo firm Scale Composites i Virgin Galactic proponują budowę kompleksu składającego się z samolotu transportowego i statku powietrznego orbitalnego. Od 2003 roku dwa rodzaje sprzętu wykonały znaczną liczbę lotów testowych, podczas których przetestowano różne cechy konstrukcyjne i procedury operacyjne. Oczekuje się, że statek typu SpaceShipTwo będzie mógł zabrać na pokład do sześciu pasażerów turystycznych i wynieść ich na wysokość co najmniej 100-150 km, tj. nad dolną granicą przestrzeni kosmicznej. Start i lądowanie muszą odbywać się z „tradycyjnego” lotniska.

Od połowy ostatniej dekady Blue Origin pracuje nad kolejną wersją suborbitalnego systemu kosmicznego. Proponuje przeprowadzić takie loty przy użyciu kombinacji rakiety nośnej i statku, podobnie jak w innych programach. Jednocześnie zarówno rakieta, jak i statek muszą nadawać się do ponownego użycia. Kompleks nazwano New Shepard. Od 2011 roku regularnie odbywają loty testowe nowych typów rakiet i statków. Udało się już wysłać statek kosmiczny na wysokość ponad 110 km, a także zapewnić bezpieczny powrót zarówno statku, jak i rakiety nośnej. W przyszłości system New Shepard będzie jedną z nowości w dziedzinie turystyki kosmicznej.

Przyszłość wielokrotnego użytku

Przez trzy dekady, od początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, głównym środkiem dostarczania ludzi i ładunków na orbitę w arsenale NASA był kompleks System Transportu Kosmicznego / Prom Kosmiczny. Ze względu na moralną i fizyczną przestarzałość, a także ze względu na niemożność uzyskania wszystkich pożądanych rezultatów, eksploatację wahadłowca przerwano. Od 2011 r. Stany Zjednoczone nie posiadają działających statków wielokrotnego użytku. Co więcej, nie mają jeszcze własnego załogowego statku kosmicznego, w wyniku czego astronauci muszą latać na obcej technologii.

Pomimo zaprzestania działalności kompleksu Systemu Transportu Kosmicznego amerykańska astronautyka nie rezygnuje z samej idei statku kosmicznego wielokrotnego użytku. Technika ta nadal cieszy się dużym zainteresowaniem i może być stosowana w różnorodnych misjach. W tej chwili NASA i szereg organizacji komercyjnych opracowują kilka obiecujących statków kosmicznych, zarówno samolotów orbitalnych, jak i systemów kapsułowych. Na chwilę obecną projekty te są na różnym etapie i wykazują różne sukcesy. W najbliższej przyszłości, nie później niż na początku lat dwudziestych, większość nowych rozwiązań osiągnie etap testów lub pełnych lotów, co umożliwi ponowne zbadanie sytuacji i wyciągnięcie nowych wniosków.

Na podstawie materiałów ze stron:
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/

klawisz kontrolny Wchodzić

Zauważyłem BHP Tak, tak Wybierz tekst i kliknij Ctrl+Enter