چی شد؟ خیلی چیزها، از جمله جنگ ویتنام، رسوایی واترگیت، و غیره. اما اگر به ریشه نگاه کنید و از شر همه چیز موقتی و بی اهمیت خلاص شوید، معلوم می شود که در واقع یک دلیل وجود دارد: پول.

گاهی اوقات فراموش می کنیم که سفر به فضا بسیار گران است. قرار دادن تنها یک پوند از هر چیزی در مدار زمین 10000 دلار هزینه دارد. یک مجسمه طلای جامد از جان گلن در اندازه واقعی را تصور کنید و کمی از هزینه چنین پروژه هایی خواهید فهمید. رفتن به ماه به ازای هر پوند محموله به حدود 100000 دلار نیاز دارد. هزینه پرواز به مریخ به ازای هر پوند 1 میلیون دلار (تقریباً به وزن الماس) است.

سپس، در دهه 1960، مسئله قیمت عملاً مورد توجه قرار نگرفت: همه چیز تحت تأثیر اشتیاق و رشد عمومی مسابقه فضایی با روس ها قرار گرفت. دستاوردهای چشمگیر فضانوردان شجاع هزینه های پرواز فضایی را جبران کرد، به خصوص که هر دو طرف مایل بودند برای حفظ افتخار ملی تلاش زیادی کنند. اما حتی ابرقدرت ها نیز نمی توانند چنین باری را برای چندین دهه تحمل کنند.

این همه غم انگیز است! بیش از 300 سال از زمانی که اسحاق نیوتن برای اولین بار قوانین حرکت را نوشت، می گذرد و ما هنوز اسیر محاسبات ساده هستیم. برای پرتاب یک جسم به مدار پایین زمین، باید آن را تا سرعت 7.9 کیلومتر بر ثانیه شتاب داد. برای ارسال یک جسم به یک سفر بین سیاره ای و حرکت آن به خارج از میدان گرانشی زمین، باید به آن سرعت 11.2 کیلومتر بر ثانیه بدهیم (و برای رسیدن به این رقم جادویی - 11.2 کیلومتر بر ثانیه، باید از قانون سوم دینامیک نیوتن استفاده کنیم. : هر عملی یک واکنش مساوی ایجاد می کند، به این معنی که موشک می تواند شتاب بگیرد و گازهای داغ را در جهت مخالف پرتاب کند، تقریباً به همان روشی که یک بالن در اتاق پرواز می کند اگر آن را باد کنید و دریچه را آزاد کنید.) بنابراین محاسبه هزینه. سفر فضایی با استفاده از قوانین نیوتن اصلاً دشوار نیست. هیچ قانون طبیعت (نه فیزیکی و نه مهندسی) وجود ندارد که ما را از کاوش در منظومه شمسی منع کند. همه چیز در مورد هزینه است.

اما این کافی نیست. موشک باید سوخت حمل کند که بار آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. هواپیماها می توانند تا حدی این مشکل را با گرفتن اکسیژن از جو و تغذیه آن به موتورها دور بزنند. اما هیچ هوایی در فضا وجود ندارد و موشک باید تمام اکسیژن و هیدروژن خود را با خود حمل کند.

علاوه بر این که این واقعیت سفر فضایی را به یک لذت بسیار گران تبدیل می کند، دلیل اصلی نداشتن بسته موشک یا ماشین پرنده است. نویسندگان داستان های علمی تخیلی (اما غیر دانشمندان) دوست دارند روزی را تصور کنند که همه ما بسته های موشک را بسته و به سمت محل کار پرواز کنیم - یا با ماشین پرنده خانوادگی به پیک نیک یکشنبه برویم. مردم اغلب از آینده پژوهان ناامید می شوند زیرا پیش بینی های آنها هرگز محقق نمی شود. (به همین دلیل است که مقالات و کتاب های زیادی با عناوین بدبینانه مانند "جت پک من کجاست؟" در اطراف وجود دارد.) اما برای درک دلیل، تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک محاسبه ساده انجام دهید. بسته های موشک وجود دارد. در واقع، نازی ها حتی سعی کردند در طول جنگ جهانی دوم از آنها استفاده کنند. اما پراکسید هیدروژن، سوخت رایج در چنین مواردی، به سرعت تمام می شود، بنابراین میانگین پرواز روی بسته موشک تنها چند دقیقه طول می کشد. به همین ترتیب، اتومبیل های پرنده با روتور هلیکوپتر سوخت بسیار زیادی می سوزانند و برای افراد عادی بسیار گران می شوند.

پایان برنامه قمری

این قیمت های بسیار بالا برای سفرهای فضایی است که مقصر این واقعیت است که آینده اکتشافات فضایی سرنشین دار در حال حاضر بسیار نامشخص به نظر می رسد. جورج دبلیو بوش به عنوان رئیس جمهور در سال 2004 طرحی روشن اما نسبتا بلندپروازانه برای برنامه فضایی ارائه کرد. ابتدا قرار بود شاتل فضایی در سال 2010 بازنشسته شود و تا سال 2015 با سیستم موشکی جدیدی به نام Constellation جایگزین شود. در مرحله دوم، تا سال 2020 برنامه ریزی شده بود که به ماه بازگردد و در نهایت یک پایگاه مسکونی دائمی در ماهواره سیاره ما ایجاد شود. ثالثاً همه اینها قرار بود راه را برای پرواز سرنشین دار به مریخ هموار کند.

با این حال، حتی از زمانی که طرح بوش مطرح شد، اقتصاد فضا به طور قابل توجهی تغییر کرده است، عمدتاً به این دلیل که رکود بزرگ، کیف سفرهای فضایی آینده را خالی کرده است. گزارش کمیسیون آگوستین در سال 2009 به پرزیدنت باراک اوباما نشان داد که برنامه اولیه در سطوح موجود بودجه غیرممکن است. در سال 2010، پرزیدنت اوباما با پایان دادن همزمان برنامه شاتل فضایی و توسعه جانشین شاتل فضایی که راه را برای بازگشت به ماه هموار می کند، گام های عملی برداشت. در آینده نزدیک، ناسا بدون موشک های خود برای فرستادن فضانوردان ما به فضا، مجبور خواهد شد به روس ها تکیه کند. از سوی دیگر، این وضعیت تلاش های شرکت های خصوصی را برای ایجاد موشک های لازم برای ادامه برنامه فضایی سرنشین دار تحریک می کند. ناسا که گذشته باشکوه خود را رها کرده است، دیگر هرگز موشک هایی برای برنامه سرنشین دار نخواهد ساخت. حامیان طرح اوباما می گویند که این آغاز دوره جدیدی از اکتشافات فضایی است که در آن ابتکارات خصوصی پیروز خواهد شد. منتقدان می گویند این طرح ناسا را ​​به یک "آژانس بدون هدف" تبدیل می کند.

فرود آمدن روی یک سیارک

گزارش کمیسیون آگوستین مسیری به اصطلاح انعطاف‌پذیر را پیشنهاد می‌کند، شامل چندین هدف نسبتاً متوسط ​​که نیازی به مصرف سوخت موشکی ندارد: برای مثال، سفر به یک سیارک نزدیک که اتفاقاً از کنار زمین می‌گذرد، یا سفر به زمین. قمرهای مریخ این گزارش نشان داد که سیارک مورد نظر ممکن است هنوز در نقشه های ما نباشد: شاید این یک جسم سرگردان ناشناخته باشد که قرار است در آینده نزدیک کشف شود.

در گزارش کمیسیون اشاره شده است که مشکل این است که سوخت موشک برای فرود روی ماه و به ویژه مریخ، و همچنین برای برخاستن و بازگشت، بسیار گران خواهد بود. اما از آنجایی که میدان گرانشی روی سیارک و ماهواره‌های مریخ بسیار ضعیف است، سوخت چندین برابر کمتر مورد نیاز خواهد بود. گزارش آگوستین همچنین به امکان بازدید از نقاط لاگرانژ اشاره کرد، یعنی مکان‌هایی در فضای بیرونی که جاذبه گرانشی زمین و ماه متقابلاً جبران می‌شوند. (ممکن است این نقاط به عنوان یک زباله کیهانی عمل کنند، جایی که تمام زباله های جمع آوری شده توسط منظومه شمسی و یافت شده در مجاورت زمین از زمان های قدیم انباشته شده است؛ فضانوردان می توانند سنگ های جالبی را در آنجا پیدا کنند که قدمت آنها به زمان شکل گیری زمین بازمی گردد. سیستم زمین-ماه.)

در واقع فرود آمدن روی یک سیارک کار ارزانی است، زیرا سیارک ها میدان گرانشی بسیار ضعیفی دارند. (به همین دلیل است که سیارک ها معمولاً گرد نیستند، اما شکلی نامنظم دارند. همه اجرام بزرگ در جهان - ستاره ها، سیارات و ماهواره ها - گرد هستند، زیرا نیروی گرانش آنها را به طور مساوی به سمت مرکز می کشد. هر گونه بی نظمی در شکل یک سیاره به تدریج برطرف می شود. اما نیروی گرانش روی سیارک آنقدر ضعیف است که نمی تواند سیارک را به صورت توپ فشرده کند.)

یکی از اهداف احتمالی چنین پروازی سیارک آپوفیس است که در سال 2029 باید به طور خطرناکی از نزدیکی زمین عبور کند. این صخره با عرض حدود 300 متر و به اندازه یک زمین فوتبال بزرگ، چنان از سیاره زمین عبور می کند که برخی از ماهواره های مصنوعی ما را بیرون می گذارد. تعامل با سیاره ما، مدار سیارک را تغییر خواهد داد و اگر بدشانس باشید، ممکن است در سال 2036 دوباره به زمین بازگردد. حتی احتمال کمی وجود دارد (1 در 100000) که پس از بازگشت به زمین ختم شود. اگر واقعاً این اتفاق بیفتد، تأثیر آن معادل 100000 بمب هیروشیما خواهد بود. در عین حال، گردبادهای آتش، امواج ضربه ای و زباله های داغ می توانند منطقه ای به وسعت فرانسه را کاملاً ویران کنند. (برای مقایسه: یک شی بسیار کوچکتر، احتمالاً به اندازه یک ساختمان آپارتمانی، در سال 1908 در نزدیکی رودخانه Podkamennaya Tunguska سیبری سقوط کرد و با انفجار هزار بمب هیروشیما، 2500 کیلومتر مربع از جنگل را از بین برد. موج ضربه ای ناشی از آن. انفجار در فاصله چند هزار کیلومتری احساس شد. علاوه بر این، سقوط درخشش غیرمعمولی در آسمان آسیا و اروپا ایجاد کرد، به طوری که در لندن در شب می توانید روزنامه ای را در خیابان بخوانید.)

بازدید از آپوفیس بار سنگینی برای بودجه ناسا نخواهد بود، زیرا به هر حال سیارک باید بسیار نزدیک پرواز کند، اما فرود آمدن روی آن ممکن است مشکل ساز باشد. به دلیل میدان گرانشی ضعیف این سیارک، کشتی مجبور نیست به معنای سنتی روی آن فرود بیاید، بلکه باید پهلو بگیرد. علاوه بر این، به طور ناهموار می چرخد، بنابراین قبل از فرود، لازم است اندازه گیری دقیق تمام پارامترها انجام شود. به طور کلی، جالب است که ببینیم این سیارک چقدر سخت است. برخی از دانشمندان بر این باورند که ممکن است به سادگی انبوهی از سنگ باشد که توسط یک میدان گرانشی ضعیف در کنار هم نگه داشته شده است. دیگران آن را محکم می دانند. یک روز، دانش تراکم سیارک ها ممکن است برای بشریت حیاتی باشد. ممکن است روزی ما مجبور شویم یک سیارک را با استفاده از سلاح های هسته ای تکه تکه کنیم. اگر بلوک سنگی که در فضای بیرونی پرواز می کند، به جای تبدیل شدن به پودر، به چند قطعه بزرگ تقسیم شود، سقوط آنها به زمین ممکن است حتی خطرناک تر از سقوط کل سیارک باشد. شاید بهتر باشد قبل از نزدیک شدن به زمین، سیارک را به حرکت درآورید تا کمی مدارش را تغییر دهد.

فرود بر روی ماهواره مریخ

اگرچه کمیسیون آگوستین مأموریت سرنشین دار به مریخ را توصیه نکرد، اما احتمال بسیار جالب دیگری وجود دارد - ارسال فضانوردان به قمرهای مریخی فوبوس و دیموس. این ماهواره ها بسیار کوچکتر از ماه زمین هستند و بنابراین مانند سیارک ها میدان گرانشی بسیار ضعیفی دارند. علاوه بر ارزان بودن نسبی، بازدید از ماهواره مریخ چندین مزیت دیگر نیز دارد:

1. اولا، این ماهواره ها می توانند به عنوان ایستگاه فضایی موقت مورد استفاده قرار گیرند. با استفاده از آنها می توانید سیاره را بدون هزینه زیاد و بدون فرود به سطح آن تجزیه و تحلیل کنید.

2. ثانیاً، روزی ممکن است به عنوان یک مرحله میانی برای سفر به مریخ مفید باشند. فاصله فوبوس تا مرکز سیاره سرخ کمتر از 10000 کیلومتر است، بنابراین می‌توانید تنها در چند ساعت از آنجا به پایین پرواز کنید.

3. احتمالاً غارهایی در این ماهواره ها وجود دارد که می توان از آنها برای سازماندهی یک پایگاه دائمی قابل سکونت و محافظت از آن در برابر شهاب سنگ ها و تشعشعات کیهانی استفاده کرد. در فوبوس، به ویژه، یک دهانه بزرگ به نام استیکنی وجود دارد. این احتمالاً اثری از برخورد یک شهاب سنگ عظیم است که تقریباً ماهواره را شکافت. با این حال، به تدریج، گرانش قطعات را دوباره به هم نزدیک کرد و ماهواره را بازسازی کرد. شاید پس از این برخورد دیرینه، غارها و شکاف های زیادی روی فوبوس باقی مانده باشد.

بازگشت به ماه

گزارش آگوستین همچنین از یک سفر جدید به ماه صحبت می کند، اما به شرطی که بودجه برای برنامه های فضایی افزایش یابد و حداقل 30 میلیارد دلار بیشتر برای این برنامه در ده سال آینده اختصاص یابد. از آنجایی که این بسیار بعید است، برنامه ماه را اساساً می توان بسته در نظر گرفت، حداقل برای سال های آینده.

برنامه لغو شده ماه به نام صورت فلکی شامل چندین جزء اصلی بود. اول، وسیله نقلیه پرتاب Ares V، اولین پرتابگر فوق سنگین ایالات متحده از زمان بازنشستگی زحل در اوایل دهه 1970 است. دوم، موشک سنگین Ares I و فضاپیمای Orion، که قادر به حمل شش فضانورد به ایستگاه فضایی نزدیک زمین یا چهار فضانورد به ماه است. و در نهایت ماژول فرود Altair که در واقع قرار بود به سطح ماه فرود آید.

طراحی شاتل، جایی که کشتی در کنار آن نصب شده بود، دارای چندین اشکال مهم بود، از جمله تمایل حامل به از دست دادن قطعات فوم عایق در طول پرواز. برای فضاپیمای کلمبیا، این یک فاجعه بود: پس از بازگشت به زمین سوخت و هفت فضانورد شجاع را با خود برد - و همه اینها به این دلیل است که در حین پرتاب، یک قطعه عایق فوم که از مخزن سوخت خارجی جدا شده بود، برخورد کرد. لبه بال و سوراخ در آن . پس از ورود مجدد، گازهای داغ به داخل بدنه کلمبیا هجوم آوردند و همه افراد داخل کشتی را کشتند و باعث نابودی کشتی شدند. در پروژه Constellation، جایی که قرار بود ماژول قابل سکونت مستقیماً در بالای موشک قرار گیرد، چنین مشکلی پیش نمی آمد.

مطبوعات پروژه صورت فلکی را "برنامه آپولو در مورد استروئیدها" نامیدند - این برنامه بسیار یادآور برنامه قمری دهه 1970 بود. قرار بود طول موشک Ares I تقریباً 100 متر در مقابل 112.5 متر برای Saturn V باشد. فرض بر این بود که این موشک فضاپیمای سرنشین دار Orion را به فضا پرتاب می کند و بنابراین جایگزین شاتل های قدیمی می شود. برای پرتاب ماژول Altair و تامین سوخت برای پرواز به ماه، ناسا در نظر داشت از موشک Ares V با ارتفاع 118 متر استفاده کند که قادر است 188 تن محموله را به مدار پایین زمین برساند. موشک Ares V اساس هر مأموریتی به ماه یا مریخ بود. (اگرچه توسعه Ares متوقف شده است، خوب است که حداقل چیزی از برنامه برای استفاده در آینده ذخیره شود؛ صحبت هایی در مورد این وجود دارد.)

پایگاه دائمی قمری

پرزیدنت اوباما با پایان دادن به برنامه صورت فلکی، چندین گزینه را باز گذاشت. فضاپیمای اوریون، که قرار بود بار دیگر فضانوردان آمریکایی را به ماه ببرد، به عنوان وسیله ای نجات بخش برای ایستگاه فضایی بین المللی در نظر گرفته شد. شاید در آینده، زمانی که اقتصاد از بحران رهایی یابد، برخی از دولت های دیگر بخواهند به برنامه قمری بازگردند، از جمله پروژه ایجاد پایگاه قمری.

ایجاد یک پایگاه دائمی قابل سکونت در ماه به ناچار با موانع زیادی روبرو خواهد شد. اولین آنها ریزشهاب سنگ ها هستند. از آنجایی که در ماه هوا وجود ندارد، سنگ هایی از آسمان بدون مانع بر روی سطح آن فرو می ریزند. با نگاهی ساده به سطح ماهواره ما، که کاملاً با آثاری از برخوردهای طولانی مدت با شهاب سنگ ها پر شده است، تأیید این موضوع آسان است. برخی از آنها میلیاردها سال قدمت دارند.

سال ها پیش، زمانی که دانشجوی دانشگاه کالیفرنیا در برکلی بودم، این خطر را به چشم خودم دیدم. در اوایل دهه 1970 توسط فضانوردان آورده شد. خاک ماه یک حس واقعی در دنیای علمی ایجاد کرد. من به آزمایشگاهی دعوت شدم که در آنجا خاک ماه را زیر میکروسکوپ تجزیه و تحلیل می کردند. در ابتدا یک سنگ دیدم - همانطور که به نظرم رسید یک سنگ کاملاً معمولی (سنگ های قمری بسیار شبیه به سنگ های زمینی هستند) اما به محض اینکه از طریق میکروسکوپ نگاه کردم ... شوکه شدم! کل صخره با دهانه های شهاب سنگی کوچک پوشیده شده بود که در داخل آن دهانه های کوچکتر نیز دیده می شد. تا حالا همچین چیزی ندیده بودم من متوجه شدم که در دنیای بدون جو، حتی کوچکترین ذره غبار، که با سرعت بیش از 60000 کیلومتر در ساعت برخورد می کند، به راحتی می تواند بکشد - و اگر نه بکشد، یک سوراخ در لباس فضایی ایجاد کند. (دانشمندان خسارات عظیم ناشی از ریزشهاب‌سنگ‌ها را تصور می‌کنند، زیرا می‌توانند برخورد با آنها را شبیه‌سازی کنند. آزمایشگاه‌هایی که به طور خاص برای مطالعه ماهیت چنین برخوردهایی طراحی شده‌اند، دارای تفنگ‌های عظیمی هستند که قادر به شلیک توپ‌های فلزی با سرعت‌های بسیار زیاد هستند.)

یکی از راه حل های ممکن، ساختن پایه ماه در زیر سطح است. مشخص است که در زمان های قدیم ماه از نظر آتشفشانی فعال بوده است و فضانوردان ممکن است بتوانند یک لوله گدازه ای را پیدا کنند که به اعماق زمین می رود. (لوله های گدازه آثاری از جریان های گدازه باستانی هستند که ساختارها و تونل های غار مانندی را در اعماق می جویدند.) در سال 2009، ستاره شناسان در واقع یک لوله گدازه ای به اندازه آسمان خراش را در ماه کشف کردند که می تواند به عنوان پایه ای برای یک پایگاه دائمی ماه عمل کند.

چنین غار طبیعی می تواند محافظت ارزانی برای فضانوردان در برابر پرتوهای کیهانی و شراره های خورشیدی فراهم کند. حتی زمانی که از یک سر قاره به انتهای دیگر پرواز می کنیم (مثلاً از نیویورک تا لس آنجلس)، در معرض تشعشعات با سطوحی در حدود یک میلی بار در ساعت (معادل یک عکس اشعه ایکس در دندانپزشک) هستیم. در ماه، تابش می تواند آنقدر قوی باشد که محل زندگی پایگاه باید در اعماق سطح قرار گیرد. در محیط های بدون جو، باران مرگبار شراره های خورشیدی و پرتوهای کیهانی فضانوردان را در معرض خطر مستقیم پیری زودرس و حتی سرطان قرار می دهد.

بی وزنی نیز مشکل ساز است، به خصوص برای دوره های طولانی. در مرکز آموزشی ناسا در کلیولند، اوهایو، آزمایش های مختلفی بر روی فضانوردان انجام می شود. یک بار سوژه ای را دیدم که در حالت افقی با استفاده از یک مهار مخصوص روی تردمیل نصب شده به صورت عمودی به حالت تعلیق درآمد. دانشمندان سعی کردند استقامت سوژه را در شرایط گرانش صفر تعیین کنند.

پس از صحبت با پزشکان ناسا، متوجه شدم که بی وزنی بسیار کمتر از آنچه در نگاه اول به نظر می رسد بی ضرر است. یکی از پزشکان به من توضیح داد که طی چندین دهه، پروازهای طولانی مدت فضانوردان آمریکایی و فضانوردان روسی در شرایط بی وزنی به وضوح نشان داد: در گرانش صفر، تغییرات قابل توجهی در بدن انسان، بافت عضلانی، استخوان ها و سیستم قلبی عروقی تخریب می شود. بدن ما نتیجه میلیون ها سال توسعه در میدان گرانشی زمین است. تحت شرایط قرار گرفتن طولانی مدت در معرض یک میدان گرانشی ضعیف تر، فرآیندهای بیولوژیکی با شکست مواجه می شوند.

فضانوردان روسی پس از حدود یک سال در گرانش صفر به قدری ضعیف به زمین باز می گردند که به سختی می توانند بخزند. در فضا، حتی با تمرین روزانه، عضلات آتروفی می شوند، استخوان ها کلسیم خود را از دست می دهند و سیستم قلبی عروقی ضعیف می شود. پس از پرواز، برخی از آنها به چندین ماه برای بهبودی نیاز دارند و برخی از تغییرات ممکن است برگشت ناپذیر باشند. سفر به مریخ ممکن است دو سال طول بکشد و فضانوردان چنان ضعیف به زمین خواهند رسید که قادر به کار نخواهند بود. (یک راه حل برای این مشکل چرخاندن کشتی بین سیاره ای و ایجاد گرانش مصنوعی در آن است. مکانیسم در اینجا مانند چرخاندن یک سطل روی طناب است، زمانی که آب حتی در حالت وارونه از آن بیرون نمی ریزد. اما این بسیار گران است، زیرا برای حفظ چرخش به ماشین آلات سنگین و حجیم نیاز است و هر پوند وزن اضافی به معنای افزایش 10000 دلاری هزینه پروژه است.)

آب روی ماه

یکی از اکتشافات اخیر می تواند شرایط بازی ماه را به طور جدی تغییر دهد: یخ باستانی در ماه کشف شد که احتمالاً از برخوردهای طولانی مدت با دنباله دارها باقی مانده است. در سال 2009، کاوشگر ماه ناسا LCROSS و مرحله بالایی قنطورس آن در نزدیکی قطب جنوبی آن به ماه برخورد کردند. سرعت برخورد تقریبا 2500 متر بر ثانیه بود. در نتیجه، مواد از سطح به ارتفاع بیش از یک کیلومتر پرتاب شد و دهانه ای به قطر حدود 20 متر ظاهر شد. بینندگان تلویزیون احتمالاً از این که این برخورد باعث ایجاد انفجار زیبای موعود نشده بود، کمی ناامید شده بودند، اما دانشمندان خوشحال بودند: این برخورد بسیار آموزنده بود. به این ترتیب، حدود 100 لیتر آب در ماده ای که از سطح به بیرون پرتاب شده بود، یافت شد. و در سال 2010، یک بیانیه تکان دهنده جدید بیان شد: در مواد ماه، آب بیش از 5٪ جرم را تشکیل می دهد، بنابراین شاید رطوبت در ماه بیشتر از برخی مناطق صحرا باشد.

این کشف می تواند پیامدهای بسیار زیادی داشته باشد: این امکان وجود دارد که فضانوردان آینده بتوانند از رسوبات یخ زیر ماه برای ساخت سوخت موشک (با استخراج هیدروژن از آب)، برای تنفس (با استخراج اکسیژن)، برای محافظت (از آنجایی که آب تشعشعات را جذب می کند) و برای نوشیدن استفاده کنند. به طور طبیعی، به شکل خالص). بنابراین این کشف به کاهش چندین برابر هزینه هر برنامه قمری کمک می کند.

نتایج به‌دست‌آمده ممکن است به این معنی باشد که در طول ساخت و ساز و در آینده هنگام تأمین پایگاه، فضانوردان می‌توانند از منابع محلی - آب و انواع مواد معدنی استفاده کنند.

اواسط قرن

(2030–2070)

پرواز به مریخ

در سال 2010، پرزیدنت اوباما که از فلوریدا بازدید کرد، نه تنها تعطیلی برنامه ماه را اعلام کرد، بلکه از یک ماموریت به مریخ و کمک مالی برای یک پرتابگر سنگین هنوز نامشخص حمایت کرد که می تواند روزی فضانوردان را به اعماق فضا، فراتر از آن ببرد. مدار ماه او اشاره کرد که امیدوار است منتظر روزی باشد - شاید زمانی در اواسط دهه 2030 - که فضانوردان آمریکایی پا به سطح مریخ بگذارند. برخی از فضانوردان، مانند باز آلدرین، به گرمی از طرح اوباما حمایت کردند، دقیقاً به این دلیل که پیشنهاد شده بود ماه را از دست بدهد. آلدرین یک بار به من گفت که از آنجایی که آمریکایی ها قبلاً به ماه رفته بودند، اکنون تنها دستاورد واقعی پرواز به مریخ خواهد بود.

از میان تمام سیارات منظومه شمسی، تنها مریخ به نظر می رسد که به اندازه کافی شبیه به زمین است که نوعی حیات می تواند از آنجا سرچشمه گرفته باشد. (عطارد که توسط خورشید سوخته است، احتمالاً آنقدر خصمانه است که نمی‌تواند حیات را آنطور که ما می‌شناسیم، پشتیبانی کند. غول‌های گازی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون برای پشتیبانی از حیات آنقدر سرد هستند. زهره از بسیاری جهات دوقلوی زمین است، اما وحشی‌تر است. اثر گلخانه‌ای شرایط آنجا را به سادگی جهنمی کرده است: دما به +500 درجه سانتیگراد می رسد، جوی که عمدتاً از دی اکسید کربن تشکیل شده است 100 برابر متراکم تر از زمین است و از آسمان باران اسید سولفوریک می بارد. تلاش برای راه رفتن روی سطح زهره خفه می شود و تا حد مرگ له می شود. و بقایای شما سرخ شده و در اسید سولفوریک حل می شود.)

از سوی دیگر، مریخ زمانی سیاره ای نسبتا مرطوب بود. در آنجا، مانند روی زمین، اقیانوس‌ها و رودخانه‌هایی وجود داشتند که مدت‌ها پیش ناپدید شدند. امروز یک بیابان یخ زده و بی جان است. با این حال، ممکن است روزی روزگاری – میلیاردها سال پیش – حیات خرد در مریخ شکوفا شده باشد. حتی ممکن است باکتری ها هنوز در جایی در چشمه های آب گرم زندگی کنند.

هنگامی که ایالات متحده قاطعانه تصمیم به انجام یک سفر سرنشین دار به مریخ بگیرد، اجرای آن 20 تا 30 سال دیگر طول خواهد کشید. اما باید توجه داشت که رسیدن به مریخ برای شخص بسیار دشوارتر از ماه خواهد بود. مریخ در مقایسه با ماه یک جهش کیفی در پیچیدگی است. شما می توانید در سه روز به ماه پرواز کنید؛ رسیدن به مریخ از شش ماه تا یک سال طول می کشد.

در جولای 2009، دانشمندان ناسا تخمین زدند که یک اکسپدیشن واقعی مریخ چگونه می‌تواند باشد. فضانوردان حدود 6 ماه به مریخ پرواز می کنند، سپس 18 ماه را در سیاره سرخ سپری می کنند، سپس شش ماه دیگر را برای بازگشت به مریخ می گذرانند.

در مجموع، حدود 700 تن تجهیزات باید به مریخ ارسال شود - این بیشتر از ایستگاه فضایی بین المللی با هزینه 100 میلیارد دلار است. برای صرفه جویی در مصرف آب و غذا، فضانوردان در سفر و کار بر روی مریخ باید مواد زائد خود را تصفیه کرده و از آنها برای بارور کردن گیاهان استفاده کنند. در مریخ نه اکسیژن، نه خاک، نه آب، نه حیوان و نه گیاه وجود دارد، بنابراین همه چیز باید از زمین آورده شود. امکان استفاده از منابع محلی وجود نخواهد داشت. اتمسفر مریخ تقریباً به طور کامل از دی اکسید کربن تشکیل شده است و فشار اتمسفر آن تنها 1 درصد فشار زمین است. هر گونه سوراخ در کت و شلوار به معنای کاهش سریع فشار و مرگ خواهد بود.

اکسپدیشن آنقدر پیچیده خواهد بود که باید به چند مرحله تقسیم شود. از آنجایی که حمل سوخت در سفر برگشت از زمین بسیار گران است، ممکن است یک موشک جداگانه با سوخت برای سوخت رسانی به وسیله نقلیه بین سیاره ای به مریخ فرستاده شود. (یا اگر بتوان اکسیژن و هیدروژن کافی از یخ مریخ استخراج کرد، می توان از آن به عنوان سوخت موشک استفاده کرد.)

پس از رسیدن به مریخ، فضانوردان احتمالاً باید چندین هفته را صرف سازگاری با زندگی در سیاره دیگری کنند. چرخه روز و شب در آنجا تقریباً مشابه زمین است (روز مریخی کمی طولانی تر است و 24.6 ساعت است) اما سال در مریخ دو برابر زمین است. دما تقریباً هرگز از نقطه انجماد بالاتر نمی رود. طوفان های گرد و غبار شدید در آنجا خشمگین است. شن‌های مریخ مانند تالک ریز هستند و طوفان‌های گرد و غبار اغلب کل سیاره را می‌پوشانند.

Terraform Mars؟

بیایید فرض کنیم که تا اواسط قرن، فضانوردان از مریخ بازدید خواهند کرد و یک پایگاه بدوی در آنجا ایجاد خواهند کرد. اما این کافی نیست. به طور کلی، بشریت احتمالاً به طور جدی پروژه زمین‌سازی مریخ را در نظر خواهد گرفت - تبدیل آن به سیاره‌ای دلپذیرتر برای زندگی. کار بر روی این پروژه در بهترین حالت در پایان قرن بیست و یکم و به احتمال زیاد حتی در آغاز قرن بعدی آغاز خواهد شد.

دانشمندان قبلاً چندین راه را برای تبدیل مریخ به مکانی مهمان‌پذیرتر در نظر گرفته‌اند. احتمالا ساده ترین آنها افزودن متان یا گاز گلخانه ای دیگر به جو سیاره سرخ است. متان یک گاز گلخانه ای قوی تر از دی اکسید کربن است، بنابراین جو متان نور خورشید را به دام می اندازد و به تدریج سطح سیاره را گرم می کند. دما به بالای صفر خواهد رسید. علاوه بر متان، گازهای گلخانه ای دیگری مانند آمونیاک و فریون نیز به عنوان گزینه در نظر گرفته می شوند.

با افزایش دما، منجمد دائمی برای اولین بار پس از میلیاردها سال شروع به ذوب شدن می کند و به کانال های رودخانه اجازه می دهد دوباره پر از آب شوند. با گذشت زمان، با متراکم شدن جو، دریاچه ها و حتی اقیانوس ها ممکن است دوباره در مریخ تشکیل شوند. در نتیجه، دی اکسید کربن بیشتری آزاد می شود - یک حلقه بازخورد مثبت ایجاد می شود.

در سال 2009، مشخص شد که متان به طور طبیعی از سطح مریخ آزاد می شود. منبع این گاز هنوز یک راز است. در زمین، متان عمدتاً از تجزیه مواد آلی به وجود می‌آید، اما در مریخ می‌تواند محصول جانبی برخی از فرآیندهای زمین‌شناسی باشد. اگر دانشمندان موفق به پیدا کردن منبع این گاز شوند، شاید بتوانند خروجی آن را افزایش دهند و در نتیجه جو سیاره را تغییر دهند.

احتمال دیگر ارسال یک دنباله دار به جو مریخ است. اگر بتوان یک دنباله دار را به اندازه کافی دور از خورشید رهگیری کرد، حتی یک ضربه کوچک - فشار یک موتور موشک ویژه، برخورد در زاویه مناسب با یک فضاپیما، یا حتی فقط کشش گرانشی این دستگاه - ممکن است کافی باشد. برای تغییر مدار هالک فضایی در صورت نیاز. دنباله دارها عمدتاً از آب تشکیل شده اند و تعداد زیادی از آنها در منظومه شمسی وجود دارد. (به عنوان مثال، هسته دنباله دار هالی به شکل بادام زمینی است، حدود 30 کیلومتر عرض دارد و عمدتا از یخ و سنگ تشکیل شده است.) با نزدیک شدن به مریخ، اصطکاک با جو شروع می شود و به آرامی از هم جدا می شود و آزاد می شود. آب به شکل بخار وارد جو سیاره می شود.

اگر دنباله‌دار مناسبی پیدا نشد، می‌توان به جای آن از یکی از قمرهای یخی مشتری یا مثلاً یک سیارک حاوی یخ مانند سرس (دانشمندان معتقدند که 20 درصد آن از آب تشکیل شده است) استفاده کرد. البته، هدایت ماه یا یک سیارک در جهتی که نیاز داریم دشوارتر خواهد بود، زیرا، به طور معمول، چنین اجرام آسمانی در مدارهای پایدار قرار دارند. و سپس دو گزینه وجود دارد: این امکان وجود دارد که دنباله‌دار، ماه یا سیارک داده شده را در مدار مریخ رها کنیم و اجازه دهیم به آرامی فرو بریزد و بخار آب در جو آزاد شود، یا اینکه این جرم آسمانی را بر روی یکی از مریخ پایین بیاوریم. کلاهک های قطبی مریخ مناطق قطبی سیاره سرخ عبارتند از دی اکسید کربن یخ زده که در ماه های تابستان ناپدید می شود و یخ که اساس را تشکیل می دهد و هرگز ذوب نمی شود. اگر یک دنباله دار، ماه یا سیارک به کلاهک یخی برخورد کند، انرژی زیادی آزاد می شود و یخ خشک تبخیر می شود. گازهای گلخانه ای وارد جو می شود و روند گرم شدن کره زمین در مریخ را تسریع می کند. در این گزینه بازخورد مثبت نیز می تواند رخ دهد. هرچه دی اکسید کربن بیشتری از نواحی قطبی سیاره آزاد شود، دما بیشتر می شود و در نتیجه دی اکسید کربن بیشتری نیز آزاد می شود.

پیشنهاد دیگر منفجر کردن چندین بمب هسته‌ای روی کلاهک‌های یخی قطبی است. عیب این روش واضح است: ممکن است آب آزاد شده رادیواکتیو باشد. یا می توانید سعی کنید یک راکتور گرما هسته ای در آنجا بسازید که یخ های مناطق قطبی را ذوب کند.

سوخت اصلی راکتور همجوشی آب است و آب یخ زده زیادی در مریخ وجود دارد.

هنگامی که دما از نقطه انجماد بالاتر می رود، توده های کم عمق آب روی سطح تشکیل می شوند که می توانند توسط برخی از اشکال جلبک هایی که در قطب جنوب روی زمین رشد می کنند، مستعمره شوند. آنها احتمالا جو مریخ را که 95 درصد دی اکسید کربن است، دوست خواهند داشت. همچنین امکان اصلاح ژنتیکی جلبک برای اطمینان از رشد هرچه سریعتر آن وجود دارد. حوضچه های جلبک از چندین جهت سرعت زمین زایی را افزایش می دهند. ابتدا جلبک ها دی اکسید کربن را به اکسیژن تبدیل می کنند. در مرحله دوم، آنها رنگ سطح مریخ و بر این اساس، بازتاب آن را تغییر می دهند. سطح تیره تر تابش خورشیدی بیشتری را جذب می کند. ثالثاً، از آنجایی که جلبک ها خود به خود رشد می کنند، بدون هیچ کمک خارجی، این روش تغییر وضعیت روی سیاره نسبتاً ارزان خواهد بود. چهارم اینکه جلبک می تواند به عنوان غذا استفاده شود. با گذشت زمان، این دریاچه های جلبکی خاک سطحی و مواد مغذی را تشکیل می دهند. گیاهان می توانند از این مزیت استفاده کنند و تولید اکسیژن را بیشتر تسریع کنند.

دانشمندان همچنین در حال بررسی امکان احاطه مریخ با ماهواره هایی هستند که نور خورشید را جمع آوری کرده و به سطح سیاره هدایت می کنند. این امکان وجود دارد که چنین ماهواره هایی، حتی به تنهایی، بتوانند دمای سطح مریخ را تا نقطه انجماد و بالاتر برسانند. به محض اینکه این اتفاق بیفتد و یخ های دائمی شروع به ذوب شدن کند، سیاره به طور طبیعی خود به خود گرم می شود.

سود اقتصادی؟

نباید دچار توهم شد و فکر کرد که استعمار ماه و مریخ فوراً منافع اقتصادی بی شماری برای بشریت به همراه خواهد داشت. هنگامی که کلمب در سال 1492 به دنیای جدید سفر کرد، دسترسی به گنجینه هایی را که در تاریخ بی سابقه بود، باز کرد. خیلی زود، فاتحان شروع به ارسال طلاهای غارت شده از سرخپوستان محلی در مقادیر زیادی از مکان های تازه کشف شده به سرزمین خود و مهاجران - مواد خام با ارزش و محصولات کشاورزی کردند. هزینه‌های سفر به دنیای جدید بیش از گنجینه‌های بی‌شماری که در آنجا یافت می‌شد جبران شد.

اما مستعمرات در ماه و مریخ موضوع متفاوتی هستند. هیچ هوا، آب مایع یا خاک حاصلخیز وجود ندارد، بنابراین هر چیزی که نیاز دارید باید با موشک از زمین تحویل داده شود، که فوق العاده گران است. علاوه بر این، استعمار ماه، حداقل در کوتاه مدت، معنای نظامی خاصی ندارد. رسیدن از زمین به ماه یا بازگشت به طور متوسط ​​سه روز طول می کشد و یک جنگ هسته ای می تواند تنها در یک ساعت و نیم شروع و پایان یابد - از لحظه پرتاب اولین موشک های بالستیک قاره پیما تا آخرین انفجارها. سواره نظام فضایی از ماه به سادگی فرصتی برای مشارکت واقعی در رویدادهای روی زمین نخواهد داشت. در نتیجه، پنتاگون هیچ برنامه بزرگی را برای نظامی کردن ماه تامین نمی کند.

این بدان معناست که هرگونه عملیات در مقیاس بزرگ برای اکتشاف جهان های دیگر نه به نفع زمین، بلکه برای مستعمرات فضایی جدید است. استعمارگران مجبورند فلزات و سایر مواد معدنی را برای نیازهای خود استخراج کنند، زیرا حمل و نقل آنها از زمین (و همچنین به زمین) بسیار گران است. استخراج معادن در کمربند سیارکی تنها زمانی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود که مستعمرات خودکفا وجود داشته باشند که بتوانند خود از مواد استخراج شده استفاده کنند، و این در بهترین حالت یا به احتمال زیاد در اواخر قرن حاضر اتفاق خواهد افتاد.

توریسم فضایی

اما چه زمانی یک غیرنظامی عادی می تواند به فضا پرواز کند؟ برخی از دانشمندان مانند جرارد اونیل فقید از دانشگاه پرینستون، رویای یک مستعمره فضایی به شکل یک چرخ غول پیکر را در سر می پروراندند که محفظه های قابل سکونت، کارخانه های تصفیه آب، محفظه های احیای هوا و غیره را در خود جای می داد. در حل مشکل ازدیاد جمعیت با این حال، در قرن بیست و یکم، این ایده که مستعمرات فضایی می توانند این مشکل را حل کنند یا حداقل کاهش دهند، همچنان یک خیال باقی خواهد ماند. برای اکثر بشریت، زمین حداقل تا 100 تا 200 سال دیگر تنها خانه آنها خواهد بود.

با این حال، هنوز راهی وجود دارد که از طریق آن یک فرد معمولی می تواند واقعاً به فضا پرواز کند: به عنوان یک گردشگر. کارآفرینانی وجود دارند که ناسا را ​​به دلیل ناکارآمدی و بوروکراسی وحشتناکش مورد انتقاد قرار می دهند و آماده اند خودشان در فناوری فضایی سرمایه گذاری کنند و معتقدند مکانیسم های بازار به سرمایه گذاران خصوصی کمک می کند تا هزینه سفر فضایی را کاهش دهند. برت روتان و سرمایه گذارانش قبلاً در 4 اکتبر 2004 با پرتاب SpaceShipOne خود دو بار در عرض دو هفته به ارتفاع بیش از 100 کیلومتری از سطح زمین، برنده جایزه 10 میلیون دلاری Ansari X شده بودند. SpaceShipOne اولین کشتی موشکی است که با استفاده از بودجه شخصی با موفقیت به فضا سفر کرد. توسعه آن حدود 25 میلیون دلار هزینه داشته است. ضامن این وام ها پل آلن میلیاردر مایکروسافت بود.

در حال حاضر فضاپیمای SpaceShipTwo تقریبا آماده است. روتان معتقد است که به زودی می توان آزمایش را آغاز کرد و پس از آن یک فضاپیمای تجاری به واقعیت تبدیل خواهد شد. ریچارد برانسون میلیاردر از ویرجین آتلانتیک، ویرجین گالاکتیک را با یک فرودگاه فضایی در نیومکزیکو و لیست بلندبالایی از افرادی که مایل به صرف 200000 دلار برای تحقق رویای مادام العمر خود برای رفتن به فضا هستند، ایجاد کرد. ویرجین گالاکتیک، که احتمالاً اولین شرکت بزرگی است که پروازهای تجاری به فضا ارائه می دهد، قبلاً پنج کشتی SpaceShipTwo را سفارش داده است. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، هزینه سفر به فضا ده برابر کاهش می یابد.

SpaceShipTwo چندین راه برای صرفه جویی در هزینه ارائه می دهد. روتان به جای استفاده از وسایل پرتاب عظیمی که برای پرتاب محموله ها مستقیماً از زمین به فضا طراحی شده اند، فضاپیمای خود را روی هواپیما قرار می دهد و آن را با استفاده از موتورهای جت معمولی جوی به حرکت در می آورد. در این حالت از اکسیژن در جو استفاده می شود. سپس در ارتفاع حدود 16 کیلومتری از سطح زمین، کشتی از هواپیما جدا شده و موتورهای جت خود را روشن می کند. کشتی نمی تواند وارد مدار پایین زمین شود، اما ذخیره سوخت موجود در آن به اندازه ای است که بیش از 100 کیلومتر از سطح زمین بلند شود - جایی که تقریباً جو وجود ندارد و مسافران می توانند آسمان را به تدریج سیاه شدن ببینند. موتورها قادرند کشتی را تا سرعتی معادل M=3، یعنی تا سه برابر سرعت صوت (حدود 3500 کیلومتر در ساعت) شتاب دهند. البته این برای قرار دادن آن در مدار کافی نیست (در اینجا همانطور که قبلاً ذکر شد به سرعت حداقل 28500 کیلومتر در ساعت نیاز است که معادل 7.9 کیلومتر در ثانیه است) اما برای رساندن مسافران به زمین کافی است. لبه جو زمین و فضای بیرونی. این کاملاً ممکن است که در آینده بسیار نزدیک، هزینه یک پرواز توریستی به فضا بیشتر از یک سافاری در آفریقا نباشد.

(اما برای پرواز در اطراف زمین، باید هزینه بیشتری بپردازید و سوار یک ایستگاه فضایی شوید. یک بار از چارلز سیمونی، میلیاردر مایکروسافت پرسیدم که هزینه بلیط ایستگاه فضایی بین المللی چقدر است. گزارش های مطبوعاتی این رقم را به 20 میلیون دلار رساندند. او پاسخ داد که مایل نیستم مبلغ دقیقی را ذکر کنم، اما گزارش روزنامه ها خیلی اشتباه نیست، او آنقدر در فضا از آن خوشش آمد که کمی بعد دوباره به ایستگاه پرواز کرد. بنابراین گردشگری فضایی، حتی در در آینده نزدیک، امتیاز افراد بسیار ثروتمند باقی خواهد ماند.)

در سپتامبر 2010، گردشگری فضایی از شرکت بوئینگ رونق بیشتری دریافت کرد، که ورود خود را به این بازار اعلام کرد و اولین پروازها را برای گردشگران فضایی در اوایل سال 2015 برنامه ریزی کرد. دست ها. طرح بوئینگ پرتاب یک کپسول با چهار خدمه و سه صندلی خالی برای گردشگران فضایی به ایستگاه فضایی بین‌المللی از کیپ کاناورال است. با این حال، بوئینگ در مورد تأمین مالی پروژه های فضایی خصوصی کاملاً صریح بوده است: بیشتر پول باید توسط مالیات دهندگان پرداخت شود. جان البون، مدیر برنامه پرتاب فضایی تجاری می گوید: «این یک بازار نامشخص است. اگر ما مجبور بودیم با توجه به همه عوامل خطر، فقط به بودجه بوئینگ تکیه کنیم، نمی‌توانیم پرونده را با موفقیت تکمیل کنیم.»

اسب های تاریک

هزینه بسیار بالای سفرهای فضایی، پیشرفت تجاری و علمی را متوقف می کند، بنابراین بشریت اکنون به یک فناوری کاملاً جدید و انقلابی نیاز دارد. تا اواسط قرن، دانشمندان و مهندسان باید وسایل پرتاب جدید را برای کاهش هزینه های پرتاب کامل کنند.

فیزیکدان فریمن دایسون در میان بسیاری از پیشنهادات، چندین فناوری را شناسایی کرد که در حال حاضر در مرحله آزمایشی هستند، اما روزی ممکن است فضا را حتی برای افراد عادی نیز در دسترس قرار دهد. هیچ یک از این پیشنهادات موفقیت را تضمین نمی کند، اما در صورت موفقیت، هزینه ارسال محموله به فضا کاهش می یابد. اولین مورد از این پیشنهادها، سیستم های پیشران لیزری است: یک پرتو لیزر قدرتمند از یک منبع خارجی (به عنوان مثال، از زمین) به سمت پایه موشک هدایت می شود، جایی که باعث ایجاد یک انفجار کوچک می شود که موج ضربه ای آن را تنظیم می کند. موشک در حرکت یک جریان ثابت از پالس های لیزر آب را تبخیر می کند و بخار حاصله موشک را به فضا می راند. مزیت اصلی موتور جت لیزری این است که انرژی آن از یک منبع خارجی - از یک لیزر ثابت - می آید. یک موشک لیزری اساساً هیچ سوختی حمل نمی کند. (در مقابل، موشک های شیمیایی بخش قابل توجهی از انرژی خود را صرف بلند کردن و انتقال سوخت برای موتورهای خود می کنند.)

فناوری پیشرانه لیزری قبلاً در آزمایشگاه نشان داده شده است، جایی که یک مدل در سال 1997 با موفقیت آزمایش شد. لیک میرابو از موسسه پلی تکنیک Rensselaer در نیویورک یک نمونه اولیه از چنین موشکی ایجاد کرد و آن را نشان دهنده فناوری کشتی های سبک نامید. یکی از اولین مدل های پرنده او 50 گرم وزن داشت و یک "صفحه" با قطر حدود 15 سانتی متر بود. امواج شوک هوا با شتاب 2 گرم (که دو برابر شتاب سقوط آزاد روی زمین است و تقریباً 19.6 متر بر ثانیه است) و صداهایی که یادآور شلیک مسلسل است، آن را شتاب دادند. شعله های میرابو بیش از 30 متر در هوا بلند شدند (تقریبا معادل اولین راکت های پیشران مایع رابرت گدارد در دهه 1930).

دایسون رویای روزی را در سر می پروراند که سیستم های پیشران لیزری بتوانند محموله های سنگینی را با قیمتی کمتر از پنج دلار در هر پوند به مدار زمین پرتاب کنند، که مطمئناً صنعت فضایی را متحول خواهد کرد. او یک لیزر غول‌پیکر 1000 مگاواتی (قدرت یک واحد انرژی هسته‌ای استاندارد) را تصور می‌کند که می‌تواند یک موشک دو تنی را به مدار ببرد و شامل یک محموله و یک مخزن آب در پایه است. آب به آرامی از طریق منافذ ریز در دیواره پایین مخزن نفوذ می کند. وزن محموله و مخزن هر دو یک تن است. هنگامی که پرتو لیزر به پایین موشک برخورد می کند، آب فوراً تبخیر می شود و یک سری امواج ضربه ای ایجاد می کند که موشک را به فضا می راند. این موشک به شتاب 3 گرمی می رسد و شش دقیقه بعد وارد مدار پایین زمین می شود.

از آنجایی که موشک خود سوخت حمل نمی کند، خطر انفجار فاجعه بار حامل وجود ندارد. برای موشک های شیمیایی، حتی امروز، 50 سال پس از اسپوتنیک 1، احتمال شکست حدود 1٪ است. و این شکست ها، به عنوان یک قاعده، بسیار چشمگیر به نظر می رسند - اکسیژن و هیدروژن به گلوله های آتشین غول پیکر منفجر می شوند و زباله ها روی سکوی پرتاب می بارد. سیستم لیزر، برعکس، ساده، ایمن است و می تواند بیش از یک بار با فواصل زمانی بسیار کوتاه استفاده شود. تنها چیزی که برای کارکرد آن نیاز دارید آب و لیزر است.

علاوه بر این، با گذشت زمان این سیستم هزینه خود را پرداخت خواهد کرد. اگر از آن برای پرتاب نیم میلیون فضاپیما در سال استفاده شود، هزینه پرتاب به راحتی هم هزینه های عملیاتی و هم هزینه توسعه و ساخت را پوشش می دهد. با این حال، دایسون می‌داند که یک دهه دیگر تا تحقق این رویا می‌گذرد. تحقیقات بنیادی در زمینه لیزرهای پرقدرت به پولی بسیار بیشتر از هر دانشگاهی نیاز دارد. تا زمانی که دولت یا برخی از شرکت های بزرگ بودجه توسعه را تامین نکنند، سیستم های پیشران لیزری هرگز ساخته نمی شوند.

اینجاست که جایزه بنیاد می تواند بسیار مفید باشد. من یک بار با پیتر دیاماندیس، که آن را در سال 1996 تأسیس کرد، صحبت کردم و متوجه شدم که او به خوبی از محدودیت های موشک های شیمیایی آگاه است. او به من اعتراف کرد که حتی با SpaceShipTwo با این واقعیت مواجه بودیم که موشک های شیمیایی روشی بسیار گران برای فرار از اثرات گرانش هستند. در نتیجه، جایزه X بعدی به شخصی تعلق می گیرد که بتواند موشکی را ایجاد کند که توسط پرتوی انرژی به حرکت در می آید. (اما به جای پرتو لیزر، قرار است از پرتو دیگری از انرژی الکترومغناطیسی مشابه لیزر استفاده شود - یک پرتو مایکروویو.)

سروصدای این جایزه و خود جایزه چند میلیون دلاری ممکن است فریبنده کافی برای برانگیختن علاقه به مشکل موشک های غیرشیمیایی، مانند موشک مایکروویو، در میان کارآفرینان و مخترعان باشد.

طرح های آزمایشی موشک دیگری نیز وجود دارد، اما توسعه آنها خطرات مختلفی را به همراه دارد. یکی از گزینه ها توپ گازی است که نوعی پرتابه از یک بشکه بزرگ شلیک می کند، چیزی شبیه پرتابه رمان ژول ورن "از زمین تا ماه". با این حال، پرتابه ورن به ماه نمی رسید، زیرا باروت قادر به شتاب آن به سرعت 11 کیلومتر بر ثانیه مورد نیاز برای فرار از میدان گرانشی زمین نبود. در یک تفنگ گازی، به جای باروت، پرتابه ها با سرعت زیاد توسط گاز به بیرون رانده می شوند و تحت فشار بالا در یک لوله بلند فشرده می شوند. آبراهام هرتزبرگ فقید از دانشگاه واشنگتن در سیاتل نمونه اولیه چنین تفنگی را با قطر حدود 10 سانتی متر و طول حدود 10 متر ساخت.گاز داخل تفنگ مخلوطی از متان و هوا است که در 25 اتمسفر فشرده شده است. گاز مشتعل می شود و پرتابه در بشکه در 30000 گرم شتاب می گیرد که اکثر اجسام فلزی را صاف می کند.

هرزبرگ ثابت کرد که یک تفنگ گازی می تواند کار کند. اما برای پرتاب یک پرتابه به فضا، لوله آن باید بسیار بلندتر باشد، حدود 230 متر. علاوه بر این، گازهای مختلف باید در طول مسیر شتاب در لوله تفنگ کار کنند. برای اینکه محموله به اولین سرعت فرار خود برسد، لازم است پنج بخش در بشکه با گازهای کاری متفاوت سازماندهی شود.

هزینه پرتاب از یک تفنگ گازی ممکن است حتی کمتر از استفاده از یک سیستم لیزری باشد. با این حال، پرتاب وسایل نقلیه سرنشین دار به فضا از این طریق بسیار خطرناک است: فقط یک بار جامد می تواند در برابر شتاب شدید در بشکه مقاومت کند.

سومین طرح آزمایشی یک "سلینگاترون" است که مانند یک زنجیر باید بار را بچرخاند و سپس به هوا پرتاب کند.

نمونه اولیه این دستگاه توسط درک تیدمن ساخته شده است. مدل رومیزی آن قادر است یک جسم را در چند ثانیه بچرخاند و آن را با سرعت 100 متر بر ثانیه پرتاب کند. نمونه اولیه slingatron یک لوله دونات شکل با قطر حدود یک متر است. خود لوله حدود 2.5 سانتی متر قطر دارد و حاوی یک توپ فولادی کوچک است. توپ در امتداد یک لوله حلقه می غلتد و موتورهای کوچک آن را فشار می دهند و آن را مجبور به شتاب می کنند.

یک اسلینگاترون واقعی که وظیفه آن پرتاب محموله به مدار پایین زمین است، باید از نظر اندازه بسیار بزرگتر باشد - حدود صد کیلومتر قطر. علاوه بر این، او باید انرژی را به توپ پمپ کند تا زمانی که سرعت آن به 11.2 کیلومتر بر ثانیه برسد. توپ با شتاب 1000 گرم از slingatron به بیرون پرواز می کند که این نیز زیاد است. هر باری نمی تواند چنین شتابی را تحمل کند. بسیاری از مشکلات فنی باید قبل از ساخت یک اسلینگاترون واقعی حل شوند که مهمترین آنها به حداقل رساندن اصطکاک بین توپ و لوله است.

برای نهایی کردن هر یک از سه پروژه نام‌برده، حتی در بهترین حالت، بیش از ده سال طول می‌کشد و تنها در صورتی که دولت یا شرکت خصوصی تامین مالی را بر عهده بگیرند. در غیر این صورت، این نمونه های اولیه برای همیشه روی میز مخترعان خود باقی خواهند ماند.

آینده دور

(2070–2100)

آسانسور فضایی

این امکان وجود دارد که تا پایان این قرن، توسعه فناوری نانو حتی آسانسور فضایی معروف را ممکن کند. انسان، مانند جک روی لوبیا، می تواند از آن تا ابرها و فراتر از آن بالا برود. وارد آسانسور می‌شویم، دکمه «بالا» را فشار می‌دهیم و از فیبر که یک نانولوله کربنی به طول هزاران کیلومتر است بالا می‌رویم. واضح است که چنین محصول جدیدی می تواند اقتصاد سفرهای فضایی را متحول کند و همه چیز را برگرداند.

در سال 1895، کنستانتین تسیولکوفسکی، فیزیکدان روسی، با الهام از ساخت برج ایفل، بلندترین ساختمان جهان در آن زمان، از خود یک سوال ساده پرسید: چرا نمی توان چنین برجی را به بلندی فضا ساخت؟ او محاسبه کرد که اگر به اندازه کافی بالا باشد، طبق قوانین فیزیک هرگز سقوط نخواهد کرد. او این بنا را «کاخ بهشتی» نامید.

یک توپ را تصور کنید. اگر شروع به چرخاندن آن روی یک رشته کنید، نیروی گریز از مرکز برای جلوگیری از افتادن توپ کافی است. به همین ترتیب، اگر کابل به اندازه کافی بلند باشد، نیروی گریز از مرکز از افتادن وزنه متصل به انتهای آن به زمین جلوگیری می کند. چرخش زمین برای نگه داشتن کابل در آسمان کافی خواهد بود. هنگامی که کابل آسانسور فضایی به آسمان کشیده شد، هر وسیله نقلیه ای که بتواند در امتداد آن حرکت کند، می تواند با خیال راحت به فضا سفر کند.

روی کاغذ، به نظر می رسد این ترفند کار می کند. اما، متأسفانه، اگر سعی کنید قوانین حرکت نیوتن را اعمال کنید و کشش کابل را محاسبه کنید، معلوم می شود که این کشش از استحکام فولاد فراتر می رود: هر کابلی به سادگی می شکند، که آسانسور فضایی را غیرممکن می کند.

در طول سال‌ها و حتی دهه‌ها، ایده آسانسور فضایی یا فراموش شد یا دوباره مورد بحث قرار گرفت، اما بار دیگر به همان دلیل رد شد. در سال 1957، دانشمند روسی یوری آرتسوتانوف نسخه خود را از این پروژه پیشنهاد کرد، که طبق آن قرار بود آسانسوری نه از پایین به بالا، بلکه برعکس، از بالا به پایین بسازد. پیشنهاد شده بود که یک فضاپیما به مدار بفرستد، که سپس یک بند را از آنجا پایین بیاورد. تنها چیزی که باقی می ماند این است که آن را روی زمین ثابت کنیم. نویسندگان داستان های علمی تخیلی نیز در رواج این پروژه نقش داشتند. آرتور سی کلارک در رمان فواره های بهشت ​​در سال 1979 و رابرت هاینلین در رمان فریدا در سال 1982 یک آسانسور فضایی را تصور کردند.

نانولوله های کربنی این ایده را احیا کرده اند. همانطور که قبلاً دیدیم، آنها بیشترین استحکام را در بین تمام مواد شناخته شده دارند. آنها از فولاد قوی‌تر هستند و استحکام بالقوه نانولوله‌ها می‌تواند بارهایی را که در طراحی یک آسانسور فضایی ایجاد می‌شود، تحمل کند.

با این حال، مشکل، ایجاد زنجیره ای از نانولوله های کربنی خالص به طول 80000 کیلومتر است. این یک کار فوق‌العاده دشوار است، زیرا تاکنون دانشمندان تنها توانسته‌اند چند سانتی‌متر نانولوله‌های کربنی خالص را در آزمایشگاه به دست آورند. البته می توانید میلیاردها نانوالیاف را به هم بپیچانید، اما این الیاف جامد نخواهند بود. هدف ایجاد یک نانولوله بلند است که در آن هر اتم کربن به طور دقیق در جای خود قرار گیرد.

در سال 2009، دانشمندان دانشگاه رایس کشف مهمی را اعلام کردند: الیاف به دست آمده خالص نیستند، بلکه کامپوزیت هستند، اما آنها فناوری ای را توسعه داده اند که به اندازه کافی انعطاف پذیر است تا نانولوله های کربنی با هر طولی ایجاد کند. از طریق آزمون و خطا، محققان دریافتند که نانولوله‌های کربنی را می‌توان در اسید کلروسولفونیک حل کرد و سپس مانند سرنگ از یک نازل بیرون آورد. با استفاده از این روش می توان از نانولوله های کربنی با هر طولی فیبر تولید کرد و ضخامت آن 50 میکرون است.

یکی از کاربردهای تجاری فیبر نانولوله کربنی، خطوط برق است، زیرا نانولوله‌ها بهتر از مس، الکتریسیته را هدایت می‌کنند، سبک‌تر و قوی‌تر هستند. ماتئو پاسکوالی، استاد مهندسی دانشگاه رایس می‌گوید: «برای خطوط برق، به تن‌ها از این فیبر نیاز دارید، و هنوز راهی برای ساخت آن وجود ندارد. فقط باید یک معجزه بیاوری.»

اگرچه الیاف به‌دست‌آمده به اندازه کافی خالص نیستند که در یک آسانسور فضایی قرار بگیرند، اما این مطالعات امیدواری را ایجاد می‌کند که روزی بتوانیم نانولوله‌های کربنی خالص را به اندازه کافی قوی کنیم که ما را به آسمان ببرند.

اما حتی اگر فرض کنیم مشکل تولید نانولوله های بلند حل شده باشد، دانشمندان با مشکلات عملی دیگری مواجه خواهند شد. به عنوان مثال، یک کابل آسانسور فضایی باید به خوبی از مدار اکثر ماهواره ها بلند شود. این بدان معنی است که مدار برخی از ماهواره ها روزی با مسیر آسانسور فضایی قطع می شود و باعث حادثه می شود. از آنجایی که ماهواره های کم ارتفاع با سرعت 7 تا 8 کیلومتر بر ثانیه پرواز می کنند، یک برخورد می تواند فاجعه بار باشد. از این نتیجه می شود که آسانسور باید به موتورهای موشکی ویژه مجهز شود که کابل آسانسور را از مسیر ماهواره های پرنده و زباله های فضایی خارج می کند.

مشکل دیگر آب و هوا است، یعنی طوفان، رعد و برق و بادهای شدید. یک آسانسور فضایی باید به زمین متصل شود، شاید روی یک ناو هواپیمابر یا یک سکوی نفتی در اقیانوس آرام، اما برای زنده ماندن در برابر عناصر باید انعطاف پذیر باشد.

علاوه بر این، کابین باید دارای یک دکمه وحشت و یک کپسول فرار در صورت پاره شدن کابل باشد. اگر اتفاقی برای کابل بیفتد، کابین آسانسور باید سر بخورد یا با چتر به زمین بنشیند تا مسافران را نجات دهد.

ناسا برای سرعت بخشیدن به شروع تحقیقات آسانسور فضایی، چندین مسابقه را اعلام کرده است. مسابقه آسانسور فضایی که توسط ناسا حمایت می شود، جوایزی بالغ بر 2 میلیون دلار ارائه می کند. طبق قوانین، برای برنده شدن در مسابقه آسانسورهایی که با استفاده از انرژی منتقل شده در امتداد پرتو کار می کنند، باید دستگاهی با وزن حداکثر 50 کیلوگرم ساخته شود که بتواند از کابل تا ارتفاع 1 کیلومتر با سرعت 2 متر بالا برود. /s. مشکل این است که این دستگاه نباید سوخت، باتری یا کابل برق داشته باشد. انرژی برای حرکت آن باید از زمین در طول یک پرتو منتقل شود.

من با چشمان خود شور و انرژی مهندسانی را که روی آسانسور فضایی کار می کنند و رویای بردن جایزه را در سر می پرورانند دیده ام. من حتی به سیاتل پرواز کردم تا با مهندسان جوان و مبتکر گروهی به نام LaserMotive ملاقات کنم. با شنیدن "آواز آژیرها" - فراخوان ناسا، آنها شروع به توسعه نمونه های اولیه دستگاهی کردند که احتمالاً قلب یک آسانسور فضایی خواهد شد.

وارد آشیانه بزرگی شدم که جوانان برای آزمایش اجاره کرده بودند. در یک انتهای آشیانه، لیزر بزرگی را دیدم که قادر بود پرتوی انرژی قدرتمندی را ساطع کند. دیگری خود آسانسور فضایی را در خود جای داده بود. جعبه ای به عرض حدود یک متر با یک آینه بزرگ بود. این آینه پرتو لیزری را که به آن برخورد کرده بود، به یک باتری کامل از سلول های خورشیدی منعکس می کرد که انرژی آن را به الکتریسیته تبدیل می کرد. برق به موتور داده شد و کابین آسانسور به آرامی کابل کوتاهی را بالا برد. با این چیدمان، کابین دارای موتور الکتریکی نیازی به کشیدن کابل برق به همراه خود ندارد. کافی است یک پرتو لیزر را از زمین به سمت آن هدایت کنید و آسانسور به تنهایی در امتداد کابل می خزد.

لیزر موجود در آشیانه به قدری قدرتمند بود که مردم مجبور بودند در حین کار از چشمان خود با عینک مخصوص محافظت کنند. پس از تلاش های فراوان، سرانجام جوانان توانستند خودروی خود را به سمت بالا بکشند. یک جنبه از مشکل آسانسور فضایی حداقل در تئوری حل شده است.

در ابتدا کار به قدری سخت بود که هیچ یک از شرکت کنندگان نتوانستند آن را به پایان برسانند و برنده جایزه موعود شوند. با این حال، در سال 2009، LaserMotive یک جایزه دریافت کرد. این مسابقه در پایگاه نیروی هوایی ادواردز در صحرای موهاوی کالیفرنیا برگزار شد. یک هلیکوپتر با کابل بلند بر فراز صحرا آویزان بود و دستگاه های شرکت کنندگان سعی کردند از امتداد این کابل بالا بروند. آسانسور تیم LaserMotive موفق شد این کار را چهار بار در دو روز انجام دهد. بهترین زمان او 228 ثانیه بود. بنابراین کار مهندسان جوانی که در آن آشیانه مشاهده کردم به ثمر نشست.

کشتی های ستاره ای

تا پایان این قرن، علیرغم بحران کنونی بودجه برای اکتشاف فضایی سرنشین دار، به احتمال زیاد ایستگاه های علمی در مریخ و شاید در جایی در کمربند سیارک ها ظاهر خواهند شد. نفر بعدی یک ستاره واقعی خواهد بود. امروزه، یک کاوشگر بین ستاره‌ای یک تلاش کاملاً ناامیدکننده خواهد بود، اما در صد سال آینده ممکن است وضعیت تغییر کند.

برای اینکه ایده سفر بین ستاره ای به واقعیت تبدیل شود، چندین مشکل اساسی باید حل شود. اولین آنها جستجو برای یک اصل جدید حرکت است. یک موشک شیمیایی سنتی حدود 70000 سال طول می کشد تا به نزدیکترین ستاره برسد. به عنوان مثال، دو وویجر که در سال 1977 پرتاب شدند، رکورد بیشترین فاصله از زمین را به نام خود ثبت کردند. در حال حاضر (مه 2011)، اولین آنها در 17.5 میلیارد کیلومتری خورشید قرار دارد، اما مسافتی که طی کرده است تنها بخش کوچکی از راه رسیدن به ستارگان است.

چندین طرح و اصول حرکت برای وسایل نقلیه بین ستاره ای پیشنهاد شده است. این:

بادبان خورشیدی؛

موشک هسته ای؛

موشک با موتور حرارتی رمجت؛

نانو کشتی ها

هنگامی که در ایستگاه پلام بروک ناسا در کلیولند، اوهایو بودم، با یکی از رویاپردازان و حامیان سرسخت ایده بادبان خورشیدی آشنا شدم. بزرگترین اتاق خلاء جهان برای آزمایش ماهواره ها در این سایت ساخته شده است. ابعاد این دوربین شگفت انگیز است. این غار واقعی به قطر 30 متر و ارتفاع 38 متر است که به راحتی می تواند چندین ساختمان مسکونی چند طبقه را در خود جای دهد. همچنین به اندازه کافی بزرگ است که ماهواره ها و قطعات موشک را در خلاء فضا آزمایش کند. مقیاس پروژه شگفت انگیز است. من احساس ممتازی می‌کردم که در همان مکانی بودم که بسیاری از مهم‌ترین ماهواره‌ها، کاوشگرهای بین سیاره‌ای و موشک‌های آمریکا در آن آزمایش می‌شدند.

بنابراین من با یکی از حامیان برجسته بادبان خورشیدی، دانشمند ناسا، لس جانسون، ملاقات کردم. او به من گفت که از کودکی هنگام خواندن داستان های علمی تخیلی آرزوی ساخت موشک هایی را داشت که بتوانند به ستاره ها برسند. جانسون حتی یک دوره ابتدایی در مورد نحوه ساخت بادبان های خورشیدی نوشت. او معتقد است که این اصل می تواند در چند دهه آینده اجرا شود، اما او برای این واقعیت آماده است که کشتی واقعی واقعی، به احتمال زیاد، سال ها پس از مرگ او ساخته خواهد شد. جانسون مانند سنگ تراشی هایی که کلیساهای بزرگ قرون وسطی را ساختند، می فهمد که ساختن وسیله نقلیه ای برای رسیدن به ستاره ها ممکن است جان انسان ها را بگیرد.

اصل کار یک بادبان خورشیدی بر این واقعیت استوار است که نور، اگرچه جرم استراحت ندارد، دارای تکانه است، به این معنی که می تواند فشار وارد کند. فشاری که نور خورشید بر همه اجرام مواجه می شود بسیار کم است، ما آن را احساس نمی کنیم، اما اگر بادبان خورشیدی به اندازه کافی بزرگ باشد و ما به اندازه کافی منتظر باشیم، آنگاه این فشار می تواند کشتی بین ستاره ای را شتاب دهد (در فضا، متوسط ​​شدت نور خورشید هشت برابر بیشتر از روی زمین است).

جانسون به من گفت که هدف او ایجاد یک بادبان خورشیدی غول پیکر از پلاستیک بسیار نازک، اما انعطاف پذیر و انعطاف پذیر است. این بادبان باید چند کیلومتر عرض داشته باشد و قرار است در فضای بیرونی ساخته شود. پس از جمع آوری، به آرامی به دور خورشید می چرخد ​​و به تدریج سرعت بیشتری به دست می آورد. طی چندین سال شتاب، بادبان از منظومه شمسی خارج می شود و به سمت ستاره ها می رود. به طور کلی، همانطور که جانسون به من گفت، یک بادبان خورشیدی می تواند یک کاوشگر بین ستاره ای را تا 0.1 درصد سرعت نور شتاب دهد. بر این اساس، در چنین شرایطی به نزدیکترین ستاره در 400 سال آینده خواهد رسید.

جانسون در تلاش است چیزی بیابد که به بادبان خورشیدی شتاب بیشتری بدهد و زمان پرواز را کاهش دهد. یکی از راه های ممکن، قرار دادن باتری لیزرهای قدرتمند روی ماه است. برخورد پرتوهای لیزر به بادبان انرژی بیشتری را به آن منتقل می کند و بر این اساس سرعت بیشتری را هنگام پرواز به سمت ستاره ها منتقل می کند.

یکی از مشکلات کشتی ستاره ای زیر بادبان خورشیدی این است که کنترل آن بسیار دشوار است و توقف و هدایت در جهت مخالف تقریبا غیرممکن است، زیرا نور خورشید فقط در یک جهت حرکت می کند - دور از خورشید. یکی از راه حل های این مشکل، استقرار بادبان و استفاده از نور ستاره مورد نظر برای کاهش سرعت آن است. امکان دیگر انجام یک مانور گرانشی در نزدیکی این ستاره دور و با استفاده از اثر زنجیر، شتاب گرفتن برای سفر برگشت است. گزینه سوم این است که بر روی قمری از آن منظومه ستاره ای فرود بیایید، یک باتری لیزری روی آن بسازید و با استفاده از نور ستاره و پرتوهای لیزر، در سفر بازگشت حرکت کنید.

جانسون رویای ستاره ها را می بیند، اما درک می کند که واقعیت در حال حاضر بسیار ساده تر از رویاهای او به نظر می رسد. در سال 1993، روس‌ها یک بازتابنده 25 نقطه‌ای ساخته شده از لاسان را در کشتی‌ای که از ایستگاه میر خارج شده بود مستقر کردند، اما هدف از آزمایش فقط نشان دادن سیستم استقرار بود. تلاش دوم با شکست به پایان رسید. در سال 2004، ژاپنی ها با موفقیت دو نمونه اولیه بادبان خورشیدی را به فضا پرتاب کردند، اما دوباره هدف آزمایش سیستم استقرار بود، نه نیروی محرکه. در سال 2005، یک تلاش بلندپروازانه برای استقرار یک بادبان خورشیدی واقعی به نام Cosmos 1 انجام شد که توسط انجمن سیاره‌ای، سازمان عمومی استودیو کاسموس و آکادمی علوم روسیه سازماندهی شد. بادبان از یک زیردریایی روسی پرتاب شد، اما پرتاب موشک ولنا ناموفق بود و بادبان خورشیدی به مدار نرسید.

و در سال 2008، زمانی که تیمی از ناسا سعی کرد بادبان خورشیدی NanoSail-D را به فضا پرتاب کند، همین اتفاق در مورد موشک فالکون 1 رخ داد.

سرانجام، در می 2010، آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن با موفقیت IKAROS، اولین فضاپیمایی را که از فناوری بادبان خورشیدی در فضای بین سیاره ای استفاده کرد، پرتاب کرد. این دستگاه در مسیر پرواز به سمت زهره قرار گرفت، بادبان مربعی با مورب 20 متر را با موفقیت به کار گرفت و توانایی کنترل جهت و تغییر سرعت پرواز خود را نشان داد. ژاپنی ها در آینده قصد دارند کاوشگر بین سیاره ای دیگری را با بادبان خورشیدی به سمت مشتری پرتاب کنند.

موشک هسته ای

دانشمندان همچنین در حال بررسی امکان استفاده از انرژی هسته ای برای سفرهای بین ستاره ای هستند. در سال 1953، کمیسیون انرژی اتمی ایالات متحده شروع به توسعه جدی موشک با راکتورهای هسته ای کرد که با پروژه Rover آغاز شد. در دهه 1950 و 1960. آزمایش‌ها با موشک‌های هسته‌ای عمدتاً ناموفق به پایان رسید. موتورهای هسته ای ناپایدار رفتار می کردند و به طور کلی برای سیستم های کنترل آن زمان بسیار پیچیده بودند. علاوه بر این، به راحتی می توان نشان داد که انرژی خروجی یک راکتور شکافت اتمی معمولی برای یک فضاپیمای بین ستاره ای کاملاً ناکافی است. یک راکتور هسته ای صنعتی متوسط ​​تقریباً 1000 مگاوات انرژی تولید می کند که برای رسیدن به ستاره ها کافی نیست.

با این حال، در دهه 1950. دانشمندان پیشنهاد استفاده از بمب های اتمی و هیدروژنی را به جای راکتورها برای فضاپیماهای بین ستاره ای دادند. به عنوان مثال، پروژه اوریون قرار بود موشکی را با امواج انفجار بمب های اتمی شتاب دهد. سفینه فضایی قرار بود مجموعه ای از بمب های اتمی را پشت سر خود پرتاب کند که انفجارهای آن انفجارهای قدرتمندی از تشعشعات پرتو ایکس ایجاد می کرد. موج شوک ناشی از این انفجارها قرار بود سفینه فضایی را شتاب دهد.

در سال 1959، فیزیکدانان جنرال اتمیکس تخمین زدند که نسخه پیشرفته اوریون، با قطر 400 متر، 8 میلیون تن وزن خواهد داشت و با 1000 بمب هیدروژنی نیرو می گیرد.

فیزیکدان فریمن دایسون از حامیان سرسخت پروژه Orion بود. برای من، جبار به معنای دسترسی به کل منظومه شمسی برای گسترش حیات بود. دایسون می گوید که او می تواند مسیر تاریخ را تغییر دهد. علاوه بر این، این یک راه مناسب برای خلاص شدن از شر بمب های اتمی خواهد بود. "در یک پرواز ما از شر 2000 بمب خلاص می شویم."

با این حال، پایان پروژه Orion، معاهده محدودیت آزمایش هسته ای بود که در سال 1963 منعقد شد و انفجارهای زمینی را ممنوع کرد. بدون آزمایش، به نتیجه رساندن طرح Orion غیرممکن بود و پروژه بسته شد.

موتور فیوژن جریان مستقیم

یکی دیگر از پروژه های موشکی هسته ای در سال 1960 توسط رابرت دبلیو بوسارد ارائه شد. او تجهیز موشک را به یک موتور گرما هسته ای، مشابه موتور جت هواپیمای معمولی، پیشنهاد کرد. به طور کلی، یک موتور رم جت هوا را در طول پرواز گرفته و آن را با سوخت داخل مخلوط می کند. سپس مخلوط سوخت/هوا مشتعل می شود و یک انفجار شیمیایی ایجاد می کند که نیروی محرکه ایجاد می کند. Bussard پیشنهاد کرد که از همان اصل برای موتور فیوژن استفاده شود. به جای کشیدن هوا از جو، مانند موتور هواپیما، یک موتور همجوشی رم جت هیدروژن را از فضای بین ستاره ای جمع آوری می کند. قرار است گاز جمع‌آوری‌شده با استفاده از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی قبل از شروع واکنش همجوشی گرما هسته‌ای هلیوم فشرده و گرم شود که مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کند. یک انفجار رخ می دهد و موشک تقویت می شود. و از آنجایی که ذخایر هیدروژن در فضای بین ستاره ای پایان ناپذیر است، احتمالاً یک موتور هسته ای رم جت می تواند برای همیشه کار کند.

طراحی کشتی با موتور فیوژن رمجت شبیه یک قیفی بستنی است. قیف گاز هیدروژن را جذب می کند، که سپس وارد موتور می شود، گرم می شود و تحت واکنش همجوشی با دیگر اتم های هیدروژن قرار می گیرد. Bussard محاسبه کرد که یک موتور هسته ای رم جت با وزن حدود 1000 تن می تواند شتاب ثابتی در حدود 10 m/s 2 (یعنی تقریباً برابر با شتاب گرانش روی زمین) حفظ کند. در این صورت، ظرف یک سال فضاپیما تا حدود 77 درصد سرعت نور شتاب خواهد گرفت. از آنجایی که یک موتور هسته ای رم جت با ذخایر سوخت محدود نمی شود، یک سفینه فضایی با چنین موتوری از نظر تئوری می تواند از مرزهای کهکشان ما فراتر رفته و طبق ساعت کشتی تنها در 23 سال به سحابی آندرومدا که در فاصله 2 قرار دارد برسد. میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. (طبق نظریه نسبیت انیشتین، زمان در یک کشتی شتاب دهنده کاهش می یابد، به طوری که فضانوردان در یک سفینه فضایی تنها 23 سال پیر می شوند، حتی اگر میلیون ها سال در این مدت بر روی زمین گذشته باشد).

با این حال، در اینجا نیز مشکلات جدی وجود دارد. اول، محیط بین ستاره ای عمدتا حاوی پروتون های منفرد است، بنابراین یک موتور همجوشی باید هیدروژن خالص را بسوزاند، اگرچه این واکنش انرژی زیادی تولید نمی کند. (همجوشی هیدروژن می تواند به طرق مختلف انجام شود. در حال حاضر، دانشمندان روی زمین، گزینه تأثیر دوتریوم و تریتیوم را ترجیح می دهند که به طور قابل توجهی انرژی بیشتری آزاد می کند. با این حال، در محیط بین ستاره ای، هیدروژن به شکل پروتون های منفرد است، بنابراین در موتورهای هسته‌ای رم جت فقط از همجوشی پروتون-پروتون می‌توانند از واکنش همجوشی استفاده کنند که انرژی بسیار کمتری نسبت به واکنش دوتریوم-تریتیوم آزاد می‌کند.) با این حال، Bussard نشان داد که اگر مخلوط سوخت را با افزودن مقداری کربن اصلاح کنید، کربن به عنوان یک کاتالیزور، مقدار زیادی انرژی تولید می کند که برای یک کشتی فضایی کاملاً کافی است.

ثانیاً، قیف جلوی سفینه فضایی، برای جمع آوری هیدروژن کافی، باید بزرگ باشد - حدود 160 کیلومتر قطر دارد، بنابراین باید در فضا جمع شود.

مشکل حل نشده دیگری وجود دارد. در سال 1985، مهندسان رابرت زوبرین و دانا اندروز نشان دادند که کشش محیطی مانع از شتاب یک کشتی ستاره ای با نیروی رم جت به سرعت نزدیک به نور می شود. این مقاومت به دلیل حرکت کشتی و قیف در میدان اتم های هیدروژن است. با این حال، محاسبات آنها بر اساس برخی فرضیات است که در آینده ممکن است برای کشتی هایی با موتورهای رم جت قابل استفاده نباشد.

در حال حاضر، در حالی که ما ایده های روشنی در مورد فرآیند همجوشی پروتون- پروتون (و همچنین در مورد مقاومت یون های هیدروژن در محیط بین ستاره ای) نداریم، چشم انداز یک موتور هسته ای رم جت نامشخص است. اما اگر بتوان این مشکلات مهندسی را حل کرد، این طراحی احتمالا یکی از بهترین ها خواهد بود.

موشک ضد ماده

گزینه دیگر استفاده از ضد ماده، بزرگترین منبع انرژی در کیهان، برای کشتی ستاره ای است. پادماده مخالف ماده است به این معنا که تمام اجزای تشکیل دهنده یک اتم در آنجا بارهای مخالف دارند. به عنوان مثال، یک الکترون دارای بار منفی است، اما یک پادالکترون (پوزیترون) دارای بار مثبت است. در تماس با ماده، پادماده از بین می رود. این انرژی آنقدر آزاد می شود که یک قاشق چای خوری ضد ماده برای نابودی کل نیویورک کافی است.

ضد ماده آنقدر قدرتمند است که تبهکاران در فرشتگان و شیاطین دن براون از آن برای ساختن بمب و برنامه ریزی برای منفجر کردن واتیکان استفاده می کنند. در داستان، آنها ضد ماده را از بزرگترین مرکز تحقیقات هسته ای اروپا CERN، واقع در سوئیس در نزدیکی ژنو، می دزدند. بر خلاف بمب هیدروژنی که فقط 1% کارایی دارد، بمب ضد ماده 100% موثر خواهد بود. در هنگام نابودی ماده و پادماده، انرژی مطابق با معادله انیشتین آزاد می شود: E=mc 2.

در اصل، پادماده یک سوخت ایده آل برای موشک است. به گفته جرالد اسمیت از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، 4 میلی گرم پادماده برای پرواز به مریخ کافی است و صد گرم آن می تواند کشتی را به نزدیکترین ستاره ها برساند. نابودی پادماده یک میلیارد برابر انرژی آزاد می کند که می توان از همان مقدار سوخت موشک مدرن به دست آورد. یک موتور ضد ماده بسیار ساده به نظر می رسد. شما می توانید به سادگی ذرات ضد ماده را یکی پس از دیگری به یک محفظه موشکی مخصوص تزریق کنید. در آنجا آنها با ماده معمولی نابود می شوند و باعث انفجاری عظیم می شوند. سپس گازهای گرم شده از یک انتهای محفظه خارج می شوند و نیروی رانش جت ایجاد می کنند.

ما هنوز تا تحقق این رویا خیلی فاصله داریم. دانشمندان توانستند آنتی‌الکترون‌ها و پادپروتون‌ها و همچنین اتم‌های آنتی‌هیدروژن به دست آورند که در آن‌ها پادالکترون در اطراف پاد پروتون گردش می‌کند. این کار هم در سرن و هم در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی (که بیشتر Fermilab نامیده می شود) در نزدیکی شیکاگو در Tevatron، دومین شتاب دهنده بزرگ ذرات جهان (فقط بزرگتر از برخورد دهنده بزرگ هادرون در سرن) انجام شد. در هر دو آزمایشگاه، فیزیکدانان جریانی از ذرات پرانرژی را به سمت هدف هدایت کردند و جریانی از قطعات، از جمله پادپروتون ها را به دست آوردند. با استفاده از آهنرباهای قدرتمند، پاد ماده از ماده معمولی جدا شد. سپس پادپروتون های به دست آمده کاهش یافته و اجازه داده شد تا با آنتی الکترون ها مخلوط شوند و در نتیجه اتم های آنتی هیدروژن به وجود آمد.

دیو مک گینیس، یکی از فیزیکدانان Fermilab، در مورد استفاده عملی از پادماده بسیار فکر کرده است. من و او در کنار تواترون ایستادیم و دیو اقتصاد نگران کننده ضد ماده را برای من توضیح داد. او گفت که تنها راه شناخته شده برای بدست آوردن مقدار قابل توجهی از پادماده، استفاده از برخورد دهنده قدرتمندی مانند Tevatron بود. اما این ماشین ها بسیار گران هستند و می توانند پاد ماده را فقط در مقادیر بسیار کم تولید کنند. به عنوان مثال، در سال 2004، برخورد دهنده ای در سرن چندین تریلیونم یک گرم پادماده به دانشمندان داد و این لذت برای دانشمندان 20 میلیون دلار هزینه داشت. با آن قیمت، اقتصاد جهانی قبل از اینکه بتوان به اندازه کافی ضد ماده برای یک سفر ستاره ای تولید کرد، ورشکست می شد. McGinnis تأکید کرد که خود موتورهای ضد ماده پیچیده نیستند و مطمئناً با قوانین طبیعت در تضاد نیستند. اما هزینه چنین موتوری اجازه نمی دهد که در آینده نزدیک ساخته شود.

یکی از دلایلی که پادماده بسیار گران است، مبالغ هنگفتی است که باید برای ساخت شتاب دهنده ها و برخورد دهنده ها هزینه شود. با این حال، شتاب دهنده ها خود ماشین های جهانی هستند و عمدتاً نه برای تولید پادماده، بلکه برای تولید انواع ذرات بنیادی عجیب و غریب استفاده می شوند. این یک ابزار تحقیقات فیزیکی است، نه یک دستگاه صنعتی.

می توان فرض کرد که توسعه نوع جدیدی از برخورد دهنده، که به طور خاص برای تولید پادماده طراحی شده است، می تواند هزینه آن را تا حد زیادی کاهش دهد. سپس تولید انبوه چنین ماشین‌هایی مقادیر قابل توجهی پادماده تولید می‌کند. هارولد گریش از ناسا مطمئن است که قیمت پادماده می تواند در نهایت به 5000 دلار در هر میکروگرم کاهش یابد.

امکان دیگر برای استفاده از پادماده به عنوان سوخت موشک، یافتن یک شهاب سنگ ضد ماده در فضای بیرونی است. اگر چنین جسمی پیدا شود، به احتمال زیاد انرژی آن برای تامین انرژی بیش از یک سفینه فضایی کافی خواهد بود. باید گفت که در سال 2006 به عنوان بخشی از ماهواره روسی Resurs-DK، ابزار اروپایی PAMELA به فضا پرتاب شد که هدف آن جستجوی پادماده طبیعی در فضا است.

اگر پادماده در فضا کشف شود، بشریت باید چیزی شبیه شبکه الکترومغناطیسی برای جمع آوری آن بیابد.

بنابراین، اگرچه فضاپیمای ضد ماده بین ستاره ای ایده ای بسیار واقعی است و با قوانین طبیعت مغایرت ندارد، اما به احتمال زیاد در قرن بیست و یکم ظاهر نخواهند شد، مگر اینکه در پایان قرن، دانشمندان بتوانند هزینه ضد ماده را کاهش دهند. مقداری معقول اما اگر بتوان این کار را انجام داد، پروژه سفینه فضایی ضد ماده قطعا یکی از اولین پروژه هایی خواهد بود که مورد توجه قرار می گیرد.

نانو کشتی ها

ما مدت هاست به جلوه های ویژه در فیلم هایی مانند جنگ ستارگان و پیشتازان فضا عادت کرده ایم. هنگامی که به کشتی های ستاره ای فکر می کنیم، تصاویری از ماشین های آینده نگرانه به وجود می آیند که از هر طرف با جدیدترین اختراعات در زمینه دستگاه های با تکنولوژی بالا پر می شوند. در همین حال، امکان دیگری وجود دارد: استفاده از فناوری نانو برای ایجاد کشتی های ستاره ای کوچک، بزرگتر از یک انگشتانه یا سوزن یا حتی کوچکتر. ما قبلاً مطمئن هستیم که کشتی های ستاره ای باید مانند Enterprise بزرگ باشند و خدمه کاملی از فضانوردان را حمل کنند. اما با کمک فناوری نانو، وظایف اصلی یک سفینه فضایی را می توان در حداقل حجم گنجاند، و سپس نه یک کشتی بزرگ که خدمه آن باید سال ها در آن زندگی کنند، به سمت ستاره ها می رود، بلکه میلیون ها کشتی کوچک به سمت ستاره ها می روند. نانو کشتی ها شاید تنها بخش کوچکی از آنها به مقصد برسند، اما کار اصلی انجام خواهد شد: با رسیدن به یکی از ماهواره‌های سیستم مقصد، این کشتی‌ها یک کارخانه می‌سازند و تولید تعداد نامحدودی از نسخه‌های خود را تضمین می‌کنند.

وینت سرف معتقد است که نانوکشتی ها را می توان هم برای مطالعه منظومه شمسی و هم به مرور زمان برای پرواز به سمت ستاره ها استفاده کرد. او می‌گوید: «اگر بتوانیم نانو دستگاه‌های کوچک اما قدرتمندی طراحی کنیم که به راحتی به سطح، زیر سطح و اتمسفر سیارات و قمرهای همسایه‌مان منتقل و تحویل داده شوند، اکتشاف منظومه شمسی بسیار کارآمدتر خواهد شد. همین قابلیت ها را می توان به اکتشافات بین ستاره ای نیز تعمیم داد.

مشخص است که در طبیعت، پستانداران فقط چند فرزند به دنیا می آورند و از زنده ماندن همه آنها اطمینان حاصل می کنند. از طرف دیگر حشرات تعداد زیادی جوان تولید می کنند، اما تعداد کمی از آنها زنده می مانند. هر دو استراتژی به اندازه کافی موفق هستند که به گونه ها اجازه می دهند میلیون ها سال در این سیاره وجود داشته باشند. به همین ترتیب، می‌توانیم یک سفینه فضایی بسیار گران‌قیمت را به فضا بفرستیم - یا میلیون‌ها سفینه فضایی کوچک که هر کدام یک پنی هزینه دارند و سوخت بسیار کمی مصرف می‌کنند.

مفهوم نانو کشتی ها بر اساس یک استراتژی بسیار موفق است که به طور گسترده در طبیعت استفاده می شود: استراتژی ازدحام. پرندگان، زنبورها و امثال آن اغلب به صورت دسته‌ای یا دسته‌ای پرواز می‌کنند. این فقط این نیست که تعداد زیادی از خویشاوندان امنیت را تضمین می کنند. علاوه بر این، گله به عنوان یک سیستم هشدار اولیه عمل می کند. اگر اتفاق خطرناکی در یک انتهای گله رخ دهد - به عنوان مثال، حمله توسط یک شکارچی، کل گله فوراً اطلاعات مربوط به آن را دریافت می کند. گله بسیار کارآمد و پرانرژی است. پرندگانی که در شکل مشخصه V شکل - گوه پرواز می کنند، از جریان های متلاطم از بال همسایه در جلو استفاده می کنند و در نتیجه پرواز خود را آسان تر می کنند.

دانشمندان از یک دسته، ازدحام یا خانواده مورچه ها به عنوان یک "ابر ارگانیسم" صحبت می کنند که در برخی موارد مستقل از توانایی های افراد تشکیل دهنده آن، هوش خاص خود را دارد. به عنوان مثال، سیستم عصبی یک مورچه بسیار ساده است، و مغز آن بسیار کوچک است، اما یک خانواده مورچه با هم قادر به ساختن یک ساختار بسیار پیچیده است - یک مورچه. دانشمندان امیدوارند هنگام توسعه ربات‌های «ازدحامی» که ممکن است روزی به سفرهای طولانی به سیارات و ستارگان دیگر بروند، از درس‌های طبیعت بهره ببرند.

از جهاتی، همه اینها یادآور مفهوم "غبار هوشمند" است که توسط پنتاگون در حال توسعه است: میلیاردها ذره مجهز به حسگرهای کوچک در هوا پراکنده شده و شناسایی انجام می دهند. هر سنسور خود هیچ هوشمندی ندارد و تنها ذره کوچکی از اطلاعات را ارائه می دهد، اما با هم می توانند کوه هایی از انواع داده ها را در اختیار صاحبان خود قرار دهند. دارپا با توجه به کاربردهای نظامی آینده - برای مثال، استفاده از غبار هوشمند برای نظارت بر مواضع دشمن در میدان نبرد، از تحقیقات در این زمینه حمایت مالی کرده است. در سال 2007 و 2009 نیروی هوایی ایالات متحده برنامه های دقیق تسلیحاتی را برای چند دهه آینده منتشر کرده است. همه چیز از نسخه های پیشرفته هواپیمای بدون سرنشین Predator (قیمت امروزی 4.5 میلیون دلار) گرفته تا انبوهی از حسگرهای کوچک و ارزان قیمت به اندازه یک سر سوزن وجود دارد.

دانشمندان نیز به این مفهوم علاقه مند هستند. انبوهی از گرد و غبار هوشمند برای نظارت بر زمان واقعی یک طوفان از هزاران مکان مختلف مفید خواهد بود. به همین ترتیب می توان رعد و برق، فوران های آتشفشانی، زلزله، سیل، آتش سوزی جنگل ها و دیگر پدیده های طبیعی را مشاهده کرد. به عنوان مثال، در فیلم Twister، ما تیمی از شکارچیان شجاع طوفان را دنبال می کنیم که با قرار دادن حسگرها در اطراف گردبادها، جان و اندام خود را به خطر می اندازند. این نه تنها بسیار خطرناک است، بلکه بسیار مؤثر نیز نیست. به جای به خطر انداختن زندگی خود با قرار دادن چندین حسگر در اطراف دهانه آتشفشانی در طول فوران یا اطراف گردباد در حال راه رفتن در استپ و دریافت اطلاعات از آنها در مورد دما، رطوبت و سرعت باد، پراکنده کردن غبار هوشمند در هوا بسیار موثرتر خواهد بود. و به طور همزمان هزاران نقطه مختلف را که در مساحتی به وسعت صدها کیلومتر مربع پراکنده شده اند به دست آورید. در یک کامپیوتر، این داده ها در یک تصویر سه بعدی جمع آوری می شوند که در زمان واقعی توسعه یک طوفان یا مراحل مختلف فوران را به شما نشان می دهد. شرکت‌های تجاری در حال حاضر روی نمونه‌هایی از این حسگرهای کوچک کار می‌کنند، و برخی از آنها در واقع کوچک‌تر از سر یک پین هستند.

مزیت دیگر نانوکشتی ها این است که برای رسیدن به فضای بیرونی به سوخت بسیار کمی نیاز دارند. در حالی که وسایل پرتاب بزرگ تنها می توانند تا سرعت 11 کیلومتر بر ثانیه شتاب بگیرند، اشیاء ریز مانند نانو کشتی ها نسبتاً آسان به فضا با سرعت های فوق العاده بالا پرتاب می شوند. به عنوان مثال، ذرات بنیادی را می توان با استفاده از یک میدان الکتریکی معمولی به سرعت زیر نور شتاب داد. اگر به نانوذرات بار الکتریکی کوچکی بدهید، آنها نیز می توانند به راحتی توسط میدان الکتریکی شتاب بگیرند.

به جای صرف مبالغ هنگفت برای ارسال کاوشگرهای بین سیاره ای، می توان به هر نانوکشتی توانایی تکثیر خود را داد. بنابراین، حتی یک نانوربات می تواند یک کارخانه نانوربات یا حتی یک پایگاه ماه بسازد. پس از این، کاوشگرهای خود-تکثیر شونده جدیدی برای کشف دنیاهای دیگر حرکت خواهند کرد. (مشکل ایجاد اولین نانوربات با قابلیت کپی خودکار است و این موضوع هنوز به آینده بسیار دور مربوط می شود.)

در سال 1980، ناسا ایده یک ربات خود-تکثیر شونده را به قدری جدی گرفت که یک مطالعه ویژه را از دانشگاه سانتا کلارا به نام "اتوماسیون پیشرفته برای وظایف فضایی" سفارش داد و چندین گزینه ممکن را با جزئیات بررسی کرد. یکی از سناریوهایی که توسط دانشمندان ناسا در نظر گرفته شد، ارسال ربات های کوچک خودتثبیت شونده به ماه بود. در آنجا، روبات ها مجبور بودند تولید نوع خود را از مواد ضایعاتی سازماندهی کنند.

گزارش این برنامه عمدتاً به ایجاد یک کارخانه شیمیایی برای پردازش خاک قمری (رگولیت) اختصاص داشت. به عنوان مثال، فرض بر این بود که ربات روی ماه فرود می آید، به اجزای تشکیل دهنده آن تقسیم می شود و سپس پیکربندی جدیدی را از آنها جمع می کند، درست مانند یک ربات اسباب بازی تبدیل کننده. بنابراین، این ربات می‌تواند آینه‌های سهموی بزرگ را جمع‌آوری کند تا نور خورشید را متمرکز کند و شروع به ذوب سنگ سنگی کند. او سپس از اسید هیدروفلوریک برای استخراج فلزات قابل استفاده و سایر مواد از مذاب سنگ سنگی استفاده کرد. می توان از فلزات برای ساختن پایه ماه استفاده کرد. با گذشت زمان، این ربات همچنین یک کارخانه کوچک قمری برای تولید نسخه های خود می ساخت.

بر اساس داده‌های این گزارش، مؤسسه مفاهیم پیشرفته ناسا مجموعه‌ای از پروژه‌ها را بر اساس استفاده از روبات‌های خود-تکثیر شونده راه‌اندازی کرد. میسون پک از دانشگاه کرنل یکی از کسانی بود که ایده کشتی های ستاره ای کوچک را جدی گرفت.

من از آزمایشگاه پک بازدید کردم و با چشمانم یک میز کار پر از انواع اجزایی دیدم که ممکن است روزی به مقصد فضا برود. در کنار میز کار نیز یک اتاق تمیز کوچک با دیوارهای پلاستیکی وجود داشت که در آن اجزای نازک ماهواره های آینده مونتاژ می شدند.

دیدگاه پک از اکتشاف فضا با هر چیزی که در فیلم های هالیوود می بینیم بسیار متفاوت است. امکان ایجاد تراشه‌ای به اندازه یک سانتی‌متر در سانتی‌متر و وزن یک گرم را پیشنهاد می‌کند که می‌توان آن را تا ۱ درصد سرعت نور شتاب داد. به عنوان مثال، او می تواند از اثر زنجیر استفاده کند، که با آن ناسا ایستگاه های بین سیاره ای خود را به سرعت های فوق العاده شتاب می دهد. این مانور گرانشی شامل چرخش سیاره است. به همین ترتیب، یک سنگ در یک زنجیر که توسط یک کمربند گرانشی نگه داشته می‌شود، شتاب می‌گیرد، به صورت دایره‌ای پرواز می‌کند و در جهت مورد نظر شلیک می‌شود. در اینجا گرانش سیاره به فضاپیما کمک می کند تا سرعت بیشتری داشته باشد.

اما پک می خواهد از نیروهای مغناطیسی به جای گرانش استفاده کند. او امیدوار است که میکروستاره را وادار کند تا حلقه ای را در میدان مغناطیسی مشتری توصیف کند که 20000 برابر شدیدتر از میدان مغناطیسی زمین است و کاملاً قابل مقایسه با میدان های شتاب دهنده های زمین است که قادر به شتاب دادن ذرات بنیادی به انرژی های تریلیون ها الکترون ولت هستند.

او یک نمونه را به من نشان داد - یک ریزمدار که طبق نقشه او روزی می تواند به یک سفر طولانی در اطراف مشتری برود. این یک مربع کوچک بود، کوچکتر از نوک انگشت، که به معنای واقعی کلمه پر از انواع چیزهای علمی بود. به طور کلی، دستگاه بین ستاره ای پک بسیار ساده خواهد بود. در یک طرف، تراشه دارای یک باتری خورشیدی است که باید انرژی لازم برای برقراری ارتباط را تامین کند، و در طرف دیگر، یک فرستنده رادیویی، دوربین فیلمبرداری و سنسورهای دیگر. این دستگاه موتور ندارد و میدان مغناطیسی مشتری باید آن را شتاب دهد. (متاسفانه، در سال 2007، موسسه مفاهیم پیشرفته ناسا، که از سال 1998 بودجه این پروژه و سایر پروژه های نوآورانه را برای برنامه فضایی تامین کرده بود، به دلیل کاهش بودجه بسته شد.)

ما می بینیم که ایده پک از کشتی های ستاره ای بسیار متفاوت از آن چیزی است که در داستان های علمی تخیلی پذیرفته شده است، جایی که کشتی های ستاره ای بزرگ تحت کنترل تیمی از فضانوردان شجاع در وسعت کیهان پرسه می زنند. برای مثال، اگر یک پایگاه علمی در یکی از قمرهای مشتری ظاهر شود، ده‌ها کشتی کوچک از این دست می‌توانند به مدار این غول گازی پرتاب شوند. اگر، در میان چیزهای دیگر، باتری توپ لیزری در این ماه ظاهر شود، کشتی های کوچک می توانند تا کسری قابل توجه از سرعت نور شتاب بگیرند و با استفاده از پرتو لیزر به آنها شتاب دهند.

کمی بعد، از پک یک سوال ساده پرسیدم: آیا او می تواند تراشه خود را با استفاده از فناوری نانو به اندازه یک مولکول کوچک کند؟ در این صورت حتی میدان مغناطیسی مشتری نیز مورد نیاز نخواهد بود - آنها را می توان در یک شتاب دهنده معمولی که روی ماه ساخته شده است به سرعت نور زیر شتاب داد. او گفت این امکان وجود دارد، اما هنوز جزئیات را بررسی نکرده است.

بنابراین ما یک تکه کاغذ برداشتیم و با هم شروع کردیم به نوشتن معادلات روی آن و فهمیدن اینکه چه چیزی از آن حاصل می شود. (این گونه است که ما دانشمندان با یکدیگر ارتباط برقرار می کنیم - با گچ به تخته سیاه می رویم یا یک تکه کاغذ می گیریم و سعی می کنیم با استفاده از فرمول های مختلف مسئله ای را حل کنیم.) ما معادله ای برای نیروی لورنتس نوشتیم که پک پیشنهاد استفاده از آن را دارد. برای شتاب دادن به کشتی های خود در نزدیکی مشتری. سپس به طور ذهنی کشتی ها را به اندازه مولکول ها کاهش دادیم و به طور ذهنی آنها را در یک شتاب دهنده فرضی مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون قرار دادیم. ما به سرعت متوجه شدیم که با کمک یک شتاب دهنده معمولی که روی ماه قرار داده شده است، نانوسفینه های ما می توانند بدون هیچ مشکلی به سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب بگیرند. با کاهش اندازه سفینه فضایی از یک صفحه سانتی متری به یک مولکول، ما توانستیم شتاب دهنده مورد نیاز برای شتاب دادن به آنها را کاهش دهیم. اکنون به جای مشتری، می‌توانیم از یک شتاب‌دهنده ذرات سنتی استفاده کنیم. این ایده برای ما کاملاً واقعی به نظر می رسید.

با این حال، پس از تجزیه و تحلیل مجدد معادلات، به یک نتیجه کلی رسیدیم: تنها مشکل در اینجا پایداری و استحکام کشتی‌های نانوست. آیا شتاب دهنده مولکول های ما را پاره می کند؟ مانند یک توپ روی یک ریسمان، این نانو کشتی‌ها در هنگام شتاب به سرعت‌های نزدیک به نور، نیروهای گریز از مرکز را تجربه خواهند کرد. علاوه بر این، آنها دارای بار الکتریکی خواهند بود، به طوری که حتی نیروهای الکتریکی یکپارچگی آنها را تهدید می کند. نتیجه گیری کلی: بله، نانوکشتی ها یک امکان واقعی هستند، اما دهه ها تحقیق طول می کشد تا تراشه پک بتواند به اندازه مولکولی کوچک شود و آنقدر تقویت شود که نزدیک شدن به سرعت نور به هیچ وجه به آن آسیبی نرساند.

در این بین، میسون پک رویای فرستادن دسته‌ای از کشتی‌های نانوستاره را به نزدیک‌ترین ستاره می‌بیند به این امید که حداقل برخی از آنها بر فضای بین ستاره‌ای که ما را از هم جدا می‌کند غلبه کنند. اما وقتی به مقصد برسند چه خواهند کرد؟

اینجاست که پروژه پی ژانگ از دانشگاه کارنگی ملون در سیلیکون ولی وارد عمل می شود. او یک ناوگان کامل از مینی هلیکوپترها را ایجاد کرد، که ممکن است روزی سرنوشت آنها برای پرواز در جو یک سیاره بیگانه باشد. او با افتخار انبوهی از مینی ربات هایش را که شبیه هلیکوپترهای اسباب بازی بودند به من نشان داد. با این حال، سادگی بیرونی فریبنده است. من به وضوح دیدم که هر یک از آنها یک تراشه پر از پیچیده ترین وسایل الکترونیکی داشتند. با فشار دادن یک دکمه، ژانگ چهار مینی ربات را به هوا برد که بلافاصله در جهات مختلف پراکنده شدند و شروع به انتقال اطلاعات به ما کردند. خیلی زود از هر طرف توسط minibots احاطه شدم.

ژانگ به من گفت چنین هلیکوپترهایی قرار است در شرایط بحرانی مانند آتش سوزی یا انفجار کمک کنند. وظیفه آنها جمع آوری اطلاعات و شناسایی است. با گذشت زمان، مینی ربات ها را می توان به دوربین های تلویزیونی و سنسورهای دما، فشار، جهت باد و غیره مجهز کرد. در صورت وقوع یک فاجعه طبیعی یا انسانی، چنین اطلاعاتی ممکن است حیاتی باشد. هزاران مینی ربات می توانند بر روی یک میدان جنگ، آتش سوزی جنگل، یا (چرا که نه؟) بر روی یک منظره بیگانه کشف نشده پرتاب شوند. همه آنها دائماً با یکدیگر در ارتباط هستند. اگر یک مینی ربات با مانعی روبرو شود، بقیه فوراً از آن مطلع خواهند شد.

بنابراین، یک سناریو برای سفر بین ستاره‌ای این است که هزاران تراشه یکبار مصرف ارزان، مشابه تراشه میسون پک، به سمت نزدیک‌ترین ستاره که با سرعت نزدیک به نور پرواز می‌کنند، شلیک کنیم. اگر حتی بخش کوچکی از آنها به مقصد برسند، مینی ستاره‌ها بال‌ها یا ملخ‌های خود را رها می‌کنند و مانند ازدحام مکانیکی پی ژانگ، بر فراز منظره‌ای بی‌سابقه بیگانه پرواز می‌کنند. آنها اطلاعات را از طریق رادیو مستقیماً به زمین ارسال خواهند کرد. به محض کشف سیارات امیدوارکننده، نسل دوم کشتی‌های کوچک به راه خواهند افتاد. وظیفه آنها ساخت کارخانه هایی در نزدیکی یک ستاره دور برای تولید همان کشتی های کوچک ستاره ای خواهد بود که سپس به ستاره بعدی می روند. روند بی پایان توسعه خواهد یافت.

خروج از زمین؟

تا سال 2100، احتمالاً فضانوردانی را به مریخ و کمربند سیارک‌ها می‌فرستیم، قمرهای مشتری را کاوش می‌کنیم و ارسال کاوشگر به ستاره‌ها را جدی می‌گیریم.

اما انسانیت چطور؟ آیا ما مستعمرات فضایی خواهیم داشت و آیا آنها می توانند مشکل افزایش جمعیت را حل کنند؟ آیا خانه جدیدی در فضا پیدا خواهیم کرد؟ آیا نسل بشر تا سال 2100 شروع به ترک زمین خواهد کرد؟

خیر با توجه به هزینه سفر فضایی، اکثر مردم در سال 2100 یا حتی خیلی بعد از آن، سوار سفینه فضایی نمی شوند و سیارات دور را نمی بینند. شاید تعداد انگشت شماری از فضانوردان تا این زمان موفق شده باشند چند پاسگاه کوچک از انسانیت در سیارات و ماهواره های دیگر ایجاد کنند، اما بشریت به عنوان یک کل محدود به زمین خواهد ماند.

از آنجایی که زمین برای قرن‌های بیشتر خانه بشریت خواهد بود، اجازه دهید از خود بپرسیم: تمدن بشری چگونه توسعه خواهد یافت؟ علم چه تأثیری بر سبک زندگی، کار و جامعه خواهد داشت؟ علم موتور سعادت است، بنابراین باید به این فکر کرد که چگونه تمدن بشری و رفاه ما را در آینده تغییر خواهد داد.

یادداشت:

مبنای تعیین مختصات کاربر، اندازه‌گیری جابه‌جایی فرکانس نیست، بلکه تنها زمان سفر سیگنال‌ها از چندین ماهواره است که در فواصل مختلف (اما در هر لحظه شناخته شده) از او قرار دارند. برای تعیین سه مختصات فضایی، در اصل، پردازش سیگنال از چهار ماهواره کافی است، اگرچه معمولاً گیرنده تمام ماهواره های کاری را که در حال حاضر می شنود، "در نظر می گیرد". همچنین یک روش دقیق تر (اما پیاده سازی دشوارتر) بر اساس اندازه گیری فاز سیگنال دریافتی وجود دارد. - تقریبا مسیر

یا به زبان زمینی دیگر بسته به محل فیلمبرداری فیلم. - تقریبا مسیر

پروژه TPF در واقع برای مدت طولانی در برنامه های بلندمدت ناسا گنجانده شده است، اما همیشه یک "پروژه کاغذی" باقی مانده است، به دور از مرحله اجرای عملی. نه آن و نه پروژه دوم از همان حوزه موضوعی، عکاس سیاره زمینی (TPI)، در پیشنهاد بودجه سال مالی 2012 گنجانده نشده است. شاید جانشین آنها ماموریت New Worlds برای تصویربرداری و طیف سنجی سیارات مشابه زمین باشد، اما در مورد زمان پرتاب آن چیزی نمی توان گفت. - تقریبا مسیر

در واقعیت، این به حساسیت نبود، بلکه در مورد کیفیت سطح آینه بود. - تقریبا مسیر

این پروژه در فوریه 2009 برای اجرای مشترک توسط ناسا و آژانس فضایی اروپا انتخاب شد. در ابتدای سال 2011، آمریکایی ها به دلیل کمبود بودجه از این پروژه انصراف دادند و اروپا تصمیم خود برای شرکت در آن را تا فوریه 2012 به تعویق انداخت. . - تقریبا مسیر

افسوس که در این نیز متن قدیمی است. مانند EJSM، این پروژه مشترک در اوایل سال 2011 حمایت ایالات متحده را از دست داد و در حال بررسی است و همان بودجه را در بودجه EKA به عنوان EJSM و رصدخانه بین المللی اشعه ایکس IXO ادعا می کند. تنها یکی از این سه پروژه به صورت کاهش یافته قابل تایید برای اجرا در سال 1391 و راه اندازی پس از سال 2020 می باشد - تبصره. مسیر

و برخی از آنها مورد بازجویی قرار می گیرند. - تقریبا مسیر

به بیان دقیق، این نام برنامه ناسا بود که برای برآورده کردن الزامات بوش طراحی شده بود که مفاد اصلی آن توسط نویسنده در زیر توضیح داده شده است. - تقریبا مسیر

ایالات متحده موشک دارد و نیازی به اختراع آنها از ابتدا نیست: فضاپیمای اوریون را می توان با نسخه سنگین - ناو دلتا IV و کشتی های خصوصی سبک تر - روی موشک های Atlas V یا Falcon-9 پرتاب کرد. اما حتی یک فضاپیمای سرنشین دار آماده وجود ندارد و در سه تا چهار سال آینده نیز وجود نخواهد داشت. - تقریبا مسیر

نکته البته مسافت نیست، بلکه افزایش و کاهش سرعت مورد نیاز برای پروازهاست. همچنین توصیه می شود مدت زمان سفر را محدود کنید تا قرار گرفتن در معرض تشعشع برای خدمه به حداقل برسد. در مجموع، این محدودیت ها می تواند منجر به الگوی پرواز با مصرف سوخت بسیار بالا و بر این اساس، حجم بالای مجموعه اعزامی و هزینه آن شود. - تقریبا مسیر

این درست نیست. گازهای داغ به داخل بال چپ کلمبیا نفوذ کردند و پس از گرمایش طولانی مدت، استحکام آن را از دست دادند. بال تغییر شکل داده شد، کشتی تنها جهت گیری صحیح خود را هنگام ترمز در جو فوقانی از دست داد و توسط نیروهای آیرودینامیکی از بین رفت. فضانوردان در اثر کاهش فشار و ضربه های غیرقابل تحمل جان خود را از دست دادند. - تقریبا مسیر

در فوریه 2010، دولت اوباما بسته شدن کامل برنامه Constellation، از جمله فضاپیمای Orion را اعلام کرد، اما قبلاً در آوریل موافقت کرد که آن را به عنوان وسیله نجات ایستگاه فضایی بین المللی حفظ کند. در سال 2011، اجماع در مورد شروع فوری تأمین مالی برای وسیله نقلیه پرتاب فوق سنگین SLS بر اساس عناصر شاتل و ادامه کار بر روی Orion بدون اعلام رسمی اهداف برنامه سرنشین دار امیدوار کننده حاصل شد. - تقریبا مسیر

هیچی مثل این! اولاً، روس‌ها و آمریکایی‌هایی که هم‌اکنون شش ماه با هم پرواز می‌کنند، در سلامت کامل فرود می‌آیند و می‌توانند در روز فرود، هرچند با احتیاط، راه بروند. ثانیاً، وضعیت فضانوردان شوروی و روسی پس از پروازهای رکورددار به مدت 366 و 438 روز یکسان بود، زیرا وسایلی که ما برای مبارزه با اثرات عوامل پرواز فضایی ایجاد کرده‌ایم برای چنین دوره‌هایی کافی است. ثالثاً، آندریان نیکولایف و ویتالی سواستیانوف پس از یک پرواز رکوردشکنی 18 روزه در سایوز-9 در سال 1970، زمانی که عملاً هیچ اقدام پیشگیرانه ای انجام نشده بود، به سختی توانستند بخزند. - تقریبا مسیر

چرخاندن یک کشتی یا بخشی از آن حول محور خود بسیار ساده است و تقریباً نیازی به مصرف سوخت اضافی ندارد. مورد دیگر این است که ممکن است کار در چنین شرایطی برای خدمه چندان راحت نباشد. با این حال، تقریبا هیچ داده تجربی در این مورد وجود ندارد. - تقریبا مسیر

این تخمین رایج از هزینه ISS نادرست است زیرا به طور مصنوعی شامل هزینه های تمام پروازهای شاتل در طول ساخت و بهره برداری آن می شود. طراحی و ساخت اجزای ایستگاه، ابزار دقیق علمی و کنترل ماموریت در حال حاضر حدود 58 میلیارد دلار در طول 30 سال (1984-2011) ارزش گذاری شده است. - تقریبا مسیر

آسانسور فضایی نمی تواند در ارتفاع مدار زمین ثابت خاتمه یابد - برای اینکه بدون حرکت آویزان شود و بتواند به عنوان پشتیبان حرکت کابین های حمل و نقل باشد، سیستم باید به وزنه تعادل در ارتفاع تا 100000 کیلومتر مجهز شود. . - تقریبا مسیر

دومین نسخه از این فضاپیما، NanoSail-D2، در 20 نوامبر 2010 همراه با ماهواره Fastsat به فضا پرتاب شد، در 17 ژانویه 2011 از آن جدا شد و یک بادبان فضایی به مساحت 10 متر مربع را با موفقیت به فضا فرستاد. - تقریبا مسیر

در ماه مه 2011، سه "ماهواره تراشه ای" آزمایشی از تیم پک برای آزمایش استقامت در شرایط فضای بیرونی به ایستگاه فضایی بین المللی تحویل داده شد. - تقریبا مسیر

چنین انتقالی به خودی خود کار سختی است. - تقریبا مسیر

دانشمندان سیاره‌شناسی اولویت‌هایی را در مطالعه منظومه شمسی تعیین کرده‌اند.

برای افرادی که در دوران اکتشافات فضایی متولد شده‌اند، کتاب‌هایی درباره منظومه شمسی که قبل از سال 1957 منتشر شده‌اند، اغلب منجر به شوک می‌شوند. نسل قدیمی‌تر چقدر کم می‌دانستند، حتی تصوری از آتشفشان‌ها و دره‌های عظیم مریخ نداشتند، در مقایسه با آن‌ها قله اورست مانند یک مورچه جنگلی به نظر می‌رسد و گراند کنیون مانند یک خندق در کنار جاده است. شاید قبلاً اعتقاد بر این بود که زیر ابرهای زهره می‌تواند یک جنگل مرطوب مجلل، یا یک بیابان خشک بی‌پایان، یا یک اقیانوس جوشان، یا باتلاق‌های قیر عظیم وجود داشته باشد - هر چیزی، اما نه آن چیزی که واقعاً معلوم شد: میدان‌های آتشفشانی عظیم - صحنه های سیل نوح از ماگمای یخ زده. ظاهر زحل قبلا کسل کننده به نظر می رسید: دو حلقه مبهم، در حالی که امروز می توانیم صدها و هزاران حلقه زیبا را تحسین کنیم. ماهواره‌های سیارات غول‌پیکر نقاطی بودند، نه مناظر خارق‌العاده با دریاچه‌های متان و آبفشان‌های غبار.

در آن سال ها همه سیارات شبیه جزایر کوچک نور بودند و زمین بسیار بزرگتر از امروز به نظر می رسید. هیچ کس تا به حال سیاره ما را از بیرون ندیده است: مرمر آبی روی مخمل سیاه، پوشیده از لایه نازکی از آب و هوا. هیچ کس نمی دانست که ماه تولد خود را مدیون این ضربه است یا اینکه مرگ دایناسورها در همان زمان اتفاق افتاده است. هیچ کس به طور کامل درک نمی کرد که چگونه بشر می تواند محیط زیست کل سیاره را به طور کامل تغییر دهد. علاوه بر این، عصر فضا ما را با دانش در مورد طبیعت غنی کرده است و چشم اندازهای جدیدی را برای ما باز کرده است.

از زمان پرتاب اسپوتنیک، اکتشافات سیاره ای فراز و نشیب های متعددی داشته است. به عنوان مثال، در دهه 1980. کار تقریباً متوقف شده است. امروزه ده ها کاوشگر از کشورهای مختلف در منظومه شمسی - از عطارد تا پلوتون - در حال پرسه زدن هستند. اما بودجه در حال کاهش است، هزینه ها در حال افزایش است و همیشه به نتیجه مطلوب منجر نمی شود، که بر ناسا سایه افکنده است. آژانس در حال حاضر از زمانی که نیکسون برنامه آپولو را 35 سال پیش پایان داد، دوره دشواری را در تاریخ خود می گذراند.

آنتونی جانتوس می گوید: «متخصصان ناسا به جستجوی مناطق اولویت دار برای تحقیق ادامه می دهند. آنتونی جانتوس) از آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، عضو شورای تحقیقات ملی (NRC)، که بر برنامه رصد زمین ناسا نظارت دارد. آیا آنها در حال کاوش در فضا هستند؟ آیا در حال مطالعه انسان هستند یا علم ناب؟ آیا آنها به سمت کهکشان ها می شتابند یا محدود به منظومه شمسی هستند؟ آیا آنها به شاتل ها و ایستگاه های فضایی علاقه دارند یا فقط به طبیعت سیاره ما علاقه دارند؟»

اصولاً این توسعه وقایع باید به ثمر بنشیند. نه تنها برنامه های کاوشگر روباتیک باید احیا شوند، بلکه پروازهای فضایی سرنشین دار نیز باید احیا شوند. رئیس جمهور جورج دبلیو بوش در سال 2004 این هدف را تعیین کرد که پا به ماه و مریخ بگذارد. با وجود جنجال این ایده، ناسا از آن استفاده کرد. اما مشکل این بود که به سرعت به یک مأموریت بدون بودجه تبدیل شد و آژانس را مجبور کرد که دیواری را که به طور سنتی از علم و برنامه های سرنشین دار در برابر هزینه های بیش از حد محافظت می کند، بشکند. بیل کلایباگ می گوید: "من فکر می کنم همه می دانند که آژانس پول کافی برای انجام تمام کارهایی که باید انجام شود ندارد." بیل کلیباگ)، مدیر تحقیقات و تحلیل ناسا. "پول مانند طلا بر روی آژانس های فضایی کشورهای دیگر نمی بارد."

NRC گاهی اوقات یک گام به عقب برمی‌دارد و به این فکر می‌کند که علم سیاره‌ای در سراسر جهان چگونه پیش می‌رود. بنابراین، ما فهرستی از اهداف اولویت دار را ارائه می دهیم.

1. نظارت بر آب و هوای زمین

در سال 2005، یک پانل شورای ملی تحقیقات به این نتیجه رسید: "این خطر وجود دارد که سیستم ماهواره ای زیست محیطی از کار بیفتد." از آن زمان وضعیت تغییر کرده است. ناسا 600 میلیون دلار را طی پنج سال از پروژه های اکتشاف زمین برای حمایت از برنامه های شاتل و ایستگاه فضایی انتقال داده است. در همان زمان، توسعه یک سیستم ملی جدید ماهواره‌های رصد زمین در مدار قطبی بیش از بودجه‌ای گذرانده است و باید کاهش یابد. این در مورد ابزارهایی است که گرمایش جهانی، اندازه گیری تابش خورشیدی بر روی زمین و پرتوهای فروسرخ منعکس شده از سطح زمین را مطالعه می کنند.

در نتیجه، بیش از 20 ماهواره سیستم رصد زمین حتی قبل از اینکه دستگاه های جدیدی جایگزین آنها شوند، از کار خواهند افتاد. دانشمندان و مهندسان امیدوارند که بتوانند آنها را برای مدتی در حالت کار نگه دارند. رابرت کاهلان می گوید: «ما آماده کار هستیم، اما اکنون به یک برنامه نیاز داریم. رابرت کاهلان)، رئیس بخش آب و هوا و تشعشع در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا. "شما نمی توانید صبر کنید تا آنها بشکنند."

اگر ماهواره‌ها قبل از رسیدن ماهواره‌ها از کار بیفتند، شکاف داده‌ای وجود خواهد داشت که ردیابی تغییرات را دشوار می‌کند. برای مثال، اگر نسل بعدی دستگاه‌ها متوجه شوند که خورشید درخشان‌تر شده است، درک اینکه آیا واقعاً چنین است یا اینکه آیا ابزارها به درستی کالیبره شده‌اند، دشوار خواهد بود. تا زمانی که رصد مستمر ماهواره ای انجام نشود، این مشکل قابل حل نیست. مشاهدات سطح زمین از ماهواره ها لندستکه از سال 1972 انجام شد، چندین سال است که متوقف شده است و وزارت کشاورزی ایالات متحده مجبور به خرید داده ها از ماهواره های هندی برای نظارت بر محصول است.

NRC خواستار بازیابی بودجه و راه اندازی 17 فضاپیمای جدید برای نظارت بر پوشش یخ و دی اکسید کربن در دهه آینده است تا چگونگی تأثیر این عوامل بر آب و هوا و بهبود روش های پیش بینی را بررسی کند. متأسفانه، تحقیقات آب و هوا بین رصد معمول آب و هوا (شغل NOAA) و علم (وظیفه ناسا) گیر افتاده است. درو شیندل، دانشمند آب و هوا، می گوید: «مشکل اصلی این است که هیچ کس وظیفه نظارت بر آب و هوا را ندارد. درو شیندل) از مرکز تحقیقات فضایی گودارد ناسا. او مانند بسیاری از دانشمندان دیگر معتقد است که برنامه های آب و هوایی دولتی که در میان بخش های مختلف توزیع شده است، باید گرد هم آیند و به بخشی منتقل شوند که فقط به این موضوع بپردازد.

برنامه عملیاتی

• بودجه 17 ماهواره جدید پیشنهاد شده توسط ناسا در دهه آینده (هزینه: حدود 500 میلیون دلار در سال).
• ایجاد دفتر تحقیقات آب و هوا.

2. آماده سازی حفاظت در برابر سیارک ها

تهدید سیارک

سیارک هایی با قطر 10 کیلومتر (قاتل دایناسورها) به طور متوسط ​​هر 100 میلیون سال یک بار به زمین می افتند. سیارک هایی با قطر حدود 1 کیلومتر (ناوشکن های جهانی) - هر نیم میلیون سال یک بار. سیارک هایی با اندازه 50 متر که قادر به تخریب یک شهر هستند هر هزاره یک بار رخ می دهند.

بررسی دفاع فضایی اجساد به اندازه بیش از 700 کیلومتر را شناسایی کرد، اما همه آنها در قرن های آینده برای ما خطرناک نیستند. با این حال، این بررسی می تواند بیش از 75 درصد از این سیارک ها را شناسایی کند.

احتمال اینکه در بین 25 درصد کشف نشده، سیارکی باشد که به زمین بیفتد، اندک است. میانگین خطر تا 1000 مرگ در سال است. خطر سیارک های کوچکتر به طور متوسط ​​تا 100 نفر در سال است.

سیارک بسیار بزرگ است و کاوشگر فضایی بسیار کوچک است... اما به آن زمان بدهید و حتی یک موشک ضعیف می تواند سنگ غول پیکر را از مدار خطرناکش منحرف کند.

به نظر می رسد مانند نظارت بر آب و هوا، محافظت از سیاره در برابر سیارک ها بین دو مدفوع گیر افتاده است. نه ناسا و نه آژانس فضایی اروپا ( آژانس فضایی اروپا، ESA) مأموریتی برای نجات بشریت ندارند. بهترین کاری که آنها انجام دادند برنامه Survey for Space Defense بود ( نظرسنجی گارد فضایی، ناسا) با بودجه ای بالغ بر 4 میلیون دلار در سال برای جستجوی اجسامی با قطر بیش از 1 کیلومتر در فضای نزدیک به زمین که می تواند نه تنها به هر منطقه ای از سیاره، بلکه به کل زمین آسیب برساند. . با این حال، تاکنون هیچ کس در جستجوی سیستماتیک برای «ناوشکن‌های منطقه‌ای» کوچک‌تر، که باید حدود 20 هزار نفر از آنها در مجاورت زمین وجود داشته باشد، مشغول نیست. همچنین هیچ اداره تهدیدات فضایی وجود ندارد که در صورت لزوم زنگ خطر را به صدا درآورد. اگر فناوری امنیتی وجود داشت، حداقل 15 سال طول می کشید تا در برابر نفوذ خطرناک محافظت شود. لری لمکه می گوید: «در حال حاضر هیچ برنامه جامعی در ایالات متحده وجود ندارد. لری لمکهمهندس در مرکز Aimson ناسا.

در پاسخ به درخواست کنگره در مارس 2007، ناسا گزارشی را منتشر کرد مبنی بر اینکه تشخیص اجسام در اندازه های 100 تا 1000 متری را می توان به تلسکوپ نقشه برداری بزرگ واگذار کرد. تلسکوپ نقشه برداری سینوپتیک بزرگ LSST)، برای بررسی آسمان و جستجوی اجسام جدید توسعه یافته است. توسعه دهندگان این پروژه بر این باورند که به شکلی که تلسکوپ در نظر گرفته شده است، قادر خواهد بود 80 درصد از این اجسام را طی 10 سال عملیات (2014-2024) شناسایی کند. با سرمایه گذاری 100 میلیون دلاری اضافی در این پروژه، راندمان می تواند تا 90 درصد افزایش یابد.

مانند تمام ابزارهای زمینی، قابلیت های تلسکوپ LSST محدود است. اولاً، یک نقطه کور دارد: می‌تواند خطرناک‌ترین اجرام را که در نزدیکی مدار زمین کمی جلوتر یا پشت سیاره ما حرکت می‌کنند، تنها در پرتوهای سپیده‌دم صبح یا عصر، زمانی که پرتوهای خورشید تشخیص آنها را دشوار می‌کند، مشاهده کند. ثانیاً، این تلسکوپ می تواند جرم یک سیارک را تنها به طور غیر مستقیم - با روشنایی آن - تعیین کند. در این مورد، تخمین جرم می تواند به نصف متفاوت باشد: یک سیارک تاریک بزرگ را می توان با یک سیارک کوچک اما سبک اشتباه گرفت. Claybaugh می‌گوید: «و این تمایز می‌تواند بسیار مهم باشد اگر ما نیاز به محافظت داشته باشیم.

برای حل این مشکلات، ناسا تصمیم گرفت یک تلسکوپ فضایی مادون قرمز 500 میلیون دلاری بسازد و آن را در مداری به دور خورشید قرار دهد. این می تواند هر گونه تهدیدی را برای زمین تشخیص دهد و با مشاهده اجرام آسمانی در طول موج های مختلف، جرم آنها را با خطای بیش از 20٪ تعیین کند. دونالد یومانس می گوید: "اگر می خواهید این کار را به درستی انجام دهید، باید مادون قرمز را از فضا مشاهده کنید." دونالد یومانس) از آزمایشگاه پیشرانه جت، یکی از نویسندگان گزارش.

اگر سیارک در حال حرکت به سمت سیاره ما باشد چه باید کرد؟ قانون کلی این است که برای انحراف یک سیارک به شعاع زمین، باید سرعت آن را ده سال قبل از برخورد با یک میلی متر در ثانیه تغییر دهید، آن را با یک انفجار هسته ای هل دهید یا با جاذبه گرانشی به عقب بکشید.

در سال 2004، کمیسیون ناسا در مورد اکتشافات به اجرام نزدیک به زمین آزمایش را توصیه کرد. طبق پروژه 400 میلیون دلاری دن کیشوت، قرار است با برخورد به مانعی به وزن چهارصد کیلوگرم، مسیر خود را تغییر دهد. انتشار مواد پس از برخورد در نتیجه اثر واکنش، جهت سیارک را تغییر می دهد، اما هیچ کس نمی داند که این اثر چقدر قوی خواهد بود. تعیین این وظیفه اصلی پروژه است. دانشمندان باید جسمی را در مداری چنان دور بیابند که برخورد تصادفی آن را در مسیر برخورد با زمین قرار ندهد.

در بهار سال 2008، ESA پیش نویس اولیه را تکمیل کرد و به دلیل کمبود پول بلافاصله آن را در قفسه گذاشت. برای اجرای برنامه‌های خود، تلاش خواهد کرد با ناسا و/یا آژانس فضایی ژاپن متحد شود. آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن، JAXA).

برنامه عملیاتی

• جستجوی پیشرفته برای سیارک ها، از جمله اجرام کوچک، احتمالاً با استفاده از یک تلسکوپ مادون قرمز فضایی اختصاصی.
• آزمایش بر روی انحراف کنترل شده یک سیارک.
• توسعه یک سیستم رسمی برای ارزیابی خطرات احتمالی.

3. به دنبال یک زندگی جدید باشید

قبل از پرتاب ماهواره، دانشمندان منظومه شمسی را بهشت ​​واقعی می دانستند. سپس خوش بینی کاهش یافت. معلوم شد که خواهر زمین یک جهنم زنده است. دریانوردان با نزدیک شدن به مریخ غبارآلود دریافتند که چشم انداز دهانه آن شبیه به ماه است. وایکینگ ها با نشستن روی سطح آن، نتوانستند یک مولکول آلی پیدا کنند. اما بعدها مکان های مناسب برای زندگی کشف شد. مریخ همچنان وعده می دهد. به نظر می رسد که قمرهای سیاره ای، به ویژه اروپا و انسلادوس، دارای دریاهای زیرسطحی بزرگ و مقادیر زیادی مواد خام برای تشکیل حیات هستند. حتی زهره ممکن است زمانی توسط یک اقیانوس پوشیده شده باشد. در مریخ، ناسا به دنبال خود موجودات نیست، بلکه به دنبال ردپایی از وجود آنها در گذشته یا حال است و بر وجود آب تمرکز دارد. آخرین کاوشگر فونیکس که در ماه اوت پرتاب شد، قرار است در سال 2008 در منطقه ناشناخته قطب شمال فرود بیاید. این یک مریخ نورد نیست، بلکه یک دستگاه ثابت با یک دستکاری کننده است که قادر به حفاری در عمق چندین سانتی متری خاک برای جستجوی ذخایر یخ است. آزمایشگاه علوم مریخ نیز برای پرواز آماده می شود ( آزمایشگاه علوم مریخ, MSL) مریخ نورد 1.5 میلیارد دلاری به اندازه ماشین است که قرار است در اواخر سال 2009 پرتاب شود و یک سال بعد فرود بیاید.

اما به تدریج دانشمندان به جستجوی مستقیم موجودات زنده یا بقایای آنها بازخواهند گشت. ESA قصد دارد کاوشگر ExoMars را در سال 2013 پرتاب کند ( اگزومارسمجهز به آزمایشگاه مشابه وایکینگ‌ها و مته‌ای که می‌تواند به عمق 2 متر در خاک برود - برای رسیدن به لایه‌هایی که ترکیبات آلی از بین نمی‌روند کافی است.

بسیاری از دانشمندان سیاره‌شناسی بررسی سنگ‌هایی که از مریخ به زمین آورده شده‌اند را در اولویت می‌دانند. تجزیه و تحلیل حتی مقدار کمی از آن فرصتی برای نفوذ عمیق در تاریخ سیاره فراهم می کند، همانطور که برنامه آپولو برای ماه انجام داد. مشکلات بودجه ناسا این پروژه چند میلیارد دلاری را تا سال 2024 عقب انداخته است، اما این آژانس در حال حاضر ارتقاء MSL را آغاز کرده است تا بتواند نمونه های مجموعه را حفظ کند.

برای قمر مشتری اروپا، دانشمندان همچنین می‌خواهند مدارگردی داشته باشند تا نحوه واکنش شکل و میدان گرانشی ماه به تأثیرات جزر و مدی مشتری را اندازه‌گیری کنند. اگر مایعی در داخل ماهواره وجود داشته باشد، سطح آن 30 متر بالا و پایین می رود و در غیر این صورت فقط 1 متر. مغناطیس سنج و رادار به شما کمک می کند تا به زیر سطح نگاه کنید و احتمالاً اقیانوس را احساس کنید و دوربین ها به شما کمک می کنند تا از آن نقشه برداری کنید. سطح در حال آماده سازی برای فرود و حفاری .

گسترش طبیعی کار کاسینی در نزدیکی تیتان یک مدارگرد و فرودگر خواهد بود. جو تیتان شبیه جو زمین است و امکان استفاده از یک بالون هوای گرم را فراهم می کند که گهگاه می تواند به سطح فرود آمده و نمونه برداری کند. جاناتان لونین می گوید هدف از همه اینها ( جاناتان لونین) از دانشگاه آریزونا "آلیکی های سطحی را تجزیه و تحلیل می کند تا آزمایش کند که آیا پیشرفتی در خودسازماندهی ماده ای وجود دارد که بسیاری از کارشناسان معتقدند منشا حیات در زمین است."

در ژانویه 2007، ناسا بررسی این پروژه ها را آغاز کرد. این آژانس قصد دارد در سال 2008 بین اروپا و تیتان یکی را انتخاب کند. این کاوشگر 2 میلیارد دلاری ممکن است ظرف ده سال آینده پرتاب شود. دومین جرم آسمانی باید ده سال دیگر صبر کند.

در نهایت، ممکن است معلوم شود که زندگی زمینی منحصر به فرد است. این ناراحت کننده خواهد بود، اما به این معنی نیست که تمام تلاش ها هدر رفت. به گفته بروس جاکوسکی ( بروس جاکوسکی) مدیر مرکز اختر زیست شناسی در دانشگاه کلرادو، اخترزیست شناسی به ما اجازه می دهد تا بفهمیم که حیات چقدر می تواند متنوع باشد، پیش نیازهای آن چیست و چگونه در سیاره ما 4 میلیارد سال پیش آغاز شد.

برنامه عملیاتی

• نمونه برداری از خاک مریخ.
• آماده شدن برای اکتشاف اروپا و تیتان.

4. سرنخ پیدایش سیارات

مانند منشاء حیات، شکل گیری سیارات نیز فرآیندی پیچیده و چند مرحله ای بود. مشتری اول بود و سپس بر دیگران حکومت کرد. این آموزش چقدر طول کشید؟ یا اینکه مانند یک ستاره کوچک از یک فشردگی گرانشی منفرد منشأ گرفته است؟ آیا این دور از خورشید شکل گرفته و سپس به آن نزدیک‌تر شده است، همانطور که محتوای غیرعادی بالای عناصر سنگین آن نشان می‌دهد؟ و آیا او می تواند در همان زمان سیارات کوچک را در مسیر خود هل دهد؟ ماهواره جونوی مشتری، که ناسا قصد دارد در سال 2011 پرتاب کند، باید به پاسخ به این سوالات کمک کند.

توسعه ایده کاوشگر Stardust، که در سال 2006 نمونه‌هایی از غبار را از کما در اطراف هسته جامد دنباله‌دار ارائه کرد، به درک شکل‌گیری سیارات نیز کمک می‌کند. به گفته رهبر پروژه دونالد براونلی ( دونالد براونلی) از دانشگاه واشنگتن، استارداست نشان داد که دنباله دارها گردآورنده عظیمی از مواد سحابی پیش خورشیدی در اوایل شکل گیری منظومه شمسی بودند که به صورت یخ منجمد شده و تا به امروز حفظ شده است. گرد و غبار ستاره‌ای دانه‌های غبار قابل توجهی را از درون منظومه شمسی، از منابع فراخورشیدی و ظاهراً حتی از اجرام تخریب‌شده مانند پلوتون به ارمغان آورده است، اما تعداد آنها بسیار کم است. JAXA قصد دارد نمونه هایی از هسته دنباله دار به دست آورد.

ماه همچنین می تواند به سکویی برای تحقیقات اختر باستان شناسی تبدیل شود. این یک نوع سنگ روزتا برای درک تاریخچه برخوردها در منظومه شمسی جوان بود، زیرا به پیوند سن نسبی سطح، که با شمارش دهانه‌ها تعیین می‌شد، با تاریخ‌گذاری مطلق نمونه‌های بازگردانده شده توسط آپولو و لونای روسی کمک کرد. اما در دهه 1960. فرودگرها فقط از چند مکان دیدن کردند. آنها به دهانه آیتکن نرسیدند، حوضه ای به اندازه یک قاره در سمت دور که سن آن ممکن است نشان دهنده پایان شکل گیری سیاره باشد. ناسا اکنون در نظر دارد رباتی را به آنجا بفرستد تا نمونه برداری کند و آنها را به زمین بازگرداند.

یکی دیگر از معمای منظومه شمسی این است که به نظر می رسد سیارک های کمربند اصلی قبل از مریخ شکل گرفته اند که به نوبه خود قبل از زمین شکل گرفته اند. به نظر می رسد که موجی از تشکیل سیاره در حال حرکت به سمت داخل بوده است که احتمالاً توسط مشتری آغاز شده است. اما آیا زهره در این الگو قرار می گیرد؟ به هر حال، این سیاره با ابرهای اسیدی، فشار زیاد و دمای جهنمی اش، خوشایندترین مکان برای فرود نیست. در سال 2004، NRC توصیه کرد که بالونی را مستقر کند که بتواند برای مدت کوتاهی به سطح فرود آید، نمونه برداری کند و سپس ارتفاع لازم را برای تجزیه و تحلیل آنها یا ارسال آنها به زمین به دست آورد. در اواسط دهه 1980. اتحاد جماهیر شوروی قبلاً فضاپیمایی را به زهره فرستاده است و اکنون آژانس فضایی روسیه در حال برنامه ریزی برای پرتاب یک فرودگر جدید است.

مطالعه شکل گیری سیاره از جهاتی شبیه به مطالعات منشا حیات است. زهره در لبه داخلی منطقه حیات، مریخ در لبه بیرونی و زمین در وسط قرار دارد. درک تفاوت بین این سیارات به معنای پیشبرد جستجوی حیات در خارج از منظومه شمسی است.

برنامه عملیاتی

• نمونه هایی از ماده را از هسته دنباله دارها، ماه و زهره به دست آورید.

5. فراتر از منظومه شمسی

دو سال پیش، وویجرز افسانه ای بر بحران مالی غلبه کرد. هنگامی که ناسا اعلام کرد که قصد دارد پروژه را تعطیل کند، اعتراض عمومی آنها را مجبور به ادامه کار کرد. هیچ چیز ساخته دست بشر به اندازه وویجر 1: 103 واحد نجومی (AU) از ما دور نبوده است، یعنی 103 برابر زمین از خورشید دورتر است و 3.6 واحد دیگر به آن اضافه شده است. در سال 2002 یا 2004 (طبق برآوردهای مختلف)، به مرز مرموز چند لایه منظومه شمسی رسید، جایی که ذرات باد خورشیدی با جریان گاز بین ستاره‌ای برخورد می‌کنند.

اما وویجرها برای کاوش در سیارات بیرونی طراحی شده بودند، نه فضای بین ستاره ای. منابع انرژی پلوتونیوم آنها در حال خشک شدن است. ناسا مدت‌هاست به فکر ایجاد یک کاوشگر ویژه بوده است و گزارش NRC در مورد فیزیک خورشیدی از سال 2004 به آژانس توصیه می‌کند که کار در این راستا را آغاز کند.

مرزهای خارجی

کاوشگر بین ستاره ای باید ناحیه مرزی منظومه شمسی را بررسی کند، جایی که گاز پرتاب شده از خورشید به گاز بین ستاره ای برخورد می کند. باید سرعت، دوام و تجهیزاتی داشته باشد که Voyagers و Pioneers ندارند.

کاوشگر باید محتوای اسید آمینه ذرات بین ستاره ای را اندازه گیری کند تا مشخص کند چه مقدار ماده آلی پیچیده از خارج وارد منظومه شمسی شده است. او همچنین نیاز به یافتن ذرات ضد ماده ای دارد که می توانند در سیاهچاله های کوچک یا ماده تاریک متولد شوند. باید تعیین کند که لبه منظومه شمسی چگونه ماده را منعکس می کند، از جمله پرتوهای کیهانی که می توانند بر آب و هوای زمین تأثیر بگذارند. او همچنین باید دریابد که آیا میدان مغناطیسی در فضای بین ستاره ای اطراف ما وجود دارد که می تواند نقش مهمی در شکل گیری ستارگان داشته باشد. این کاوشگر می تواند به عنوان یک تلسکوپ فضایی مینیاتوری برای انجام مشاهدات کیهانی بدون تأثیر غبار بین سیاره ای استفاده شود. این به مطالعه ناهنجاری پیشگامان کمک می‌کند، نیروی غیرقابل توضیحی که بر دو کاوشگر فضایی دوردست پایونیر 10 و پایونیر 11 اثر می‌کند و همچنین نظریه نسبیت عام انیشتین را با نشان دادن جایی که گرانش خورشید پرتوهای نور را از منابع دور به کانون جمع‌آوری می‌کند، آزمایش می‌کند. . می توان از آن برای مطالعه دقیق یکی از ستارگان نزدیک، مانند اپسیلون اریدانی استفاده کرد، اگرچه ده ها هزار سال طول می کشد تا به آنجا برسیم.

برای رسیدن به یک جرم آسمانی در فاصله صدها واحد نجومی در طول عمر دانشمند (و منبع انرژی پلوتونیوم)، باید تا سرعت 15 واحد نجومی شتاب گرفت. در سال. برای انجام این کار، می توانید از یکی از سه گزینه استفاده کنید - به ترتیب سنگین، متوسط ​​یا سبک، با موتور یونی که توسط یک راکتور هسته ای یا بادبان خورشیدی کار می کند.

کاوشگرهای سنگین (36 تن) و متوسط ​​(1 تن) در سال 2005 توسط تیم هایی به سرپرستی توماس زوربوخن ساخته شدند. توماس زوربوشن) از دانشگاه میشیگان در آن آربور و رالف مک نات ( رالف مک نات) از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز. اما ساده ترین گزینه برای راه اندازی قابل قبول تر به نظر می رسد. ESA اکنون در حال بررسی پیشنهادی از سوی یک تیم بین المللی از دانشمندان به رهبری رابرت ویمر-شواینروبر (Robert Wimmer-Schweingruber) است. رابرت ویمر-شواینروبر) از دانشگاه کیل آلمان. ناسا نیز ممکن است به این پروژه بپیوندد.

بادبان خورشیدی با قطر 200 متر می تواند کاوشگر پانصد کیلوگرمی را شتاب دهد. پس از پرتاب از زمین، باید به سمت خورشید بشتابد و تا حد امکان از نزدیکی آن (در داخل مدار عطارد) عبور کند تا موج قدرتمندی از نور خورشید را بگیرد. مانند یک موج سوار، فضاپیما می نشیند. قبل از چرخش مشتری، باید بادبان را رها کند و آزادانه پرواز کند. اما ابتدا مهندسان باید بادبانی بسازند که به اندازه کافی سبک باشد و آن را در یک نسخه ساده شده آزمایش کنند.

Wimmer-Schweingruber می گوید: "چنین ماموریتی تحت نظارت ESA یا ناسا گام منطقی بعدی در اکتشاف فضا خواهد بود." طی 30 سال آینده، هزینه این پروژه 2 میلیارد دلار تخمین زده می شود. مطالعه سیارات به ما کمک می کند تا بفهمیم که چگونه زمین در طرح کلی قرار می گیرد، و مطالعه همسایگی بین ستاره ای ما به ما کمک می کند تا همین موضوع را برای کل منظومه شمسی کشف کنیم.

او پس از شکستن فلک با "Vostok 1" خود، مستقیماً به فضا افتاد. دنیا فتح شد. خانم‌ها جیغ می‌کشیدند، گل‌ها را به پای قهرمان می‌ریختند، و رهبران همه کشورها، ملکه نخست انگلیس و فیدل انقلابی خوش‌خلقه، جذاب‌ترین مردی را که تا به حال به عنوان برادرشان زندگی می‌کرد، در آغوش گرفتند. سپس لئونوف فضانورد بود که به فضا رفت، ترشکووا، پرواز به ماه، سلب حق سیاره نامیده شدن پلوتو، و هیچ پیشرفت کیهانی قابل مشاهده نبود. بسیار خوب، بردبری نویسنده علمی تخیلی با این موضوع کنار آمد، اما سرگئی پاولوویچ کورولف بسیار ناراضی خواهد بود. چگونه می توانیم به او توضیح دهیم که بشریت حتی به ماه نرفته است؟

شرم آور است رفقا اما سال‌های اخیر شاهد یک تغییر بزرگ بوده‌ایم، و اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، دهه بین ۲۰۲۰ تا ۲۰۳۰ نوید می‌دهد که دهه ۶۰ جدید ما باشد. بیایید ببینیم Roscosmos، ناسا و آژانس فضایی اروپا در حال حاضر روی چه چیزی کار می کنند.

1. فرار از سیارک. نسخه شماره 1

ایده های مقدس فیلم "آرماگدون" که بیش از آن که علمی باشد خارق العاده است، در دل کاوشگران فضایی زنده است. فقط همه چیز بدون تلفات انسانی خواهد بود. یک پهپاد به سادگی بر روی سطح ناهموار سیارک فرود می آید و بدن سرگردان بی فکر را به مداری پایدار در اطراف ماه یا زمین هدایت می کند.

این برای نجات زمین مورد نیاز نیست و این نوعی هوی و هوس نیست، این سیارک به سادگی برای اهداف آموزشی استفاده می شود. اول از همه، در این سیارک می توانید فرود روی ماه، مریخ و دیگر اجرام کیهانی را تمرین کنید تا فضانوردان بدانند در این شرایط چگونه رفتار کنند. علاوه بر این، می توان آنالیز خاک را از سیارک گرفت که به دستیابی به اطلاعات جدیدی در مورد منشا منظومه شمسی کمک می کند. نحوه دقیق گرفتن یک جرم آسمانی هنوز مشخص نشده است. گزینه های در نظر گرفته شده شامل استفاده از یک ظرف غول پیکر بادی برای نگهداری سیارک است.

2. فرار از سیارک. نسخه شماره 2

آژانس فضایی اروپا دیدگاه خاص خود را در مورد مبارزه با سیارک ها دارد که بیشتر شبیه روش متعارف فیلم است. پروژه AIDA (Asteroid Impact & Delection Assessment) اولین ماموریت بشر به سیارک دوگانه دیدیم است که در سال 2022 تا 11 میلیون کیلومتر به سیاره ما نزدیک می شود. قطر بدنه اصلی حدود 800 متر، ماهواره آن - 150 متر است. هر دو سیارک به دور یک مرکز جرم مشترک در فاصله حدود یک کیلومتری می چرخند.

در سال 2014، این پروژه نامیده شد، اما پس از آن، مانند همیشه، پول تمام شد و ناسا به کمک آمد. حال، در صورت موفقیت آمیز بودن، ارزش ها باید تقسیم شوند.

کاوشگر ضربه‌گیر DART که توسط ناسا ساخته شده است با سرعتی در حدود 6.5 کیلومتر در ثانیه به ماهواره سیارک برخورد خواهد کرد و دستگاه AIM آژانس فضایی اروپا (ESA) در اکتشاف مداری این دو جرم آسمانی و نیز پیامدهای برخورد «تحقیق انتحاری». آزمایش برخورد باید به کارشناسان کمک کند تا بفهمند آیا می‌توان یک سیارک را از مدار خارج کرد یا خیر.

3. پایه ماه

طبق گزارشات تایید نشده، این اتفاق در اوایل دهه 2030 رخ خواهد داد، تقریباً 70 سال بعد از اینکه ظاهراً همنام بلوزمن درخشان به آنجا پا گذاشت. اما این بار نه فقط یک بازدید ادبی، بلکه یک ریشه یابی تمام عیار در ماهواره برنامه ریزی شده است. این پایگاه برای 2 تا 3 نفر طراحی خواهد شد و نه تنها نوعی پیت استاپ برای خدمه ای است که برای کاوش در سیارات دورتر حرکت می کنند، بلکه نوعی معدن نیز خواهد بود. چه کسی نمی دانست، آنها قصد دارند هیدروژن را در ماه استخراج کنند و سپس آن را به سوخت موشک تبدیل کنند.

4. "Luna-Glob"

با این حال، فضانوردان شجاع ما نیز به سمت ماه نگاه می کنند. در واقع، این تنها پروژه مستقل در این مقیاس است که روسیه هنوز آن را رها نکرده است.

درست است، ایجاد یک پایگاه فضایی در ماه هنوز یک چشم انداز دور است، اما پروژه های ایستگاه های خودکار بین سیاره ای برای مطالعه یک ماهواره زمین مصنوعی در حال حاضر کاملاً امکان پذیر است، و چندین سال است که اصلی ترین آنها در روسیه است. برنامه Luna-Glob - در واقع، اولین گام ضروری به سوی استقرار بالقوه ماه است.

کاوشگر مکانیسم فرود روی سطح ماه را کار خواهد کرد و خاک ماه را مطالعه می کند - حفاری برای نمونه برداری از خاک و تجزیه و تحلیل بیشتر آن برای حضور یخ (آب هم برای زندگی فضانوردان و هم به طور بالقوه به عنوان سوخت هیدروژن برای موشک ها ضروری است. ).

عرضه این دستگاه بارها به دلایل مختلف به تعویق افتاد و تاکنون در سال 2015 متوقف شده ایم. در آینده، قبل از پرواز سرنشین دار برنامه ریزی شده برای دهه 2030، برنامه ریزی شده است که چندین کاوشگر سنگین تر دیگر از جمله Luna-Resurs به ​​فضا پرتاب شود که ماه و سایر اقدامات مقدماتی لازم برای فرود فضانوردان در آینده را نیز مطالعه خواهد کرد.

اما در انتقاد از کرامت کیهانی ما عجله نکنید. به عنوان مثال، روسیه به طور پیوسته فضانوردان آمریکایی، اروپایی، کانادایی و ژاپنی را به فضا می فرستد. صندلی‌های سایوزهای داخلی برای سال‌های آینده فروخته می‌شوند. سایر کشورها در حال استفاده از تجربه روسیه در آماده سازی برای پروازهای فضایی هستند. در فرانسه، اخیراً یک برنامه آموزشی فضانوردان روسی که بی وزنی را شبیه سازی می کند، راه اندازی شد.

فراموش نکنید که برای مدت طولانی تنها ما در کار فرستادن میلیونرها به عنوان گردشگران فضایی بودیم.

ابتدا باید مسائل مربوط به کیهان پلستسک را حل کنیم، GLONASS را توسعه دهیم، سیستم های سرویس دهی برای فضاپیماهای جداگانه در مدار را کار کنیم، و کارهای کوچک دیگری را انجام دهیم که بدون آنها اکتشاف فضایی غیرممکن است. بنابراین همه چیز در پیش است، یورا همچنان به ما افتخار خواهد کرد.

5. رو به جلو به سمت مشتری

مشتری سیاره ای بسیار امیدوار کننده برای اکتشافات فضایی آینده به نظر می رسد. و او وقت نداشت دندان هایش را مانند مریخ یا ماه روی لبه بگذارد. محققان به ویژه به ماهواره سیاره اروپا با گستره های یخی آن علاقه مند هستند. اروپا به دلیل فاصله زیادش از خورشید گرمای بسیار کمی دریافت می کند، اما ممکن است در زیر یخ آب مایع وجود داشته باشد که توسط فعالیت های زمین ساختی در روده های سیاره گرم شده است. برای رسیدن به آن، به یک ربات کرایوبات نیاز دارید - دستگاهی که می تواند با استفاده از تأثیر حرارتی از یخ با ضخامت چندین کیلومتر عبور کند. ناسا در حال حاضر روی چنین دستگاهی کار می کند که آن را والکری می نامند. این دستگاه آب را با استفاده از یک منبع انرژی هسته ای روی برد گرم می کند و جت را روی یخ هدایت می کند و آن را ذوب می کند. سپس والکری آب مذاب را جمع آوری می کند و این روش را تکرار می کند و به تدریج به جلو حرکت می کند. در طول آزمایش در آلاسکا، نمونه در طول یک سال بر هشت کیلومتر یخ غلبه کرد. در نتیجه، اگر این سفر انجام شود، دانشمندان امیدوارند برای اولین بار شرایط مناسب برای منشا حیات را کشف کنند.

با این حال، اروپایی ها طمع شکوه، با تمام وجود تلاش می کنند تا غنای کاشفان مشتری را برای خود بگیرند. در سال 2022، آنها ایستگاه خودکار بین سیاره ای Jupiter Icy Moon Explorer را به مشتری می فرستند. این ماهواره فوراً سه ماهواره نزدیک به مشتری و بزرگترین ماهواره‌های به اصطلاح گالیله را کاوش خواهد کرد: اروپا، گانیمد و کالیستو. در صورت پرتاب موفقیت آمیز در زمان برنامه ریزی شده، دستگاه در سال 2030 به منظومه مشتری خواهد رسید.

6. پرواز به آلفا قنطورس

سفرهای منظومه شمسی برای همه چشمگیر نیست، برخی مانند آلفا قنطورس. تمام امید تنها در "سفینه فضایی صد ساله" است - پروژه مشترک ناسا و آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده. اگر همه چیز مرتب باشد، بشریت در طول زندگی نوزادان فعلی به نزدیک ترین ستاره به ما در خارج از منظومه شمسی خواهد رفت. حداقل، رهبران پروژه انتظار دارند فناوری‌های لازم برای سفر بین ستاره‌ای را در 100 سال آینده ایجاد کنند، مانند موتور ضد ماده. همچنین لازم است در مورد اقداماتی برای جلوگیری از عواقب اقامت طولانی مدت در فضا برای بدن انسان فکر کنید. با توجه به وضعیت فعلی علم، شانس موفقیت این ماموریت ناچیز به نظر می رسد. با این حال، این پروژه به طور فزاینده ای در حال تامین مالی است، بنابراین شانس هایی وجود دارد.

7. تلسکوپ فضایی جیمز وب

تلسکوپ هابل جانشینی دارد که به مدت 20 سال در حال توسعه بوده است. اما این انتظار طولانی ارزش آن را دارد - بشر در نهایت قادر خواهد بود به دورترین اجرام جهان که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند نگاه کند. برای مثال، می‌توان به برخی از اولین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی که پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند، نگاه کرد. با این حال، همه چیز چندان هم گلگون نیست - بسیاری از اخترفیزیکدانان به اثربخشی این چشمی، به ویژه پس از شکست های متعدد در طول آزمایش و مازاد بودجه بی پایان، اطمینان ندارند. اما صبر کنید و ببینید، زمان زیادی باقی نمانده است، فقط یک سال.

8. سفر به مریخ

آنها آنقدر می گویند که به دلایلی به نظر می رسد ما قبلاً آنجا پرواز کرده ایم. علاوه بر این، نه تنها ناسا، بلکه شرکت های تازه تاسیس اسپیس ایکس و بلو اوریجین نیز برای این پرواز رقابت می کنند. از سوی دیگر، ناسا عجله ای ندارد و معتقد است که بهتر است قبل از آبی شدن چهره، تمام خطرات روی زمین را محاسبه کنید، یک سری آزمایشات انجام دهید (یک سیارک برای کمک به) و تنها پس از آن افراد را به زمین بفرستید. جرم بین ستاره ای آنها قصد دارند این کار را در سال 2030 انجام دهند، اما، به احتمال زیاد، پرواز به تعویق خواهد افتاد، زیرا این چند سال است که بچه های آژانس فضایی فقط از کمبود بودجه شکایت می کنند. شرکت هلندی Mars One قصد دارد در سال 2026 یک اکسپدیشن بفرستد، اما این پروژه به طور دوره ای به دلیل غیرقابل دفاع بودن آن به خطر می افتد. برخی از نامزدهای این پرواز می گویند که سازمان دهندگان کل این حرکت پول لازم را جمع آوری نکرده اند، اما همچنان به حمایت مالی امیدوارند.

آژانس فضایی اروپا نیز برنامه خود را برای ماموریت مریخ دارد. این رفقا می خواهند مردی را نزدیک به سال 2033 روی مریخ فرود بیاورند. مدیریت این آژانس می گوید که به دلیل بودجه کم، آنها مجبور خواهند شد به همکاری های بین المللی متوسل شوند. به عنوان مثال روسیه در یکی از مراحل این برنامه به نام ExoMars درگیر است. اما این مرحله نه با، بلکه با مطالعه امکان زندگی بر روی آن همراه است.

امروزه، آژانس‌های فضایی پیشرو، برنامه SpaceX را امیدوارکننده‌ترین برنامه از نظر اکتشاف مریخ می‌دانند. این تا حد زیادی به لطف موشک شاتل فالکون 9 آنهاست که امروزه محموله را به ایستگاه فضایی بین المللی تحویل می دهد. ویژگی خاص این موشک، قابلیت فرود اولین مرحله برای استفاده مجدد است. این فناوری برای ماموریت های مریخ مناسب است.

سیستم پرتاب فضایی پیشنهادی استارترام، که برای شروع ساخت و اجرای آن حدود 20 میلیارد دلار هزینه در بر خواهد داشت، توانایی تحویل محموله هایی با وزن تا 300000 تن را با قیمت بسیار مقرون به صرفه 40 دلار به ازای هر کیلوگرم محموله به مدار می دهد. با توجه به اینکه هزینه فعلی تحویل 1 کیلوگرم محموله به فضا در بهترین حالت 11000 دلار است، این پروژه بسیار جالب به نظر می رسد.

پروژه Startram نیازی به موشک، سوخت یا موتورهای یونی نخواهد داشت. به جای همه اینها، از فناوری دافعه مغناطیسی در اینجا استفاده خواهد شد. شایان ذکر است که مفهوم قطار شناور مغناطیسی بسیار جدید نیست. در حال حاضر قطارهایی روی زمین وجود دارند که در امتداد یک سطح مغناطیسی با سرعت حدود 600 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند. با این حال، همه این مگلوها (که عمدتاً در ژاپن استفاده می شوند) یک مانع بزرگ دارند که حداکثر سرعت آنها را محدود می کند. برای اینکه این قطارها به حداکثر پتانسیل خود برسند و به بالاترین سرعت ممکن برسند، باید از شر هوازدگی که باعث کاهش سرعت آنها می شود خلاص شویم.

پروژه Startram راه حلی برای این موضوع با ساخت یک تونل خلاء معلق طولانی در ارتفاع حدود 20 کیلومتری پیشنهاد می کند. در این ارتفاع، مقاومت هوا کمتر مشخص می‌شود، که به پرتاب‌های فضایی اجازه می‌دهد با سرعت بسیار بالاتر و با کشش بسیار کمتری انجام شوند. فضاپیما به معنای واقعی کلمه به فضا شلیک می شود، بدون نیاز به غلبه بر جو. چنین سیستمی به حدود 20 سال کار و سرمایه گذاری بالغ بر 60 میلیارد دلار نیاز دارد.

شکارچی سیارک

در میان طرفداران داستان های علمی تخیلی، زمانی بحث داغی در مورد روش ضد علمی و پیچیدگی فرود بر روی یک سیارک که در فیلم علمی تخیلی معروف آمریکایی "آرماگدون" نشان داده شده است، وجود داشت. حتی ناسا زمانی اشاره کرد که آنها گزینه بهتر (و واقع بینانه تر) را برای تلاش برای نجات زمین از نابودی قریب الوقوع پیدا می کردند. علاوه بر این، آژانس هوافضا اخیرا کمک مالی برای توسعه و ساخت یک "شکارگر دنباله دار و سیارک" اعطا کرده است. فضاپیما با یک هارپون قدرتمند خاص به یک جسم فضایی انتخاب شده می چسبد و با استفاده از نیروی موتورهای خود، این اجسام را از مسیر خطرناک نزدیک شدن به زمین دور می کند.

علاوه بر این، این دستگاه می تواند برای گرفتن سیارک ها با هدف استخراج بیشتر مواد معدنی از آنها استفاده شود. جسم فضایی توسط هارپون جذب می شود و به مکان مورد نظر برده می شود، به عنوان مثال، به مدار مریخ یا ماه، جایی که پایگاه های مداری یا زمینی قرار خواهند گرفت. پس از آن گروه های معدن به سیارک فرستاده می شوند.

کاوشگر خورشیدی

خورشید نیز مانند زمین، بادها و طوفان های خاص خود را دارد. با این حال، برخلاف بادهای روی زمین، بادهای خورشیدی نه تنها می توانند موهای شما را خراب کنند، بلکه می توانند به معنای واقعی کلمه شما را تبخیر کنند. به گفته آژانس هوافضای ناسا، بسیاری از سؤالات درباره خورشید که هنوز پاسخی ندارند، توسط کاوشگر خورشیدی که در سال 2018 برای تابش ما ارسال خواهد شد، پاسخ داده خواهد شد.

این فضاپیما باید در فاصله حدود 6 میلیون کیلومتری به خورشید نزدیک شود. این منجر به این واقعیت می شود که کاوشگر باید اثرات انرژی تشعشعی با چنان قدرتی را تجربه کند که هیچ فضاپیمای ساخته دست بشر تا به حال تجربه نکرده است. به گفته مهندسان و دانشمندان، یک سپر حرارتی کامپوزیت کربن با ضخامت 12 سانتی متر به محافظت از کاوشگر در برابر اثرات تشعشعات مضر کمک می کند.

با این حال، ناسا نمی تواند کاوشگر را مستقیماً به خورشید بفرستد. این فضاپیما باید حداقل هفت گذر مداری به دور زهره انجام دهد. و این حدود هفت سال طول می کشد. هر چرخش باعث افزایش سرعت کاوشگر و تنظیم مسیر به مسیر صحیح می شود. پس از آخرین پرواز، کاوشگر به سمت مدار خورشید در فاصله 5.8 میلیون کیلومتری از سطح آن حرکت خواهد کرد. بنابراین، نزدیکترین جسم فضایی ساخته شده توسط انسان به خورشید خواهد شد. رکورد فعلی متعلق به کاوشگر فضایی هلیوس 2 است که در فاصله تقریباً 43.5 میلیون کیلومتری از خورشید قرار دارد.

پاسگاه مریخ

چشم انداز در حال ظهور برای پروازهای آینده به مریخ و اروپا بسیار زیاد است. ناسا معتقد است که اگر با هیچ فاجعه جهانی و سقوط سیارک های قاتل از آنها جلوگیری نشود، این آژانس ظرف دو دهه آینده فردی را به سطح مریخ خواهد فرستاد. ناسا حتی قبلاً مفهوم یک پاسگاه آتی مریخ را ارائه کرده است که ساخت آن در اواخر دهه 2030 آغاز می شود.

شعاع منطقه تحقیقاتی برنامه ریزی شده حدود 100 کیلومتر خواهد بود. ماژول های مسکونی، مجتمع های علمی، پارکینگ برای مریخ نوردها و همچنین تجهیزات معدن برای یک تیم چهار نفره وجود خواهد داشت. انرژی این مجموعه تا حدی توسط چندین راکتور هسته ای فشرده تولید خواهد شد. علاوه بر این، برق توسط پنل های خورشیدی تولید خواهد شد که البته در صورت وقوع طوفان های شن مریخ بی اثر می شود (از این رو نیاز به راکتورهای فشرده است).

با گذشت زمان، تیم های علمی بسیاری در این منطقه مستقر خواهند شد، که باید غذای خود را پرورش دهند، آب مریخ را جمع آوری کنند، و حتی سوخت موشک در محل برای پروازهای بازگشت به زمین ایجاد کنند. خوشبختانه، بسیاری از مواد مفید و ضروری برای ساخت پایگاه مریخ به طور مستقیم در خاک مریخ وجود دارد، بنابراین برای ایجاد اولین مستعمره مریخ نیازی به حمل برخی چیزها نخواهید داشت.

مریخ نورد ATHLETE ناسا

مریخ نورد عنکبوت مانند ATHLETE (کاوشگر فرازمینی Hex-Limbed All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer) روزی ماه را مستعمره خواهد کرد. مریخ نورد به لطف سیستم تعلیق ویژه خود، متشکل از شش پایه مستقل با قابلیت چرخش در تمام جهات، می تواند روی زمین با هر پیچیدگی حرکت کند. در عین حال، وجود چرخ ها به آن اجازه می دهد تا در سطحی تراز تر با سرعت بیشتری حرکت کند.

این هگزوپاد می تواند به تجهیزات علمی و کاری بسیار متنوعی مجهز شود و در صورت نیاز به راحتی از عهده نقش یک جرثقیل متحرک برآید. به عنوان مثال، در عکس بالا، ATHLETE یک ماژول سکونت نصب کرده است. به عبارت دیگر می توان از مریخ نورد به عنوان خانه متحرک نیز استفاده کرد. ارتفاع ATHLETE حدود 4 متر است. در عین حال قادر است اجسام تا وزن 400 کیلوگرم را بلند و حمل کند. و این در گرانش زمین است!

بزرگترین مزیت ATHLETE در سیستم تعلیق آن نهفته است که به آن تحرک باورنکردنی و توانایی انجام کار چالش برانگیز تحویل اجسام سنگین را می دهد، برخلاف فرودگرهای ثابتی که در گذشته استفاده می شد و امروزه استفاده می شود. یکی از گزینه های استفاده از ATHLETE پرینت سه بعدی است. نصب یک چاپگر سه بعدی بر روی آن به مریخ نورد اجازه می دهد تا به عنوان تجهیزات چاپ سیار برای اقامتگاه های قمری استفاده شود.

خانه های مریخی چاپ سه بعدی

ناسا برای کمک به آماده‌سازی ماموریت انسانی به مریخ، یک مسابقه معماری را برای توسعه و حمایت از فناوری‌های چاپ سه بعدی ترتیب داده است که به چاپ سه بعدی اجازه می‌دهد خانه‌های مریخی بسازد.

تنها شرط لازم برای این رقابت استفاده از موادی بود که به طور گسترده برای استخراج در مریخ در دسترس هستند. برندگان دو شرکت طراحی از نیویورک، Team Space Exploration Architecture و Clouds Architecture Office بودند که مفهوم خانه یخی مریخی را پیشنهاد کردند. این مفهوم از یخ به عنوان پایه استفاده می کند (از این رو نام آن). ساخت ساختمان‌ها در مناطق یخی مریخ انجام می‌شود، جایی که ماژول‌های فرودگر با تعداد زیادی ربات فشرده که خاک و یخ را جمع‌آوری می‌کنند تا ساختارهایی در اطراف این ماژول‌ها بسازند، ارسال می‌شوند.

دیوارهای سازه ها از مخلوط آب، ژل و سیلیس ساخته خواهد شد. هنگامی که مواد به لطف دمای پایین در سطح مریخ یخ می زند، نتیجه یک اتاق دو جداره بسیار مناسب برای زندگی است. دیوار اول از مخلوط یخ تشکیل شده و محافظت بیشتری در برابر تشعشعات ایجاد می کند؛ نقش دیوار دوم توسط خود ماژول انجام می شود.

تاج نگاری پیشرفته

مطالعه عمیق تاج خورشیدی (لایه بیرونی اتمسفر ستاره، متشکل از ذرات باردار) توسط یک شرایط مختل شده است. و این شرایط، مهم نیست که چقدر طعنه آمیز به نظر می رسد، خود خورشید است. راه حل این مشکل ممکن است یک دیمر خورشیدی به اصطلاح حجمی باشد، توپی که کمی بزرگتر از یک توپ تنیس ساخته شده از آلیاژ تیتانیوم فوق تاریک است. ماهیت دیمر به شرح زیر است: در مقابل یک طیف نگاری که به سمت خورشید است نصب می شود و در نتیجه خورشید گرفتگی مینیاتوری ایجاد می کند و تنها تاج خورشیدی را باقی می گذارد.

ناسا در حال حاضر از سایه انداز خورشیدی مسطح در فضاپیمای SOHO و STEREO خود استفاده می کند، اما طراحی مسطح چنین دستگاه هایی باعث ایجاد تاری و اعوجاج غیر ضروری می شود. راه حل این مشکل توسط خود فضا پیشنهاد شد. شناخته شده است که زمین تاریک کننده خورشیدی خود را دارد که در فاصله 400000 کیلومتری قرار دارد. این مبهم البته ماه است که به لطف آن گهگاه شاهد خورشید گرفتگی هستیم.

دیمر حجمی ناسا باید اثر ماه گرفتگی را بازتولید کند، البته فقط برای فضاپیمایی که خورشید را کاوش می کند، اما قرار گرفتن در فاصله دو متری از طیف نگار آن، به مطالعه تاج خورشیدی بدون هیچ گونه کمکی کمک می کند. مشکلات، تداخل یا تحریف.

فن آوری های رباتیک زنبور عسل

Honeybee Robotics، یک شرکت خصوصی کوچک غربی که در زمینه توسعه و تولید فناوری‌های فضایی مختلف فعالیت می‌کند، اخیراً دستوری از آژانس هوافضا ناسا برای انجام دو پیشرفت فناوری جدید برای برنامه فضایی سیستم تغییر مسیر سیارک دریافت کرده است. هدف اصلی این برنامه بررسی سیارک ها و یافتن راه هایی برای مبارزه با تهدیدات احتمالی برخورد آنها با زمین در آینده است. علاوه بر این، این شرکت در حال توسعه چیزهای به همان اندازه جالب دیگری است.

به عنوان مثال، یکی از این پیشرفت ها یک تفنگ فضایی است که پرتابه های ویژه ای را به سمت سیارک ها شلیک می کند و قطعاتی را از جسم فضایی شلیک می کند. پس از شلیک قطعه ای از سیارک به این روش، یک فضاپیمای ویژه آن را با چنگال های روباتیک خود گرفته و به مدار ماه منتقل می کند، جایی که دانشمندان می توانند ساختار آن را با جزئیات بیشتری بررسی کنند. ناسا قصد دارد این دستگاه را روی یکی از سه سیارک Itokawa، Bennu یا 2008 EV5 آزمایش کند.

توسعه دوم، به اصطلاح نانو مته فضایی برای جمع‌آوری نمونه‌های خاک از سیارک‌ها است. وزن مته تنها 1 کیلوگرم است و از نظر اندازه کمی بزرگتر از گوشی های هوشمند معمولی است. این مته یا توسط روبات ها یا فضانوردان استفاده خواهد شد. از آن برای جمع آوری مقدار مورد نیاز خاک برای تجزیه و تحلیل بیشتر استفاده می شود.

ماهواره خورشیدی SPS-ALPHA

SPS-ALPHA یک فضاپیمای مداری با انرژی خورشیدی است که از ده ها هزار آینه نازک تشکیل شده است. انرژی انباشته شده به امواج مایکروویو تبدیل می شود و به ایستگاه های زمینی ویژه بازگردانده می شود و از آنجا به خطوط برق منتقل می شود تا برق کل شهرها را تامین کند.

اجرای این پروژه شاید یکی از دشوارترین پروژه ها در میان پروژه های ارائه شده در انتخاب امروز باشد. اولاً، سکوی توصیف شده SPS-ALPHA از نظر اندازه بسیار بزرگتر از ایستگاه فضایی بین المللی خواهد بود. ساخت آن به زمان زیادی نیاز دارد، ارتش کاملی از مهندسان فضانورد و سرمایه گذاری سرمایه های عظیم. با توجه به اندازه غول پیکر آن، این پلت فرم باید مستقیماً در مدار ساخته شود. از سوی دیگر، عناصر پلت فرم از نظر تولید انبوه از مواد نسبتا ارزان و بدون عارضه ساخته خواهند شد، که به این معنی است که پروژه به طور خودکار از حالت "غیرممکن" به "بسیار پیچیده" می رود، که به نوبه خود، راه را باز می کند. امیدوارم روزی محقق شود که واقعا این کار را انجام خواهد داد.

پروژه "اروپا هدف"

پروژه Objective Europa احمقانه ترین ایده اکتشاف فضایی است که تاکنون ارائه شده است. هدف اصلی آن فرستادن شخصی به اروپا، یکی از قمرهای مشتری، بر روی یک زیردریایی ویژه است که به لطف آن جستجو برای یافتن حیات احتمالی در اقیانوس زیر یخبندان ماهواره انجام می شود.

چیزی که بر جنون این پروژه می افزاید این واقعیت است که این یک ماموریت یک طرفه است. هر فضانوردی که تصمیم به رفتن به اروپا بگیرد، در واقع باید بپذیرد که جان خود را فدای خیر علم کند، در حالی که فرصت پاسخ دادن به محرمانه ترین سؤال نجوم مدرن را دارد: آیا زندگی در فضا علاوه بر آن روی زمین وجود دارد؟

ایده پروژه Objective Europa متعلق به کریستین فون بنگستون است. Bengston در حال حاضر در حال اجرای یک کمپین جمع سپاری برای جمع آوری بودجه برای این پروژه است. خود زیردریایی به مدرن ترین فناوری ها مجهز خواهد شد. یک مته فوق العاده قدرتمند، موتورهای کششی چند بعدی، نورافکن های قدرتمند و احتمالاً یک جفت بازوی رباتیک چند منظوره وجود خواهد داشت. این زیردریایی، مانند فضاپیمایی که آن را به اروپا خواهد برد، به حفاظت پرتوهای قدرتمندی نیاز دارد.

انتخاب محل فرود بسیار مهم خواهد بود. ضخامت یخ اروپا تقریباً در تمام سطح آن چندین کیلومتر است، بنابراین بهتر است دستگاه را در کنار گسل ها و شکاف ها فرود بیاورید، جایی که پوسته یخی چندان قوی و ضخیم نیست. این پروژه البته سوالات زیادی از جمله مسائل اخلاقی را ایجاد می کند.

در سال 2011، ایالات متحده عملیات مجموعه سیستم حمل و نقل فضایی را با شاتل فضایی قابل استفاده مجدد متوقف کرد، در نتیجه کشتی های روسی خانواده سایوز تنها وسیله انتقال فضانوردان به ایستگاه فضایی بین المللی شدند. طی چند سال آینده این وضعیت ادامه خواهد داشت و پس از آن نیز انتظار می رود کشتی های جدیدی ظاهر شوند که بتوانند با سایوز رقابت کنند. تحولات جدیدی در زمینه پرواز فضایی سرنشین دار هم در کشور ما و هم در خارج از کشور در حال ایجاد است.

فدراسیون روسیه"

طی دهه‌های گذشته، صنعت فضایی روسیه تلاش‌های زیادی برای ایجاد یک فضاپیمای سرنشین دار امیدوارکننده برای جایگزینی سایوز انجام داده است. با این حال، این پروژه ها هنوز به نتایج مورد انتظار منجر نشده اند. جدیدترین و امیدوارکننده ترین تلاش برای جایگزینی سایوز، پروژه فدراسیون است که ساخت یک سیستم قابل استفاده مجدد را در نسخه های سرنشین دار و باری پیشنهاد می کند.

مدل های کشتی "فدراسیون". عکس: Wikimedia Commons

در سال 2009، شرکت فضایی و موشکی Energia سفارش طراحی یک فضاپیما را به نام "سیستم حمل و نقل سرنشین دار پیشرفته" دریافت کرد. نام "فدراسیون" تنها چند سال بعد ظاهر شد. تا همین اواخر، RSC Energia در حال توسعه اسناد مورد نیاز بود. ساخت اولین کشتی از نوع جدید در مارس سال گذشته آغاز شد. به زودی نمونه تمام شده آزمایش در غرفه ها و زمین های آزمایش را آغاز خواهد کرد.

طبق آخرین برنامه های اعلام شده، اولین پرواز فضایی فدراسیون در سال 2022 انجام می شود و کشتی محموله را به مدار می فرستد. اولین پرواز با خدمه برای سال 2024 برنامه ریزی شده است. پس از انجام بررسی های لازم، کشتی قادر به انجام ماموریت های جسورانه تری خواهد بود. بنابراین، در نیمه دوم دهه آینده، پروازهای بدون سرنشین و بدون سرنشین ماه ممکن است انجام شود.

این کشتی متشکل از یک کابین بار و مسافر قابل استفاده مجدد و یک محفظه موتور یکبار مصرف، می تواند وزنی بین 17 تا 19 تن داشته باشد و بسته به اهداف و محموله آن، قادر به حمل تا شش فضانورد یا 2 تن محموله. هنگام بازگشت، ماژول فرود می تواند تا 500 کیلوگرم بار داشته باشد. مشخص است که چندین نسخه از کشتی برای حل مشکلات مختلف در حال توسعه است. با داشتن پیکربندی مناسب، فدراسیون می‌تواند افراد یا محموله‌ها را به ایستگاه فضایی بین‌المللی بفرستد یا به طور مستقل در مدار فعالیت کند. همچنین انتظار می رود از این کشتی در پروازهای آینده به ماه نیز استفاده شود.

صنعت فضایی آمریکا که چندین سال پیش بدون شاتل رها شده بود، امید زیادی به پروژه امیدوارکننده Orion دارد که توسعه ایده های برنامه بسته Constellation است. چندین سازمان برجسته آمریکایی و خارجی در توسعه این پروژه مشارکت داشته اند. بنابراین، آژانس فضایی اروپا مسئول ایجاد محفظه مونتاژ است و ایرباس چنین محصولاتی را خواهد ساخت. علم و صنعت آمریکا توسط ناسا و لاکهید مارتین نمایندگی می شود.

مدل کشتی Orion. عکس از ناسا

پروژه Orion به شکل فعلی در سال 2011 راه اندازی شد. در این زمان، ناسا برخی از کارهای برنامه صورت فلکی را به پایان رسانده بود، اما باید رها می شد. تحولات خاصی از این پروژه به پروژه جدید منتقل شد. قبلاً در 5 دسامبر 2014 ، متخصصان آمریکایی موفق شدند اولین پرتاب آزمایشی یک کشتی امیدوار کننده را در پیکربندی بدون سرنشین انجام دهند. هنوز راه اندازی جدیدی وجود نداشته است. طبق برنامه ریزی های تعیین شده، نویسندگان پروژه باید کارهای لازم را انجام دهند و تنها پس از آن می توان مرحله جدیدی از آزمایش را آغاز کرد.

طبق برنامه ریزی های فعلی، پرواز جدید فضاپیمای Orion در پیکربندی کامیون فضایی تنها در سال 2019 و پس از ظهور وسیله پرتاب Space Launch System انجام می شود. نسخه بدون سرنشین این کشتی باید با ایستگاه فضایی بین المللی کار کند و همچنین در اطراف ماه پرواز کند. از سال 2023، فضانوردان در عرشه Orions حضور خواهند داشت. پروازهای سرنشین دار طولانی مدت، از جمله پروازهای ماه، برای نیمه دوم دهه آینده برنامه ریزی شده است. در آینده امکان استفاده از سیستم Orion در برنامه مریخ منتفی نیست.

این کشتی با حداکثر وزن پرتاب 25.85 تن دارای یک محفظه مهر و موم شده با حجم کمی کمتر از 9 متر مکعب است که به آن امکان می دهد محموله یا افراد نسبتاً بزرگی را حمل کند. انتقال حداکثر شش نفر به مدار زمین امکان پذیر خواهد بود. خدمه "قمری" به چهار فضانورد محدود خواهد شد. اصلاح محموله کشتی تا 2-2.5 تن را با امکان بازگرداندن ایمن توده کوچکتر بلند می کند.

CST-100 Starliner

به عنوان جایگزینی برای فضاپیمای Orion، CST-100 Starliner که توسط بوئینگ به عنوان بخشی از برنامه قابلیت حمل و نقل تجاری خدمه ناسا توسعه یافته است، می تواند در نظر گرفته شود. این پروژه شامل ایجاد یک فضاپیمای سرنشین دار است که قادر است چندین نفر را به مدار برساند و به زمین بازگردد. با توجه به تعدادی از ویژگی های طراحی، از جمله موارد مربوط به استفاده یک بار از تجهیزات، برنامه ریزی شده است که کشتی به طور همزمان به هفت صندلی برای فضانوردان مجهز شود.

CST-100 در مدار، تا کنون تنها در تخیل هنرمند. نقاشی ناسا

Starliner از سال 2010 توسط Boeing و Bigelow Aerospace ساخته شده است. این طراحی چندین سال به طول انجامید و اولین پرتاب کشتی جدید در اواسط این دهه انتظار می رفت. با این حال، به دلیل برخی مشکلات، پرتاب آزمایشی چندین بار به تعویق افتاد. بر اساس تصمیم اخیر ناسا، اولین پرتاب فضاپیمای CST-100 با محموله در هواپیما باید در ماه اوت سال جاری انجام شود. علاوه بر این، بوئینگ مجوز انجام یک پرواز سرنشین دار را در ماه نوامبر دریافت کرد. ظاهراً این کشتی امیدوارکننده در آینده بسیار نزدیک آماده آزمایش خواهد بود و دیگر نیازی به تغییرات جدید در برنامه نیست.

استارلاینر با سایر پروژه های فضاپیمای سرنشین دار امیدوار کننده طراحی آمریکایی و خارجی در اهداف ساده تر خود متفاوت است. همانطور که سازندگان تصور می کنند، این کشتی باید افراد را به ایستگاه فضایی بین المللی یا ایستگاه های امیدوارکننده دیگری که در حال حاضر در حال توسعه هستند تحویل دهد. پروازهای فراتر از مدار زمین برنامه ریزی نشده است. همه اینها الزامات کشتی را کاهش می دهد و در نتیجه امکان دستیابی به صرفه جویی قابل توجه را فراهم می کند. هزینه های کمتر پروژه و کاهش هزینه های حمل و نقل فضانوردان می تواند یک مزیت رقابتی خوب باشد.

یکی از ویژگی های کشتی CST-100 اندازه نسبتا بزرگ آن است. قطر کپسول قابل سکونت کمی بیش از 4.5 متر و طول کل کشتی از 5 متر بیشتر خواهد شد و جرم کل آن 13 تن خواهد بود.لازم به ذکر است که برای بدست آوردن حداکثر حجم داخلی از ابعاد بزرگ استفاده خواهد شد. یک محفظه مهر و موم شده با حجم 11 متر مکعب برای قرار دادن تجهیزات و افراد ساخته شده است. امکان نصب هفت صندلی برای فضانوردان وجود خواهد داشت. در این راستا، کشتی استارلاینر - در صورت موفقیت در عملیات - می تواند به یکی از رهبران تبدیل شود.

Dragon V2

چند روز پیش، ناسا زمان پروازهای آزمایشی جدید فضاپیماها از اسپیس ایکس را نیز مشخص کرد. بنابراین، اولین پرتاب آزمایشی یک فضاپیمای سرنشین دار از نوع Dragon V2 برای دسامبر 2018 برنامه ریزی شده است. این محصول یک نسخه بازطراحی شده از "کامیون Dragon" است که از قبل استفاده شده است و قادر به حمل و نقل افراد است. توسعه این پروژه مدت ها پیش آغاز شد، اما اکنون به آزمایش نزدیک می شود.

زمان ارائه دی جی طرح بندی کشتی Dragon V2. عکس از ناسا

پروژه Dragon V2 شامل استفاده از محفظه بار بازطراحی شده است که برای حمل و نقل افراد مناسب شده است. بسته به نیاز مشتری، گفته می شود که چنین کشتی می تواند تا هفت نفر را به مدار زمین برساند. دراگون جدید مانند نسل قبلی خود قابل استفاده مجدد خواهد بود و پس از تعمیرات جزئی قادر به پروازهای جدید خواهد بود. این پروژه در چند سال گذشته در حال توسعه بوده است، اما هنوز آزمایش آن آغاز نشده است. تا آگوست 2018 که اسپیس ایکس برای اولین بار Dragon V2 را به فضا پرتاب خواهد کرد. این پرواز بدون حضور فضانوردان انجام خواهد شد. یک پرواز سرنشین دار تمام عیار، مطابق با دستورالعمل های ناسا، برای ماه دسامبر برنامه ریزی شده است.

اسپیس ایکس به خاطر برنامه های جسورانه اش برای هر پروژه امیدوارکننده ای شناخته شده است و فضاپیمای سرنشین دار نیز از این قاعده مستثنی نیست. در ابتدا، Dragon V2 فقط برای ارسال افراد به ISS در نظر گرفته شده است. همچنین امکان استفاده از چنین کشتی در ماموریت های مداری مستقل تا چند روز وجود دارد. در آینده ای دور، قرار است یک کشتی به ماه بفرستد. علاوه بر این، آنها می خواهند با کمک آن یک "مسیر" جدید گردشگری فضایی را سازماندهی کنند: وسایل نقلیه با مسافران به صورت تجاری در اطراف ماه پرواز می کنند. با این حال، همه اینها هنوز به آینده ای دور مربوط می شود و خود کشتی حتی زمان لازم برای گذراندن تمام آزمایشات لازم را نداشته است.

کشتی Dragon V2 با اندازه متوسط ​​دارای یک محفظه تحت فشار با حجم 10 متر مکعب و یک محفظه 14 متر مکعبی بدون فشار است. به گفته این شرکت توسعه، می تواند کمی بیش از 3.3 تن محموله را به ایستگاه فضایی بین المللی تحویل دهد و 2.5 تن را به زمین بازگرداند.در پیکربندی سرنشین دار، نصب هفت صندلی در کابین پیشنهاد شده است. بنابراین، "اژدها" جدید حداقل می تواند از نظر ظرفیت حمل از رقبای خود پایین تر نباشد. برای به دست آوردن مزایای اقتصادی از طریق استفاده مجدد پیشنهاد شده است.

سفینه فضایی هند

به همراه کشورهای پیشرو در صنعت فضایی، سایر کشورها نیز در تلاش هستند تا نسخه های خود را از فضاپیمای سرنشین دار ایجاد کنند. بنابراین، در آینده نزدیک اولین پرواز یک فضاپیمای امیدوارکننده هندی با فضانوردان ممکن است انجام شود. سازمان تحقیقات فضایی هند (ISRO) از سال 2006 روی پروژه فضاپیمای خود کار می کند و قبلاً برخی از کارهای مورد نیاز را تکمیل کرده است. به دلایلی، این پروژه هنوز نامگذاری کامل را دریافت نکرده است و هنوز به عنوان "سفینه فضایی از ISRO" شناخته می شود.

یک کشتی امیدوار کننده هندی و حامل آن. تصویر Timesofindia.indiatimes.com

بر اساس داده های شناخته شده، پروژه جدید ISRO شامل ساخت یک وسیله نقلیه سرنشین دار نسبتا ساده، جمع و جور و سبک، شبیه به اولین کشتی های کشورهای خارجی است. به ویژه، شباهت خاصی با فناوری آمریکایی خانواده مرکوری وجود دارد. برخی از کارهای طراحی چندین سال پیش به پایان رسید و در 18 دسامبر 2014 اولین پرتاب کشتی با محموله بالاست انجام شد. مشخص نیست که فضاپیمای جدید چه زمانی اولین فضانوردان را به مدار خواهد رساند. زمان این رویداد چندین بار تغییر کرده است و تاکنون هیچ اطلاعاتی در این مورد وجود ندارد.

پروژه ISRO ساخت یک کپسول با وزن بیش از 3.7 تن با حجم داخلی چند متر مکعب را پیشنهاد می کند. با کمک آن، برنامه ریزی شده است که سه فضانورد را به مدار برساند. اعلام خودمختاری در سطح یک هفته. اولین ماموریت های کشتی شامل قرار گرفتن در مدار، مانور و غیره خواهد بود. در آینده، دانشمندان هندی در حال برنامه ریزی پرتاب های جفتی با نشست و پهلوگیری کشتی ها هستند. با این حال، این هنوز راه درازی است.

پس از تسلط بر پروازها به مدار نزدیک زمین، سازمان تحقیقات فضایی هند قصد دارد چندین پروژه جدید ایجاد کند. برنامه ها شامل ایجاد نسل جدیدی از فضاپیماهای قابل استفاده مجدد و همچنین پروازهای سرنشین دار به ماه است که احتمالاً با همکاری همکاران خارجی انجام خواهد شد.

پروژه ها و چشم اندازها

فضاپیمای سرنشین دار امیدوارکننده اکنون در چندین کشور ساخته می شود. در عین حال، ما در مورد پیش نیازهای مختلف برای ظاهر کشتی های جدید صحبت می کنیم. بنابراین، هند قصد دارد اولین پروژه خود را توسعه دهد، روسیه قرار است جایگزین سایوز موجود شود و ایالات متحده به کشتی های داخلی با توانایی حمل و نقل مردم نیاز دارد. در مورد دوم، مشکل به قدری آشکار خود را نشان می دهد که ناسا مجبور می شود چندین پروژه فناوری فضایی امیدوارکننده را به طور همزمان توسعه دهد یا از آن پشتیبانی کند.

با وجود پیش نیازهای مختلف برای ایجاد، پروژه های امیدوار کننده تقریبا همیشه اهداف مشابهی دارند. همه قدرت های فضایی قرار است فضاپیمای سرنشین دار جدید خود را که حداقل برای پروازهای مداری مناسب است، به بهره برداری برسانند. در عین حال، اکثر پروژه های فعلی با در نظر گرفتن دستیابی به اهداف جدید ایجاد می شوند. پس از تغییرات خاصی، برخی از کشتی های جدید باید از مدار خارج شده و حداقل به ماه بروند.

جالب است که بسیاری از اولین راه اندازی های فناوری جدید برای همان دوره برنامه ریزی شده اند. از پایان دهه جاری تا اواسط دهه بیست، چندین کشور قصد دارند آخرین تحولات خود را در عمل آزمایش کنند. در صورت حصول نتایج مطلوب، صنعت فضایی تا پایان دهه آینده تغییرات قابل توجهی خواهد داشت. علاوه بر این، به لطف آینده نگری توسعه دهندگان فناوری جدید، فضانوردان این فرصت را خواهند داشت که نه تنها در مدار زمین کار کنند، بلکه به ماه پرواز کنند یا حتی برای ماموریت های جسورانه تر آماده شوند.

پروژه های امیدوارکننده فضاپیمای سرنشین دار ایجاد شده در کشورهای مختلف هنوز به مرحله آزمایش کامل و پرواز با خدمه نرسیده است. با این حال، چندین پرتاب از این دست در سال جاری انجام خواهد شد و این گونه پروازها در آینده نیز ادامه خواهد داشت. توسعه صنعت فضایی همچنان ادامه دارد و نتایج مطلوب را به همراه دارد.

بر اساس مطالب سایت ها:
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://energia.ru/
http://space.com/
https://roscosmos.ru/
https://nasa.gov/
http://boeing.com/
http://spacex.com/
http://hindustantimes.com/