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

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

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

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

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

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

Koniec programu księżycowego

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

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

Lądowanie na asteroidzie

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

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

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

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

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

Lądowanie na satelicie Marsa

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

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

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

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

Wróć na Księżyc

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

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

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

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

Stała baza księżycowa

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

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

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

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

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

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

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

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

Woda na Księżycu

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

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

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

Średniowiecze

(2030–2070)

Lot na Marsa

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

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

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

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

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

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

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

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

Terraformować Marsa?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Korzysci ekonomiczne?

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

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

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

Turystyka kosmiczna

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

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

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

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

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

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

Ciemne konie

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Daleka przyszłość

(2070–2100)

Kosmiczna winda

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Statki kosmiczne

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

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

Zaproponowano kilka projektów i zasad ruchu pojazdów międzygwiezdnych. Ten:

Żagiel słoneczny;

Rakieta nuklearna;

Rakieta z silnikiem termojądrowym odrzutowym;

Nanostatki.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Rakieta nuklearna

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

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

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

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

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

Silnik termojądrowy o bezpośrednim przepływie

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

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

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

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

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

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

Rakiety z antymaterią

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Nanostatki

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Exodus z Ziemi?

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

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

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

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

Uwagi:

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

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

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

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

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

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

A niektórzy z nich są przesłuchiwani. - Około. uliczka

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Planetolodzy wyznaczyli priorytety w badaniu Układu Słonecznego.

Książki o Układzie Słonecznym opublikowane przed 1957 rokiem często wywołują u osób urodzonych w epoce eksploracji kosmosu szok. Jak niewiele starsze pokolenie wiedziało, nie mając nawet pojęcia o ogromnych wulkanach i kanionach Marsa, w porównaniu z którym Mount Everest wydaje się leśnym mrowiskiem, a Wielki Kanion przypomina przydrożny rów. Być może wcześniej wierzono, że pod chmurami Wenus może znajdować się luksusowa wilgotna dżungla, niekończąca się sucha pustynia, wrzący ocean lub ogromne bagna smołowe - wszystko, ale nie to, co w rzeczywistości okazało się: ogromne pola wulkaniczne - sceny Zalew zamarzniętej magmy Noego. Wygląd Saturna wydawał się wcześniej nudny: dwa niewyraźne pierścienie, dziś możemy podziwiać setki i tysiące eleganckich pierścieni. Satelity gigantycznych planet były plamami, a nie fantastycznymi krajobrazami z jeziorami metanowymi i gejzerami pyłowymi.

W tamtych latach wszystkie planety wyglądały jak małe wyspy światła, a Ziemia wydawała się znacznie większa niż obecnie. Nikt nigdy nie widział naszej planety z zewnątrz: błękitnego marmuru na czarnym aksamicie, pokrytego cienką warstwą wody i powietrza. Nikt nie wiedział, że Księżyc zawdzięcza swoje narodziny uderzeniu i że w tym samym czasie nastąpiła śmierć dinozaurów. Nikt w pełni nie rozumiał, w jaki sposób ludzkość może całkowicie zmienić środowisko całej planety. Ponadto epoka kosmiczna wzbogaciła nas o wiedzę o naturze i otworzyła nowe perspektywy.

Od czasu wystrzelenia Sputnika eksploracja planet miała kilka wzlotów i upadków. Na przykład w latach 80. praca prawie ustała. Dziś dziesiątki sond z różnych krajów wędrują po Układzie Słonecznym - od Merkurego po Plutona. Ale budżet jest cięty, wydatki rosną i nie zawsze prowadzą do pożądanego rezultatu, co rzuca cień na NASA. Agencja przeżywa obecnie trudny okres w swojej historii, odkąd Nixon zakończył program Apollo 35 lat temu.

„Specjaliści NASA w dalszym ciągu poszukują priorytetowych obszarów badań” – mówi Anthony Janetos ( Antoni Janetos) z Pacific Northwest National Laboratory, członka Narodowej Rady ds. Badań Naukowych (NRC), która nadzoruje program obserwacji Ziemi NASA. -Czy badają kosmos? Czy badają człowieka, czy zajmują się czystą nauką? Czy pędzą w stronę galaktyk, czy ograniczają się do Układu Słonecznego? Czy interesują ich promy i stacje kosmiczne, czy po prostu natura naszej planety?”

W zasadzie taki rozwój wydarzeń powinien przynieść owoce. Należy ożywić nie tylko programy sond robotycznych, ale także załogowe loty kosmiczne. Prezydent George W. Bush postawił sobie za cel w 2004 roku postawienie stopy na Księżycu i Marsie. Pomimo kontrowersji związanych z tym pomysłem, NASA chwyciła się go. Trudność polegała jednak na tym, że szybko stało się to zadaniem pozbawionym środków finansowych, co zmusiło agencję do przełamania muru, który tradycyjnie „chroni” naukę i programy załogowe przed przekroczeniem kosztów. „Myślę, że wszyscy wiedzą, że agencja nie ma dość pieniędzy, aby wykonać całą niezbędną pracę” – mówi Bill Claybaugh ( Billa Claybaugha), dyrektor działu badań i analiz NASA. „Pieniądze nie spadają jak złoto na agencje kosmiczne innych krajów”.

NRC czasami cofa się o krok i zastanawia się, jak radzą sobie nauki planetarne na całym świecie. Dlatego też przedstawiamy listę celów priorytetowych.

1. Monitoring klimatu Ziemi

W 2005 roku panel Krajowej Rady ds. Badań Naukowych stwierdził: „istnieje ryzyko, że ekologiczny system satelitarny zawiedzie”. Od tego czasu sytuacja się zmieniła. W ciągu pięciu lat NASA przekazała 600 milionów dolarów z projektów eksploracji Ziemi na wsparcie programów promu i stacji kosmicznej. Jednocześnie prace nad nowym krajowym systemem satelitów obserwacyjnych Ziemi krążących po orbicie polarnej przekroczyły budżet i należy je obciąć. Dotyczy to instrumentów badających globalne ocieplenie, mierzących promieniowanie słoneczne padające na Ziemię i promienie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi.

W rezultacie ponad 20 satelitów Systemu Obserwacji Ziemi przestanie działać, zanim jeszcze pojawią się nowe urządzenia, które je zastąpią. Naukowcy i inżynierowie mają nadzieję, że uda im się utrzymać je w dobrym stanie przez jakiś czas. „Jesteśmy gotowi do pracy, ale teraz potrzebujemy planu” – mówi Robert Cahalan ( Roberta Cahalana), szef Wydziału Klimatu i Promieniowania w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA. „Nie możesz czekać, aż się zepsują”.

Jeśli satelity przestaną działać przed przybyciem zamienników, pojawi się luka w danych, która utrudni śledzenie zmian. Na przykład, jeśli następna generacja urządzeń zauważy, że Słońce stało się jaśniejsze, trudno będzie zrozumieć, czy rzeczywiście tak jest, czy też instrumenty są nieprawidłowo skalibrowane. Dopóki nie będą prowadzone ciągłe obserwacje satelitarne, problemu tego nie da się rozwiązać. Obserwacje powierzchni Ziemi z satelitów Landsat prowadzone od 1972 r. zostały przerwane na kilka lat, a Departament Rolnictwa USA zmuszony jest kupować dane z indyjskich satelitów w celu monitorowania upraw.

NRC wzywa do przywrócenia finansowania i wystrzelenia w ciągu następnej dekady 17 nowych statków kosmicznych monitorujących pokrywę lodową i dwutlenek węgla, aby zbadać, w jaki sposób te czynniki wpływają na pogodę i ulepszyć metody prognozowania. Niestety badania klimatyczne wplątane są pomiędzy rutynową obserwację pogody (zadanie NOAA) a naukę (zadanie NASA). „Głównym problemem jest to, że nikomu nie powierzono zadania monitorowania klimatu” – mówi klimatolog Drew Schindel ( Drew Shindell) z Centrum Badań Kosmicznych Goddarda należącego do NASA. Podobnie jak wielu innych naukowców uważa, że ​​rządowe programy klimatyczne, rozdzielone pomiędzy różne departamenty, należy zebrać i przenieść do jednego departamentu, który zajmie się wyłącznie tą tematyką.

Plan działania

• Sfinansowanie 17 nowych satelitów zaproponowanych przez NASA w następnej dekadzie (koszt: około 500 milionów dolarów rocznie).
• Utworzenie biura badań klimatycznych.

2. Przygotowanie ochrony przed asteroidami

Zagrożenie asteroidami

Asteroidy o średnicy 10 km (zabójcy dinozaurów) spadają na Ziemię średnio raz na 100 milionów lat. Asteroidy o średnicy około 1 km (globalne niszczyciele) - raz na pół miliona lat. Asteroidy o wielkości 50 m, które mogą zniszczyć miasto, zdarzają się raz na tysiąclecie.

W ramach Space Defense Survey zidentyfikowano ciała o wielkości ponad 700 km, ale żadne z nich nie będzie dla nas niebezpieczne w nadchodzących stuleciach. Jednak to badanie będzie w stanie wykryć nie więcej niż 75% takich asteroid.

Szansa, że ​​wśród niewykrytych 25% znajdzie się asteroida, która spadnie na Ziemię, jest niewielka. Średnie ryzyko wynosi do 1 tys. zgonów rocznie. Ryzyko związane z mniejszymi asteroidami wynosi średnio do 100 osób rocznie.

Asteroida jest tak ogromna, a sonda kosmiczna tak mała... ale daj jej czas, a nawet słaba rakieta będzie w stanie wypchnąć gigantyczną skałę z jej niebezpiecznej orbity

Podobnie jak monitorowanie klimatu, ochrona planety przed asteroidami wydaje się być uwięziona między dwoma stołkami. Ani NASA, ani Europejska Agencja Kosmiczna ( Europejska Agencja Kosmiczna, ESA) nie mają mandatu do ratowania ludzkości. Najlepszą rzeczą, jaką zrobili, był program Survey for Space Defense ( Badanie Straży Kosmicznej, NASA) z budżetem 4 milionów dolarów rocznie na poszukiwanie w przestrzeni blisko Ziemi ciał o średnicy większej niż 1 km, które mogą wyrządzić szkody nie tylko dowolnemu regionowi planety, ale także całej Ziemi . Na razie jednak nikt nie prowadzi systematycznych poszukiwań mniejszych „regionalnych niszczycieli”, których w pobliżu Ziemi powinno być około 20 tysięcy. Nie ma też Dyrekcji ds. Zagrożeń Kosmicznych, która w razie potrzeby podniosłaby alarm. Gdyby istniała technologia zabezpieczeń, zapewnienie ochrony przed niebezpiecznym włamaniem zajęłoby co najmniej 15 lat. „W USA nie ma obecnie kompleksowego planu” – mówi Larry Lemke ( Larry'ego Lemke'a), inżynier w Aimson Center NASA.

W odpowiedzi na prośbę Kongresu z marca 2007 roku NASA opublikowała raport stwierdzający, że wykrywanie ciał o rozmiarach od 100 do 1000 m można powierzyć Large Survey Telescope (Large Survey Telescope) ( Duży teleskop sinoptyczny, LSST), opracowany do badania nieba i poszukiwania nowych obiektów. Twórcy projektu uważają, że w formie, w jakiej teleskop został pomyślany, będzie w stanie wykryć 80% tych ciał w ciągu 10 lat pracy (2014-2024). Dzięki dodatkowym 100 milionom dolarów zainwestowanym w projekt wydajność może wzrosnąć do 90%.

Podobnie jak w przypadku wszystkich instrumentów naziemnych, możliwości teleskopu LSST są ograniczone. Po pierwsze, ma martwy punkt: najniebezpieczniejsze obiekty poruszające się w pobliżu orbity Ziemi nieco przed lub za naszą planetą może obserwować jedynie w promieniach porannego lub wieczornego świtu, kiedy promienie słoneczne utrudniają ich wykrycie. Po drugie, teleskop ten może określić masę asteroidy tylko pośrednio - na podstawie jej jasności. W tym przypadku oszacowanie masy może różnić się o połowę: dużą ciemną asteroidę można pomylić z małą, ale jasną. „To rozróżnienie może być bardzo ważne, jeśli potrzebujemy ochrony” – mówi Claybaugh.

Aby rozwiązać te problemy, NASA zdecydowała się zbudować warty 500 milionów dolarów kosmiczny teleskop na podczerwień i umieścić go na orbicie wokół Słońca. Będzie w stanie wykryć każde zagrożenie dla Ziemi i obserwując ciała niebieskie na różnych długościach fal, określić ich masę z błędem nie większym niż 20%. „Jeśli chcesz zrobić to dobrze, musisz obserwować podczerwień z kosmosu” – mówi Donald Yeomans ( Donalda Yeomansa) z Laboratorium Napędów Odrzutowych, współautor raportu.

Co zrobić, jeśli asteroida zbliża się już do naszej planety? Ogólna zasada jest taka, że ​​aby odbić asteroidę o promień Ziemi, należy zmienić jej prędkość dziesięć lat przed uderzeniem o milimetr na sekundę, odpychając ją eksplozją nuklearną lub odciągając ją z powrotem dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu.

W 2004 roku Komisja NASA ds. Wypraw do Obiektów Blisko Ziemi zaleciła przeprowadzenie testów. Według wartego 400 milionów dolarów projektu Don Kichot ma on zmienić trajektorię poprzez uderzenie w czterostukilogramową przeszkodę. Uwolnienie materiału po zderzeniu w wyniku efektu reakcji przesunie kierunek asteroidy, ale nikt nie wie, jak silny będzie ten efekt. Ustalenie tego jest głównym zadaniem projektu. Naukowcy muszą znaleźć ciało na tak odległej orbicie, aby uderzenie nie umieściło go przypadkowo na kursie kolizyjnym z Ziemią.

Wiosną 2008 roku ESA ukończyła wstępny projekt i od razu odłożyła go na półkę z powodu braku pieniędzy. Aby zrealizować swoje plany, będzie próbowała połączyć siły z NASA i/lub Japońską Agencją Kosmiczną ( Japońska Agencja Badań Kosmicznych, JAXA).

Plan działania

• Zaawansowane wyszukiwanie asteroid, w tym małych ciał, prawdopodobnie przy użyciu dedykowanego kosmicznego teleskopu na podczerwień.
• Eksperyment dotyczący kontrolowanego odchylenia asteroidy.
• Opracowanie formalnego systemu oceny potencjalnych zagrożeń.

3. Szukaj nowego życia

Przed wystrzeleniem satelity naukowcy uważali Układ Słoneczny za prawdziwy raj. Potem optymizm opadł. Okazało się, że siostra Ziemi to prawdziwe piekło. Zbliżając się do pyłowego Marsa, Marynarze odkryli, że jego pokryty kraterami krajobraz przypomina Księżyc; Siedząc na jego powierzchni, Wikingowie nie mogli znaleźć ani jednej cząsteczki organicznej. Ale później odkryto miejsca nadające się do życia. Mars nadal jest obiecujący. Wydaje się, że księżyce planet, zwłaszcza Europa i Enceladus, posiadają duże morza podpowierzchniowe i ogromne ilości surowca potrzebnego do powstania życia. Nawet Wenus mogła być kiedyś pokryta oceanem. Na Marsie NASA nie szuka samych organizmów, ale śladów ich istnienia w przeszłości lub teraźniejszości, koncentrując się na obecności wody. Najnowsza sonda Phoenix, wystrzelona w sierpniu, ma wylądować w niezbadanym północnym regionie polarnym w 2008 roku. To nie jest łazik, ale stacjonarne urządzenie z manipulatorem, które może wkopać się w ziemię na głębokość kilku centymetrów w poszukiwaniu pokładów lodu. Mars Science Laboratory również przygotowuje się do lotu ( Laboratorium Nauki o Marsie, MSL) to warty 1,5 miliarda dolarów łazik marsjański wielkości samochodu, który ma wystartować pod koniec 2009 roku i wylądować rok później.

Stopniowo jednak naukowcy powrócą do bezpośrednich poszukiwań żywych organizmów lub ich szczątków. ESA planuje wystrzelenie sondy ExoMars w 2013 roku ( ExoMars), wyposażony w to samo laboratorium co Wikingowie i wiertło zdolne do zagłębienia się w ziemię na głębokość 2 m - wystarczającą do dotarcia do warstw, w których związki organiczne nie ulegają zniszczeniu.

Wielu planetologów uważa za priorytet badanie skał przywiezionych z Marsa na Ziemię. Przeanalizowanie nawet niewielkiej ich ilości umożliwi wniknięcie głęboko w historię planety, tak jak zrobił to program Apollo w przypadku Księżyca. Problemy budżetowe NASA przesunęły wielomiliardowy projekt na rok 2024, ale agencja rozpoczęła już modernizację MSL, aby móc zachować próbki z kolekcji.

W przypadku księżyca Jowisza Europa naukowcy chcieliby także posiadać orbiter, który umożliwiłby pomiar reakcji kształtu i pola grawitacyjnego Księżyca na wpływy pływowe Jowisza. Jeśli wewnątrz satelity znajduje się ciecz, jego powierzchnia będzie podnosić się i opadać o 30 m, a jeśli nie, to tylko o 1 m. Magnetometr i radar pomogą zajrzeć pod powierzchnię i być może poczuć ocean, a kamery pomogą w mapowaniu powierzchnia w przygotowaniu do lądowania i wiercenia.

Naturalnym przedłużeniem prac Cassini w pobliżu Tytana byłby orbiter i lądownik. Atmosfera Tytana jest podobna do ziemskiej, co pozwala na użycie balonu na ogrzane powietrze, który czasami może zejść na powierzchnię i pobrać próbki. Celem tego wszystkiego, mówi Jonathan Lunin ( Jonathana Lunina) z Uniwersytetu w Arizonie „przeanalizuje substancje organiczne na powierzchni, aby sprawdzić, czy nastąpił postęp w samoorganizacji substancji, która według wielu ekspertów zapoczątkowała życie na Ziemi”.

W styczniu 2007 roku NASA rozpoczęła przegląd tych projektów. Agencja planuje dokonać wyboru między Europą a Tytanem w 2008 roku. Sonda o wartości 2 miliardów dolarów może zostać uruchomiona w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Drugie ciało niebieskie będzie musiało poczekać kolejne dziesięć lat.

W końcu może się okazać, że życie ziemskie jest wyjątkowe. Byłoby to smutne, ale nie oznaczałoby, że wszystkie wysiłki poszły na marne. Według Bruce’a Jakoskiego ( Bruce’a Jacosky’ego), dyrektor Centrum Astrobiologii na Uniwersytecie w Kolorado, astrobiologia pozwala nam zrozumieć, jak różnorodne może być życie, jakie są jego przesłanki i jak powstało na naszej planecie 4 miliardy lat temu.

Plan działania

• Pobieranie próbek marsjańskiej gleby.
• Przygotowanie do eksploracji Europy i Tytana.

4. Wskazówka dotycząca pochodzenia planet

Podobnie jak powstanie życia, powstawanie planet było złożonym, wieloetapowym procesem. Jowisz był pierwszy, a potem rządził pozostałymi. Jak długo trwała ta edukacja? A może powstało w wyniku pojedynczego kompresji grawitacyjnej, jak mała gwiazda? Czy powstał daleko od Słońca, a następnie zbliżył się do niego, o czym świadczy anomalnie wysoka zawartość ciężkich pierwiastków? I czy mógłby jednocześnie popychać na swojej drodze małe planety? W odpowiedzi na te pytania powinien pomóc satelita Juno Jowisza, którego wystrzelenie NASA planuje w 2011 roku.

W zrozumieniu powstawania planet pomogłoby także rozwinięcie idei sondy Stardust, która w 2006 roku dostarczyła próbki pyłu ze śpiączki otaczającej stałe jądro komety. Według lidera projektu Donalda Brownlee ( Donalda Brownlee) z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, badanie Stardust wykazało, że komety były kolosalnymi kolektorami materiału mgławicy protosłonecznej na początku formowania się Układu Słonecznego, który został zamrożony w lód i zachowany do dziś. „Gwiezdny pył przywiózł niezwykłe ziarna pyłu z wewnętrznego Układu Słonecznego, ze źródeł pozasłonecznych i najwyraźniej nawet ze zniszczonych obiektów takich jak Pluton, ale jest ich bardzo niewiele”. JAXA planuje pozyskać próbki z jąder komet.

Księżyc może stać się także platformą do badań astroarcheologicznych. Był to swego rodzaju Kamień z Rosetty pozwalający zrozumieć historię uderzeń w młodym Układzie Słonecznym, gdyż pomógł powiązać względny wiek powierzchni, określony na podstawie zliczania kraterów, z datowaniem bezwzględnym próbek przywiezionych przez Apolla i rosyjską Lunę. Ale w latach 60. lądowniki odwiedziły tylko kilka miejsc. Nie dotarli do krateru Aitken, basenu wielkości kontynentu po drugiej stronie, którego wiek może wskazywać, kiedy zakończyło się formowanie planet. NASA rozważa obecnie wysłanie tam robota, który pobierze próbki i sprowadzi je z powrotem na Ziemię.

Kolejną zagadką Układu Słonecznego jest to, że asteroidy z Pasa Głównego powstały prawdopodobnie przed Marsem, który z kolei powstał przed Ziemią. Wygląda na to, że fala formowania się planet zmierzała do wewnątrz, prawdopodobnie wywołana przez Jowisza. Ale czy Wenus pasuje do tego wzoru? W końcu ta planeta, z jej kwaśnymi chmurami, ogromnym ciśnieniem i piekielnymi temperaturami, nie jest najprzyjemniejszym miejscem do lądowania. W 2004 r. NRC zaleciło wypuszczenie balonu, który mógłby na krótko opaść na powierzchnię, pobrać próbki, a następnie osiągnąć wysokość niezbędną do ich analizy lub wysłania z powrotem na Ziemię. W połowie lat 80. Związek Radziecki wysłał już statek kosmiczny na Wenus, a teraz Rosyjska Agencja Kosmiczna planuje wystrzelenie nowego lądownika.

Badanie powstawania planet jest pod pewnymi względami podobne do badań nad pochodzeniem życia. Wenus znajduje się na wewnętrznej krawędzi strefy życia, Mars na zewnętrznej krawędzi, a Ziemia pośrodku. Zrozumienie różnic między tymi planetami oznacza postęp w poszukiwaniach życia poza Układem Słonecznym.

Plan działania

• Uzyskaj próbki materii z jąder komet, Księżyca i Wenus.

5. Poza Układem Słonecznym

Dwa lata temu legendarni Voyagerowie pokonali kryzys finansowy. Kiedy NASA ogłosiła, że ​​zamierza zamknąć projekt, publiczne oburzenie zmusiło ich do kontynuowania pracy. Nic, co zostało stworzone przez człowieka, nie było nigdy tak daleko od nas jak Voyager 1:103 jednostek astronomicznych (AU), czyli 103 razy dalej niż Ziemia od Słońca i dodając kolejne 3,6 a.u. W roku 2002 lub 2004 (według różnych szacunków) dotarł do tajemniczej wielowarstwowej granicy Układu Słonecznego, gdzie cząstki wiatru słonecznego zderzają się ze strumieniem gazu międzygwiazdowego.

Ale Voyagery zostały zaprojektowane do badania planet zewnętrznych, a nie przestrzeni międzygwiezdnej. Ich plutonowe źródła energii wysychają. NASA od dawna myślała o stworzeniu specjalnej sondy, a raport NRC na temat fizyki Słońca z 2004 roku zaleca agencji rozpoczęcie prac w tym kierunku.

Granice zewnętrzne

Sonda międzygwiazdowa powinna zbadać przygraniczny obszar Układu Słonecznego, gdzie gaz wyrzucony ze Słońca spotyka się z gazem międzygwiazdowym. Musi charakteryzować się szybkością, wytrzymałością i wyposażeniem, jakiego nie mają Voyagerowie i Pionierzy.

Sonda musi mierzyć zawartość aminokwasów w cząsteczkach międzygwiazdowych, aby określić, ile złożonej materii organicznej dostało się do Układu Słonecznego z zewnątrz. Musi także znaleźć cząstki antymaterii, które mogłyby narodzić się w miniaturowych czarnych dziurach lub ciemnej materii. Musi określić, w jaki sposób krawędź Układu Słonecznego odbija materię, w tym promienie kosmiczne, które mogą wpływać na klimat Ziemi. Musi także dowiedzieć się, czy w otaczającej nas przestrzeni międzygwiazdowej istnieje pole magnetyczne, które może odgrywać ważną rolę w powstawaniu gwiazd. Sonda ta może służyć jako miniaturowy teleskop kosmiczny do prowadzenia obserwacji kosmologicznych bez wpływu pyłu międzyplanetarnego. Pomogłoby to w badaniu tzw. Anomalii Pioneera, niewyjaśnionej siły działającej na dwie odległe sondy kosmiczne Pioneer 10 i Pioneer 11, a także przetestowałoby ogólną teorię względności Einsteina poprzez wskazanie, gdzie grawitacja słoneczna skupia promienie światła z odległych źródeł w skupieniu . Można by go wykorzystać do szczegółowego zbadania jednej z pobliskich gwiazd, takiej jak Epsilon Eridani, chociaż dotarcie tam zajęłoby dziesiątki tysięcy lat.

Aby w ciągu życia naukowca (i źródła energii plutonu) dotrzeć do ciała niebieskiego na odległość setek jednostek astronomicznych, należy przyspieszyć do prędkości 15 jednostek astronomicznych. W roku. Aby to zrobić, możesz skorzystać z jednej z trzech opcji - odpowiednio ciężkiej, średniej lub lekkiej z silnikiem jonowym napędzanym reaktorem nuklearnym lub żaglem słonecznym.

Sondy ciężkie (36 t) i średnie (1 t) zostały opracowane w 2005 roku przez zespoły kierowane przez Thomasa Zurbuchena ( Tomasz Zurbuchen) z Uniwersytetu Michigan w Ann Arbor i Ralpha McNutta ( Ralpha McNutta) z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Ale najłatwiejsza opcja wygląda na bardziej akceptowalną do uruchomienia. ESA rozważa obecnie propozycję międzynarodowego zespołu naukowców pod przewodnictwem Roberta Wimmera-Schweingrubera ( Roberta Wimmera-Schweingrubera) z Uniwersytetu w Kilonii w Niemczech. NASA może również dołączyć do tego projektu.

Żagiel słoneczny o średnicy 200 m będzie w stanie przyspieszyć pięciokilogramową sondę. Po wystrzeleniu z Ziemi musi pędzić w stronę Słońca i przelecieć jak najbliżej niego (wewnątrz orbity Merkurego), aby złapać potężny przypływ światła słonecznego. Podobnie jak windsurfer, statek kosmiczny będzie halsował. Przed orbitą Jowisza musi zrzucić żagiel i polecieć swobodnie. Najpierw jednak inżynierowie muszą opracować wystarczająco lekki żagiel i przetestować go w uproszczonej wersji.

„Taka misja pod auspicjami ESA lub NASA byłaby kolejnym logicznym krokiem w eksploracji kosmosu” – mówi Wimmer-Schweingruber. Koszt tego projektu w ciągu najbliższych 30 lat szacuje się na 2 miliardy dolarów. Badanie planet pomoże nam zrozumieć, jak Ziemia wpisuje się w ogólny schemat, a badanie naszego międzygwiezdnego sąsiedztwa pomoże nam dowiedzieć się tego samego dla całego Układu Słonecznego.

Po przebiciu się swoim „Wostokiem 1” przez firmament, spadł prosto w przestrzeń kosmiczną. Świat został podbity. Panie piszczały, rzucając kwiaty pod nogi bohatera, a przywódcy wszystkich krajów, prymitywna królowa Anglii i dobroduszny rewolucjonista Fidel uścisnęli najbardziej czarującego mężczyznę, jaki kiedykolwiek żył, jak ich brat. Potem był kosmonauta Leonow, który udał się w przestrzeń kosmiczną, Tereshkova, lot na Księżyc, pozbawienie Plutona prawa do miana planety i brak widocznego postępu kosmicznego. OK, pisarz science fiction Bradbury pogodził się z tym, ale Siergiej Pawłowicz Korolew byłby bardzo niezadowolony. Jak możemy mu wyjaśnić, że ludzkość nawet nie była na Księżycu?

Szkoda, towarzysze. Jednak w ostatnich latach nastąpiła poważna zmiana i jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, dekada między 2020 a 2030 rokiem zapowiada się na nowe lata 60. Zobaczmy, nad czym obecnie pracują Roskosmos, NASA i Europejska Agencja Kosmiczna.

1. Ucieczka z asteroidy. Wersja 1

Święte idee filmu „Armagedon”, bardziej fantastyczne niż naukowe, żyją w sercach badaczy kosmosu. Tylko że wszystko odbędzie się bez ofiar w ludziach. Dron po prostu wyląduje na nierównej powierzchni asteroidy i skieruje bezmyślnie wędrujące ciało na stabilną orbitę wokół Księżyca lub Ziemi.

Nie jest to potrzebne do ratowania Ziemi i nie jest to jakiś kaprys, asteroida będzie po prostu wykorzystywana do celów szkoleniowych. Przede wszystkim na tej asteroidzie można poćwiczyć lądowanie na Księżycu, Marsie i innych ciałach kosmicznych, aby astronauci wiedzieli, jak się w takiej sytuacji zachować. Ponadto możliwe będzie pobranie analizy gleby z asteroidy, co pomoże uzyskać nowe informacje na temat pochodzenia Układu Słonecznego. Nie zdecydowano jeszcze, jak dokładnie odbędzie się zdobycie ciała niebieskiego. Rozważane opcje obejmują wykorzystanie gigantycznego nadmuchiwanego pojemnika do przechowywania asteroidy.

2. Ucieczka z asteroidy. Wersja 2

Europejska Agencja Kosmiczna ma swój własny pogląd na walkę z asteroidami, który bardziej przypomina kanoniczną metodę z filmu. Projekt AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) to pierwsza misja ludzkości do podwójnej asteroidy Didim, która w 2022 roku zbliży się do naszej planety na odległość 11 milionów kilometrów. Średnica głównego korpusu wynosi około 800 metrów, a jego satelity - 150 metrów. Obie asteroidy krążą wokół wspólnego środka masy w odległości około jednego kilometra.

Jeszcze w 2014 roku projekt nazywał się , ale potem, jak zawsze, skończyły się pieniądze i z pomocą przyszła NASA. Teraz, w przypadku pomyślnego wyniku, laury będą musiały zostać podzielone.

Opracowana przez NASA sonda impaktorowa DART zderzy się z satelitą asteroidy z prędkością około 6,5 km na sekundę, a aparat AIM Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) zajmie się eksploracją orbitalną dwóch ciał niebieskich oraz konsekwencje zderzenia „sondy samobójczej”. Eksperyment uderzeniowy powinien pomóc ekspertom zrozumieć, czy możliwe jest wypchnięcie asteroidy z orbity.

3. Baza Księżyca

Według niepotwierdzonych doniesień stanie się to na początku lat 30. XXI wieku, czyli prawie 70 lat po tym, jak miał tu postawić stopę imiennik genialnego bluesmana. Ale tym razem planowana jest nie tylko wizyta kurtuazyjna, ale pełnoprawne zakorzenienie na satelicie. Baza przeznaczona będzie dla 2-3 osób i będzie nie tylko swego rodzaju pit stopem dla załóg wyruszających na eksplorację bardziej odległych planet, ale także swego rodzaju kopalnią. Kto nie wiedział, planują wydobyć wodór na Księżycu, a następnie przekształcić go w paliwo rakietowe.

4. „Luna-Glob”

Jednak nasi odważni astronauci również patrzą w stronę Księżyca. To właściwie jedyny niezależny projekt na taką skalę, z którego Rosja jeszcze nie zrezygnowała.

To prawda, że ​​​​utworzenie bazy kosmicznej na Księżycu jest wciąż odległą perspektywą, ale projekty międzyplanetarnych stacji automatycznych do badania sztucznego satelity Ziemi są już całkiem wykonalne, a od kilku lat głównym w Rosji jest Program Luna-Glob – tak naprawdę pierwszy niezbędny krok w stronę potencjalnej osady księżycowej.

Sonda opracuje mechanizm lądowania na powierzchni Księżyca oraz zbada glebę księżycową – odwierty w celu pobrania próbek gleby i dalszej analizy pod kątem obecności lodu (woda jest niezbędna zarówno do życia astronautów, jak i potencjalnie jako paliwo wodorowe do rakiet ).

Premierę urządzenia z różnych powodów odkładano wielokrotnie i póki co zatrzymaliśmy się na roku 2015. W przyszłości, przed planowanym na lata 30. XXI w. planowanym lotem załogowym, planowane jest wystrzelenie kilku kolejnych cięższych sond, w tym Luna-Resurs, które będą także badać Księżyc i wykonywać inne niezbędne działania przygotowawcze do przyszłego lądowania astronautów.

Ale nie spiesz się z krytykowaniem naszej kosmicznej godności. Na przykład Rosja stale wysyła w przestrzeń kosmiczną astronautów amerykańskich, europejskich, kanadyjskich i japońskich. Miejsca w krajowych Sojuzach są wyprzedane przez wiele lat. Inne kraje przejmują rosyjskie doświadczenia w przygotowaniach do lotów kosmicznych. We Francji niedawno uruchomiono rosyjski program szkolenia kosmonautów symulujący stan nieważkości.

Nie zapominajcie, że przez długi czas jako jedyni wysyłaliśmy milionerów w charakterze turystów kosmicznych.

Najpierw musimy rozwiązać problemy z kosmodromem Plesetsk, opracować GLONASS, opracować systemy obsługi poszczególnych statków kosmicznych na orbicie i zrobić inne drobne rzeczy, bez których eksploracja kosmosu nie jest możliwa. Więc wszystko przed nami, Yura nadal będzie z nas dumna.

5. Przekaż do Jowisza

Jowisz wydaje się zbyt obiecującą planetą do przyszłej eksploracji kosmosu. I nie miał czasu zacisnąć zębów jak Mars czy Księżyc. Badaczy szczególnie interesuje satelita planety Europa z jego lodowymi przestrzeniami. Ze względu na dużą odległość od Słońca Europa otrzymuje bardzo mało ciepła, ale możliwe jest, że pod lodem znajduje się woda w stanie ciekłym, podgrzewana przez aktywność tektoniczną we wnętrzu planety. Aby się do niego dostać, będziesz potrzebować kriobota – urządzenia zdolnego przedostać się przez lód o grubości kilku kilometrów za pomocą oddziaływania termicznego. NASA już pracuje nad takim urządzeniem, które nazywają Walkirią. Urządzenie podgrzewa wodę za pomocą pokładowego źródła energii jądrowej i kieruje strumień na lód, topiąc go. Następnie Valkyrie zbiera stopioną wodę i powtarza procedurę, stopniowo posuwając się do przodu. Podczas testów na Alasce próbka w ciągu roku pokonała osiem kilometrów lodu. W rezultacie, jeśli wyprawa się odbędzie, naukowcy mają nadzieję po raz pierwszy odkryć warunki odpowiednie do powstania życia.

Jednak żądni chwały Europejczycy z całych sił starają się zdobyć dla siebie laury odkrywców Jowisza. W 2022 roku wyślą do Jowisza automatyczną stację międzyplanetarną Jupiter Icy Moon Explorer. Satelita od razu zbada trzy najbliższe i największe satelity Jowisza z tzw. grupy galilejskiej: Europę, Ganimedesa i Kallisto. Jeśli wystrzelenie przebiegnie pomyślnie w zaplanowanym terminie, urządzenie dotrze do układu Jowisza w 2030 roku.

6. Lot do Alfa Centauri

Wyprawy w obrębie Układu Słonecznego nie na wszystkich robią wrażenie, niektórym jak Alpha Centauri. Cała nadzieja leży tylko w „Statku kosmicznym Stulecia” – wspólnym projekcie NASA i amerykańskiej Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych w dziedzinie Obronności. Jeśli wszystko będzie w porządku, ludzkość w ciągu życia obecnych noworodków uda się do najbliższej nam gwiazdy poza Układem Słonecznym. Liderzy projektu spodziewają się przynajmniej stworzenia technologii niezbędnych do podróży międzygwiezdnych w ciągu najbliższych 100 lat, takich jak silnik na antymaterię. Trzeba będzie także pomyśleć o środkach zapobiegających skutkom długiego pobytu w przestrzeni kosmicznej dla organizmu człowieka. Biorąc pod uwagę obecny stan nauki, szanse na powodzenie misji wydają się znikome. Projekt jest jednak coraz częściej dofinansowany, więc są szanse.

7. Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba

Teleskop Hubble'a ma następcę, którego prace trwają od 20 lat. Ale to długie oczekiwanie było tego warte – ludzkość w końcu będzie mogła przyjrzeć się najodleglejszym obiektom wszechświata, oddalonym od nas o miliardy lat świetlnych. Na przykład możliwe będzie dostrzeżenie niektórych pierwszych gwiazd i galaktyk, które powstały po Wielkim Wybuchu. Nie wszystko jest jednak takie różowe – wielu astrofizyków nie ma pewności co do skuteczności tego okularu, zwłaszcza po licznych awariach podczas testów i niekończących się nadwyżkach budżetowych. Ale poczekaj i zobacz, zostało niewiele czasu, tylko rok.

8. Podróż na Marsa

Mówią tak dużo, że z jakiegoś powodu wydaje się, że już tam polecieliśmy. Co więcej, o lot rywalizują nie tylko NASA, ale także nowicjusze SpaceX i Blue Origin. Z drugiej strony NASA się nie spieszy i uważa, że ​​lepiej przeliczyć wszystkie zagrożenia na Ziemi, zanim zrobi się smutno, wykonać serię testów (na pomoc asteroida), a dopiero potem wysłać ludzi w masa międzygwiazdowa. Planują to zrobić w 2030 roku, ale najprawdopodobniej lot zostanie przełożony, bo od kilku lat chłopaki z agencji kosmicznej narzekają tylko na brak budżetu. Holenderska firma Mars One planuje wysłać wyprawę w 2026 roku, ale projekt ten jest okresowo zagrożony przez to, że jest po prostu nie do utrzymania. Niektórzy kandydaci do lotu twierdzą, że organizatorzy całego ruchu nie zebrali niezbędnych pieniędzy, ale nadal liczą na sponsoring.

Europejska Agencja Kosmiczna ma również własny plan misji na Marsa. Towarzysze ci chcą wylądować człowieka na Marsie bliżej roku 2033. Kierownictwo agencji twierdzi, że ze względu na niskie finansowanie będzie zmuszona sięgnąć do współpracy międzynarodowej. Na przykład Rosja jest zaangażowana w jeden z etapów programu ExoMars. Ale ten etap nie jest związany z badaniem możliwości życia na nim, ale z badaniem.

Dziś wiodące agencje kosmiczne uznają program SpaceX za najbardziej obiecujący pod względem eksploracji Marsa. Dzieje się tak głównie dzięki rakiecie wahadłowej Falcon 9, która dziś dostarcza ładunek na ISS. Cechą szczególną rakiety jest możliwość wylądowania pierwszego stopnia w celu ponownego użycia. Technologia ta doskonale sprawdza się w misjach marsjańskich.

Proponowany system startu kosmicznego Startram, którego budowa i wdrożenie będzie kosztować szacunkowo 20 miliardów dolarów, zapewni możliwość dostarczenia na orbitę ładunku o masie do 300 000 ton po bardzo przystępnej cenie 40 dolarów za kilogram ładunku. Biorąc pod uwagę, że obecny koszt dostarczenia w przestrzeń kosmiczną 1 kg ładunku wynosi w najlepszym razie 11 000 dolarów, projekt wygląda bardzo interesująco.

Projekt Startram nie będzie wymagał rakiet, silników paliwowych ani jonowych. Zamiast tego wszystkiego zostanie tu zastosowana technologia odpychania magnetycznego. Warto zaznaczyć, że koncepcja magnetycznego pociągu lewitującego nie jest wcale nowa. Na Ziemi kursują już pociągi, które poruszają się po powierzchni magnetycznej z prędkością około 600 kilometrów na godzinę. Jednak wszystkie te maglevy (używane głównie w Japonii) mają jedną poważną przeszkodę, która ogranicza ich prędkość maksymalną. Aby pociągi te mogły w pełni wykorzystać swój potencjał i osiągać jak najwyższe prędkości, musimy pozbyć się czynników atmosferycznych, które je spowalniają.

Projekt Startram proponuje rozwiązanie tego problemu poprzez budowę długiego podwieszanego tunelu próżniowego na wysokości około 20 kilometrów. Na tej wysokości opór powietrza staje się mniej wyraźny, co umożliwi przeprowadzanie startów kosmicznych ze znacznie większymi prędkościami i przy znacznie mniejszym oporze. Statek kosmiczny zostanie dosłownie wystrzelony w przestrzeń kosmiczną, bez konieczności pokonywania atmosfery. Taki system wymagałby około 20 lat pracy i inwestycji o łącznej wartości 60 miliardów dolarów.

Łapacz asteroid

Wśród miłośników science fiction toczyła się kiedyś gorąca dyskusja na temat antynaukowej metody i wyraźnie niedocenianej złożoności lądowania na asteroidzie, ukazanej w słynnym amerykańskim thrillerze science fiction „Armageddon”. Nawet NASA zauważyła kiedyś, że znalazłaby lepszą (i bardziej realistyczną) opcję uratowania Ziemi przed nieuchronną zagładą. Co więcej, Agencja Aerokosmiczna przyznała niedawno dotację na opracowanie i budowę „łapacza komet i asteroid”. Sonda przy pomocy specjalnego potężnego harpuna przyczepi się do wybranego obiektu kosmicznego i wykorzystując moc swoich silników, odciągnie te obiekty z niebezpiecznej trajektorii zbliżania się do Ziemi.

Ponadto urządzenie może służyć do wyłapywania asteroid w celu dalszego wydobywania z nich minerałów. Obiekt kosmiczny zostanie przyciągnięty przez harpun i przeniesiony w wybrane miejsce, np. na orbitę Marsa lub Księżyca, gdzie będą zlokalizowane bazy orbitalne lub naziemne. Po czym grupy wydobywcze zostaną wysłane na asteroidę.

Sonda słoneczna

Podobnie jak na Ziemi, Słońce również ma swoje własne wiatry i burze. Jednak w przeciwieństwie do ziemskich, wiatry słoneczne mogą nie tylko zniszczyć włosy, ale mogą dosłownie je wyparować. Według agencji kosmicznej NASA na wiele pytań dotyczących Słońca, na które wciąż nie ma odpowiedzi, odpowie Solar Probe, która zostanie wysłana do naszego luminarza w 2018 roku.

Sonda będzie musiała zbliżyć się do Słońca na odległość około 6 milionów kilometrów. Doprowadzi to do tego, że sonda będzie musiała doświadczyć skutków energii promieniowania o takiej mocy, jakiej nie doświadczył nigdy żaden statek kosmiczny zbudowany przez człowieka. Według inżynierów i naukowców osłona termiczna z kompozytu węglowego o grubości 12 centymetrów pomoże chronić sondę przed działaniem szkodliwego promieniowania.

Jednak NASA nie może po prostu wysłać sondy bezpośrednio na Słońce. Sonda będzie musiała wykonać co najmniej siedem przelotów orbitalnych wokół Wenus. A to zajmie mu około siedmiu lat. Każdy obrót przyspieszy sondę i dostosuje trajektorię do prawidłowego kursu. Po ostatnim przelocie sonda skieruje się w stronę orbity Słońca, w odległości 5,8 mln km od jego powierzchni. Tym samym stanie się najbliższym Słońcu obiektem kosmicznym stworzonym przez człowieka. Aktualny rekord należy do sondy kosmicznej Helios 2, która znajduje się w odległości około 43,5 miliona kilometrów od Słońca.

Placówka marsjańska

Wyłaniające się perspektywy przyszłych lotów na Marsa i Europę są ogromne. NASA uważa, że ​​jeśli nie zapobiegną im żadne globalne kataklizmy i upadek zabójczych asteroid, agencja w ciągu najbliższych dwóch dekad wyśle ​​człowieka na powierzchnię Marsa. NASA przedstawiła już nawet koncepcję przyszłej placówki marsjańskiej, której budowa ma się rozpocząć pod koniec lat trzydziestych XXI wieku.

Promień planowanego obszaru badawczego będzie wynosić około 100 kilometrów. Powstaną moduły mieszkalne, kompleksy naukowe, parking dla łazików marsjańskich, a także sprzęt wydobywczy dla czteroosobowej ekipy. Energia dla kompleksu będzie częściowo wytwarzana przez kilka kompaktowych reaktorów jądrowych. Dodatkowo prąd będzie wytwarzany przez panele słoneczne, które oczywiście w przypadku marsjańskich burz piaskowych staną się nieskuteczne (stąd potrzeba reaktorów kompaktowych).

Z czasem na tym obszarze osiedli się wiele zespołów naukowych, które będą musiały samodzielnie uprawiać żywność, zbierać marsjańską wodę, a nawet wytwarzać na miejscu paliwo rakietowe na potrzeby lotów powrotnych na Ziemię. Na szczęście wiele przydatnych i niezbędnych materiałów do budowy bazy marsjańskiej znajduje się bezpośrednio w marsjańskiej glebie, więc nie będziesz musiał nosić niektórych rzeczy, aby założyć pierwszą marsjańską kolonię.

Łazik NASA ATHLETE

Pajęczy łazik ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer) pewnego dnia skolonizuje Księżyc. Dzięki specjalnemu zawieszeniu, składającemu się z sześciu niezależnych nóg, które mogą obracać się we wszystkich kierunkach, łazik może poruszać się po podłożu o dowolnej złożoności. Jednocześnie obecność kół pozwala mu poruszać się szybciej po bardziej płaskiej powierzchni.

Ten sześcionóg może być wyposażony w szeroką gamę sprzętu naukowego i roboczego, a w razie potrzeby z łatwością poradzi sobie z rolą samojezdnego żurawia. Przykładowo na powyższym zdjęciu ATHLETE ma zamontowany moduł mieszkalny. Innymi słowy, łazik może być również używany jako dom mobilny. Wysokość ATHLETE to około 4 metry. Jednocześnie jest w stanie podnosić i transportować przedmioty o wadze do 400 kilogramów. I to jest w grawitacji Ziemi!

Największą zaletą ATHLETE jest zawieszenie, które zapewnia mu niesamowitą mobilność i zdolność do wykonywania trudnych zadań związanych z dostarczaniem ciężkich przedmiotów, w przeciwieństwie do stacjonarnych lądowników używanych w przeszłości i używanych obecnie. Jedną z możliwości wykorzystania ATHLETE jest druk 3D. Zainstalowanie na nim drukarki 3D umożliwi wykorzystanie łazika jako mobilnego sprzętu do drukowania księżycowych mieszkań.

Domy marsjańskie wydrukowane w 3D

Aby pomóc w rozpoczęciu przygotowań do misji załogowej na Marsa, NASA zorganizowała konkurs architektoniczny mający na celu opracowanie i sponsorowanie technologii druku 3D, które umożliwią drukowanie 3D w budowie marsjańskich domów.

Jedynym wymogiem konkursowym było wykorzystanie materiałów powszechnie dostępnych do wydobycia na Marsie. Zwycięzcami zostały dwie firmy projektowe z Nowego Jorku, Team Space Exploration Architecture i Clouds Architecture Office, które zaproponowały swoją koncepcję marsjańskiego domu ICE HOUSE. Koncepcja wykorzystuje lód jako podstawę (stąd nazwa). Budowa budynków będzie prowadzona w lodowych strefach Marsa, dokąd wysłane zostaną moduły lądownika, wyposażone w wiele kompaktowych robotów, które będą zbierać brud i lód, aby budować konstrukcje wokół tych modułów.

Ściany konstrukcji zostaną wykonane z mieszaniny wody, żelu i krzemionki. Gdy materiał zamarznie z powodu niskich temperatur na powierzchni Marsa, w rezultacie powstanie bardzo odpowiednie pomieszczenie o podwójnych ścianach do zamieszkania. Pierwsza ściana będzie składać się z mieszanki lodowej i zapewni dodatkową ochronę przed promieniowaniem, rolę drugiej ściany będzie pełnił sam moduł.

Zaawansowany koronograf

Głębokie badanie korony słonecznej (zewnętrznej warstwy atmosfery gwiazdy, składającej się z naładowanych cząstek) jest utrudnione przez jedną okoliczność. A tą okolicznością, jakkolwiek ironicznie może to zabrzmieć, jest samo Słońce. Rozwiązaniem problemu może być tzw. wolumetryczny ściemniacz solarny, czyli kula nieco większa od piłki tenisowej, wykonana z superciemnego stopu tytanu. Istota ściemniacza jest następująca: instaluje się go przed spektrografem skierowanym na Słońce, tworząc w ten sposób miniaturowe zaćmienie słońca, pozostawiając jedynie koronę słoneczną.

NASA stosuje obecnie płaskie osłony słoneczne na swoich statkach kosmicznych SOHO i STEREO, ale płaska konstrukcja takich urządzeń powoduje pewne rozmycie i niepotrzebne zniekształcenia. Rozwiązanie tego problemu zaproponowała sama przestrzeń. Wiadomo, że Ziemia ma swój własny obiekt zaciemniający Słońce, oddalony o około 400 000 kilometrów. Tym niejasnym elementem jest oczywiście Księżyc, dzięki któremu od czasu do czasu jesteśmy świadkami zaćmienia słońca.

Ściemniacz wolumetryczny NASA będzie musiał odtworzyć efekt zaćmienia Księżyca, oczywiście tylko dla statku kosmicznego, który będzie badał Słońce, ale znajdujący się w odległości dwóch metrów od jego spektrografu, ściemniacz pomoże w badaniu korony słonecznej bez żadnych problemy, zakłócenia lub zniekształcenia.

Technologie robotyki pszczół miodnych

Honeybee Robotics, mała zachodnia prywatna firma zajmująca się rozwojem i produkcją różnych technologii kosmicznych, otrzymała niedawno zamówienie od agencji lotniczej NASA na wykonanie dwóch nowych rozwiązań technologicznych dla programu kosmicznego Asteroid Redirect System. Głównym celem programu jest badanie asteroid i znalezienie sposobów zwalczania ewentualnych zagrożeń związanych z ich kolizją z Ziemią w przyszłości. Poza tym firma opracowuje inne, równie ciekawe rzeczy.

Na przykład jednym z takich rozwiązań jest broń kosmiczna, która będzie strzelać specjalnymi pociskami w stronę asteroid i strzelać odłamkami obiektu kosmicznego. Po wystrzeleniu w ten sposób fragmentu asteroidy specjalny statek kosmiczny złapie go swoimi robotycznymi szponami i przetransportuje na orbitę Księżyca, gdzie naukowcy będą mogli dokładniej zbadać jego budowę. NASA planuje przetestować to urządzenie na jednej z trzech asteroid: Itokawa, Bennu lub 2008 EV5.

Drugie opracowanie to tak zwane nanowiertło kosmiczne do pobierania próbek gleby z asteroid. Waga wiertła to zaledwie 1 kilogram, a rozmiarami jest nieco większa od przeciętnego smartfona. Wiertło będzie używane albo przez roboty, albo przez astronautów. Posłuży ona do pobrania wymaganej ilości gleby do dalszych analiz.

Satelita słoneczny SPS-ALPHA

SPS-ALPHA to orbitalny statek kosmiczny zasilany energią słoneczną, składający się z dziesiątek tysięcy cienkich luster. Zgromadzona energia zostanie zamieniona na mikrofale i przesłana z powrotem do specjalnych stacji naziemnych, skąd będzie przekazywana do linii energetycznych zasilających całe miasta.

Projekt ten jest być może jednym z najtrudniejszych do realizacji spośród przedstawionych w dzisiejszym wyborze. Po pierwsze, opisywana platforma SPS-ALPHA będzie znacznie większa gabarytowo od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Jego budowa będzie wymagała dużo czasu, całej armii astronautów-inżynierów i inwestycji kolosalnych środków. Ze względu na gigantyczne rozmiary platforma będzie musiała zostać zbudowana bezpośrednio na orbicie. Z drugiej strony elementy platformy zostaną wykonane z materiałów stosunkowo tanich i nieskomplikowanych z punktu widzenia produkcji masowej, co oznacza, że ​​projekt automatycznie przechodzi od „niemożliwego” do „bardzo złożonego”, co z kolei otwiera mam nadzieję, że pewnego dnia zrozumiem, że naprawdę to zrobię.

Projekt „Obiektywna Europa”

Projekt Objective Europa to najbardziej szalony pomysł na eksplorację kosmosu, jaki kiedykolwiek zaproponowano. Jego głównym celem jest wysłanie człowieka na Europę, jeden z księżyców Jowisza, na pokładzie specjalnej łodzi podwodnej, dzięki której prowadzone będą poszukiwania ewentualnego życia w subglacjalnym oceanie satelity.

Szaleństwa tego projektu dodaje fakt, że jest to misja jednokierunkowa. Każdy astronauta, który zdecyduje się polecieć na Europę, będzie musiał tak naprawdę zgodzić się na poświęcenie życia dla dobra nauki, mając jednocześnie możliwość odpowiedzi na najbardziej sekretne pytanie współczesnej astronomii: czy oprócz tego na Ziemi istnieje życie w kosmosie?

Pomysł projektu Objective Europa należy do Christina von Bengstona. Bengston prowadzi obecnie kampanię crowdsourcingową mającą na celu zebranie funduszy na ten projekt. Sam okręt podwodny będzie wyposażony w najnowocześniejsze technologie. Pojawi się superpotężna wiertarka, wielowymiarowe silniki trakcyjne, potężne reflektory i być może para wielofunkcyjnych ramion robotycznych. Okręt podwodny, podobnie jak statek kosmiczny, który zabierze go na Europę, będzie potrzebował potężnej ochrony przed promieniowaniem.

Wybór miejsca lądowania będzie miał kluczowe znaczenie. Grubość lodu Europy na niemal całej jej powierzchni wynosi kilka kilometrów, dlatego najlepiej byłoby wylądować urządzenie w pobliżu uskoków i pęknięć, gdzie skorupa lodowa nie jest tak mocna i gruba. Projekt rodzi oczywiście wiele pytań, także moralnych.

W 2011 roku Stany Zjednoczone zaprzestały eksploatacji kompleksu Systemu Transportu Kosmicznego z promem kosmicznym wielokrotnego użytku, w wyniku czego rosyjskie statki rodziny Sojuz stały się jedynym środkiem transportu astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną. W ciągu najbliższych kilku lat sytuacja ta będzie się utrzymywać, po czym oczekuje się pojawienia się nowych statków, które będą mogły konkurować z Sojuzami. Zarówno w naszym kraju, jak i za granicą powstają nowe osiągnięcia w dziedzinie załogowych lotów kosmicznych.

Federacja Rosyjska"

W ciągu ostatnich dziesięcioleci rosyjski przemysł kosmiczny podjął kilka prób stworzenia obiecującego załogowego statku kosmicznego, który mógłby zastąpić Sojuz. Projekty te nie przyniosły jednak jeszcze oczekiwanych rezultatów. Najnowszą i najbardziej obiecującą próbą zastąpienia Sojuza jest projekt Federacji, który proponuje budowę systemu wielokrotnego użytku w wersji załogowej i cargo.

Modele statku „Federacja”. Zdjęcie: Wikimedia Commons

W 2009 roku korporacja rakietowo-kosmiczna Energia otrzymała zamówienie na zaprojektowanie statku kosmicznego oznaczonego jako „Zaawansowany System Transportu Załogowego”. Nazwa „Federacja” pojawiła się dopiero kilka lat później. Do niedawna RSC Energia opracowywała niezbędną dokumentację. Budowa pierwszego statku nowego typu rozpoczęła się w marcu ubiegłego roku. Już wkrótce gotowa próbka rozpocznie badania na stoiskach i poligonach.

Według najnowszych ogłoszonych planów pierwszy lot kosmiczny Federacji odbędzie się w 2022 roku, a statek wyśle ​​ładunek na orbitę. Pierwszy lot z załogą na pokładzie planowany jest na 2024 rok. Po przeprowadzeniu wymaganych kontroli statek będzie mógł wykonywać bardziej śmiałe misje. Zatem w drugiej połowie najbliższej dekady mogą nastąpić bezzałogowe i załogowe loty na Księżyc.

Statek składający się ze zwrotnej kabiny towarowo-pasażerskiej wielokrotnego użytku oraz jednorazowej komory silnikowej będzie mógł mieć masę do 17-19 t. W zależności od swoich celów i ładowności będzie mógł zabrać na pokład do sześciu astronautów lub 2 tony ładunku. Podczas powrotu moduł zniżający może pomieścić do 500 kg ładunku. Wiadomo, że opracowywanych jest kilka wersji statku w celu rozwiązania różnych problemów. Mając odpowiednią konfigurację, Federacja będzie mogła wysyłać ludzi lub ładunki na ISS lub samodzielnie operować na orbicie. Oczekuje się, że statek będzie również używany podczas przyszłych lotów na Księżyc.

Amerykański przemysł kosmiczny, który kilka lat temu został bez Shuttle, pokłada duże nadzieje w obiecującym projekcie Orion, będącym rozwinięciem idei zamkniętego programu Constellation. W rozwój tego projektu zaangażowanych było kilka wiodących organizacji, zarówno amerykańskich, jak i zagranicznych. Tym samym za stworzenie przedziału montażowego odpowiedzialna jest Europejska Agencja Kosmiczna, a Airbus będzie budował takie produkty. Amerykańską naukę i przemysł reprezentują NASA i Lockheed Martin.

Model statku Orion. Zdjęcie: NASA

Projekt Orion w obecnej formie został uruchomiony w 2011 roku. Do tego czasu NASA zakończyła część prac nad programem Constellation, ale trzeba było go porzucić. Niektóre rozwiązania zostały przeniesione z tego projektu do nowego. Już 5 grudnia 2014 roku amerykańskim specjalistom udało się przeprowadzić pierwszy testowy start obiecującego statku w konfiguracji bezzałogowej. Nie było jeszcze żadnych nowych premier. Zgodnie z ustalonymi planami autorzy projektu muszą dokończyć niezbędne prace i dopiero wtedy będzie można rozpocząć nowy etap testów.

Według obecnych planów, nowy lot statku kosmicznego Orion w konfiguracji ciężarówki kosmicznej nastąpi dopiero w 2019 roku, po pojawieniu się rakiety nośnej Space Launch System. Bezzałogowa wersja statku będzie musiała współpracować z ISS, a także latać wokół Księżyca. Od 2023 roku na pokładzie Orionów będą obecni astronauci. Długotrwałe loty załogowe, w tym przeloty w pobliżu Księżyca, planowane są na drugą połowę następnej dekady. W przyszłości nie wyklucza się możliwości wykorzystania systemu Orion w programie Mars.

Statek o maksymalnej masie startowej wynoszącej 25,85 tony będzie posiadał szczelny przedział o pojemności niecałe 9 metrów sześciennych, co umożliwi mu przewóz dość dużych ładunków lub osób. Na orbitę okołoziemską będzie można przewieźć maksymalnie sześć osób. Załoga „księżycowa” będzie ograniczona do czterech astronautów. Modyfikacja ładunku statku podniesie do 2-2,5 tony z możliwością bezpiecznego zwrotu mniejszej masy.

Starliner CST-100

Jako alternatywę dla statku kosmicznego Orion można rozważyć CST-100 Starliner, opracowany przez Boeinga w ramach programu NASA Commercial Crew Transportation Capability. Projekt zakłada stworzenie załogowego statku kosmicznego zdolnego wywieźć na orbitę kilka osób i powrócić na Ziemię. Ze względu na szereg cech konstrukcyjnych, w tym związanych z jednorazowym użyciem sprzętu, planuje się wyposażenie statku w siedem miejsc dla astronautów jednocześnie.

CST-100 na orbicie, na razie tylko w wyobraźni artysty. Rysunek NASA

Starliner jest tworzony od 2010 roku przez Boeinga i Bigelow Aerospace. Projektowanie trwało kilka lat, a pierwsze wodowanie nowego statku spodziewano się w połowie tej dekady. Jednak z powodu pewnych trudności start próbny był kilkakrotnie przekładany. Zgodnie z niedawną decyzją NASA pierwszy wystrzelenie statku kosmicznego CST-100 z ładunkiem na pokładzie powinno nastąpić w sierpniu tego roku. Ponadto Boeing otrzymał w listopadzie pozwolenie na wykonanie lotu załogowego. Najwyraźniej obiecujący statek będzie gotowy do testów w najbliższej przyszłości i nowe zmiany w harmonogramie nie będą już potrzebne.

Starliner różni się od innych projektów obiecującego załogowego statku kosmicznego amerykańskiej i zagranicznej konstrukcji bardziej skromnymi celami. Zgodnie z koncepcją twórców, statek ten będzie musiał dostarczać ludzi na ISS lub do innych obiecujących stacji, które są obecnie opracowywane. Loty poza orbitę Ziemi nie są planowane. Wszystko to zmniejsza wymagania stawiane statkowi i w efekcie pozwala na osiągnięcie zauważalnych oszczędności. Niższe koszty projektu i obniżone koszty transportu astronautów mogą stanowić dobrą przewagę konkurencyjną.

Cechą charakterystyczną statku CST-100 są jego dość duże rozmiary. Kapsuła mieszkalna będzie miała średnicę nieco ponad 4,5 m, a całkowita długość statku przekroczy 5 m. Całkowita masa wyniesie 13 t. Należy zaznaczyć, że w celu uzyskania maksymalnej objętości wewnętrznej zastosowane zostaną duże wymiary. Aby pomieścić sprzęt i ludzi, opracowano szczelną komorę o pojemności 11 metrów sześciennych. Będzie można zainstalować siedem foteli dla astronautów. Pod tym względem statek Starliner – jeśli uda mu się wejść do eksploatacji – może stać się jednym z liderów.

Smok V2

Kilka dni temu NASA ustaliła także terminy nowych lotów testowych statków kosmicznych firmy SpaceX. Tym samym pierwszy testowy start załogowego statku kosmicznego typu Dragon V2 zaplanowano na grudzień 2018 roku. Produkt ten jest przeprojektowaną wersją używanej już „ciężarówki” Dragon, zdolnej do transportu ludzi. Prace nad projektem rozpoczęły się dość dawno temu, ale dopiero teraz zbliżają się do testów.

Czas prezentacji układu statku Dragon V2 przez DJ-a. Zdjęcie: NASA

Projekt Dragon V2 zakłada wykorzystanie przeprojektowanej przestrzeni ładunkowej, przystosowanej do przewozu osób. W zależności od wymagań klienta taki statek ma być w stanie wynieść na orbitę do siedmiu osób. Podobnie jak jego poprzednik, nowy Dragon będzie wielokrotnego użytku i po drobnych naprawach będzie mógł wykonywać nowe loty. Projekt jest rozwijany od kilku lat, ale testy jeszcze się nie rozpoczęły. Dopiero w sierpniu 2018 r. SpaceX po raz pierwszy wystrzeli w przestrzeń kosmiczną Dragon V2; lot ten odbędzie się bez astronautów na pokładzie. Pełnoprawny lot załogowy, zgodnie z instrukcjami NASA, planowany jest na grudzień.

SpaceX jest znane ze swoich odważnych planów dotyczących każdego obiecującego projektu, a załogowy statek kosmiczny nie jest wyjątkiem. Początkowo Dragon V2 ma służyć wyłącznie do wysyłania ludzi na ISS. Możliwe jest także wykorzystanie takiego statku w niezależnych misjach orbitalnych trwających nawet do kilku dni. W odległej przyszłości planowane jest wysłanie statku na Księżyc. Co więcej, za jego pomocą chcą zorganizować nową „trasę” turystyki kosmicznej: pojazdy z pasażerami w celach komercyjnych będą latać wokół Księżyca. Jednak wszystko to jest jeszcze kwestią odległej przyszłości, a sam statek nie miał nawet czasu przejść wszystkich niezbędnych testów.

Średniej wielkości statek Dragon V2 ma przedział ciśnieniowy o pojemności 10 metrów sześciennych i przedział 14 metrów sześciennych bez ciśnienia. Według firmy deweloperskiej będzie w stanie dostarczyć na ISS nieco ponad 3,3 t ładunku i zwrócić na Ziemię 2,5 t. W konfiguracji załogowej proponuje się montaż siedmiu siedzeń w kabinie. Tym samym nowy „Smok” będzie mógł przynajmniej nie ustępować konkurentom pod względem nośności. Proponuje się uzyskanie korzyści ekonomicznych poprzez ponowne wykorzystanie.

Indyjski statek kosmiczny

Wraz z wiodącymi krajami w branży kosmicznej inne państwa również próbują stworzyć własne wersje załogowych statków kosmicznych. Tym samym w niedalekiej przyszłości może nastąpić pierwszy lot obiecującego indyjskiego statku kosmicznego z astronautami na pokładzie. Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) pracuje nad własnym projektem statku kosmicznego od 2006 roku i wykonała już część wymaganych prac. Z jakiegoś powodu projekt ten nie otrzymał jeszcze pełnego oznaczenia i nadal jest znany jako „statek kosmiczny z ISRO”.

Obiecujący indyjski statek i jego lotniskowiec. Zdjęcie Timesofindia.indiatimes.com

Według znanych danych nowy projekt ISRO zakłada budowę stosunkowo prostego, kompaktowego i lekkiego pojazdu załogowego, podobnego do pierwszych okrętów obcych krajów. W szczególności istnieje pewne podobieństwo do amerykańskiej technologii rodziny Mercury. Część prac projektowych zakończono już kilka lat temu, a 18 grudnia 2014 roku odbyło się pierwsze wodowanie statku z ładunkiem balastowym. Nie wiadomo, kiedy nowy statek kosmiczny wyśle ​​pierwszych kosmonautów na orbitę. Termin tego wydarzenia był kilkukrotnie przesuwany i jak dotąd nie ma żadnych danych na ten temat.

Projekt ISRO proponuje budowę kapsuły o masie nie większej niż 3,7 tony i objętości wewnętrznej kilku metrów sześciennych. Z jego pomocą planuje się wynieść na orbitę trzech astronautów. Deklarowana autonomia na poziomie tygodnia. Pierwsze misje statku będą obejmować przebywanie na orbicie, manewrowanie itp. W przyszłości indyjscy naukowcy planują sparowane starty ze spotkaniem i dokowaniem statków. Jednak do tego jest jeszcze bardzo daleko.

Po opanowaniu lotów na orbitę bliską Ziemi Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych planuje stworzyć kilka nowych projektów. Plany obejmują stworzenie nowej generacji statku kosmicznego wielokrotnego użytku, a także załogowe loty na Księżyc, które prawdopodobnie zostaną przeprowadzone we współpracy z zagranicznymi kolegami.

Projekty i perspektywy

W kilku krajach powstają obecnie obiecujące załogowe statki kosmiczne. Jednocześnie mówimy o różnych przesłankach pojawienia się nowych statków. Indie zamierzają zatem opracować swój pierwszy własny projekt, Rosja zastąpi dotychczasowy Sojuz, a USA potrzebują krajowych statków zdolnych do transportu ludzi. W tym drugim przypadku problem objawia się na tyle wyraźnie, że NASA zmuszona jest opracowywać lub wspierać kilka projektów obiecującej technologii kosmicznej na raz.

Pomimo różnych warunków wstępnych powstania, obiecujące projekty prawie zawsze mają podobne cele. Wszystkie mocarstwa kosmiczne zamierzają uruchomić swój nowy załogowy statek kosmiczny, odpowiedni przynajmniej do lotów orbitalnych. Jednocześnie większość obecnych projektów tworzona jest z myślą o osiągnięciu nowych celów. Po pewnych modyfikacjach część nowych statków będzie musiała wyjść poza orbitę i udać się przynajmniej na Księżyc.

Co ciekawe, większość pierwszych premier nowych technologii planowana jest na ten sam okres. Od końca obecnej dekady do połowy lat dwudziestych kilka krajów zamierza przetestować w praktyce swoje najnowsze osiągnięcia. Jeżeli pożądane rezultaty zostaną osiągnięte, do końca najbliższej dekady przemysł kosmiczny ulegnie znaczącym zmianom. Ponadto, dzięki przewidywaniu twórców nowych technologii, astronautyka będzie miała okazję nie tylko pracować na orbicie okołoziemskiej, ale także polecieć na Księżyc, a nawet przygotować się do bardziej odważnych misji.

Obiecujące projekty załogowych statków kosmicznych tworzone w różnych krajach nie osiągnęły jeszcze etapu pełnych testów i lotów z załogą na pokładzie. Jednak w tym roku odbędzie się kilka takich startów i takie loty będą kontynuowane w przyszłości. Rozwój przemysłu kosmicznego trwa i przynosi pożądane rezultaty.

Na podstawie materiałów ze stron:
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/