O que aconteceu? Muitas coisas, incluindo a Guerra do Vietnã, o escândalo Watergate, etc. Mas se você olhar para a raiz e se livrar de tudo que é temporário e insignificante, descobre-se que na verdade há um motivo: dinheiro.

Às vezes esquecemos que as viagens espaciais são muito caras. Colocar apenas meio quilo de qualquer coisa na órbita da Terra custa US$ 10 mil. Imagine uma estátua de ouro maciço em tamanho real de John Glenn e você terá uma ideia do custo de tais projetos. Ir à Lua exigiria cerca de US$ 100 mil por quilo de carga útil. Um voo para Marte custaria US$ 1 milhão por libra (aproximadamente o peso de um diamante).

Depois, na década de 1960, a questão do preço praticamente não foi considerada: tudo foi coberto pelo entusiasmo geral e pelo crescimento da corrida espacial com os russos. As conquistas espetaculares dos corajosos astronautas compensaram o custo do voo espacial, especialmente porque ambos os lados estavam dispostos a fazer tudo para manter a honra nacional. Mas mesmo as superpotências não conseguirão suportar tal carga durante muitas décadas.

É tudo triste! Mais de 300 anos se passaram desde que Sir Isaac Newton escreveu pela primeira vez as leis do movimento, e ainda somos cativados por cálculos simples. Para lançar um objeto na órbita baixa da Terra, ele deve ser acelerado a uma velocidade de 7,9 km/s. Para enviar um objeto numa viagem interplanetária e movê-lo para além do campo gravitacional da Terra, precisamos de lhe dar uma velocidade de 11,2 km/s (E para atingir este número mágico - 11,2 km/s, devemos usar a terceira lei da dinâmica de Newton : cada ação gera resistência igual. Isso significa que o foguete pode acelerar, jogando gases quentes na direção oposta, da mesma forma que um balão voa pela sala se você inflá-lo e soltar a válvula.) Calculando assim o custo de. viajar no espaço usando as leis de Newton não é nada difícil. Não existe uma única lei da natureza (nem física nem de engenharia) que nos proíba de explorar o sistema solar; é tudo uma questão de custo.

Mas isto não é o suficiente. O foguete deve transportar combustível, o que aumenta significativamente sua carga. Os aviões podem contornar parcialmente esse problema capturando oxigênio da atmosfera e alimentando-o nos motores. Mas não há ar no espaço, e o foguete deve carregar todo o oxigênio e hidrogênio consigo.

Além de esse fato tornar a viagem espacial um prazer muito caro, é a principal razão pela qual não temos foguetes ou carros voadores. Os escritores de ficção científica (mas não-cientistas) adoram imaginar o dia em que todos nós colocaremos os foguetes e voaremos para o trabalho - ou faremos um piquenique de domingo no carro voador da família. As pessoas muitas vezes ficam desapontadas com os futuristas porque as suas previsões nunca se concretizam. (É por isso que existem tantos artigos e livros com títulos cínicos como “Onde está meu Jetpack?”) Mas para entender o motivo, tudo que você precisa fazer é fazer um cálculo simples. Existem pacotes de foguetes; na verdade, os nazistas até tentaram usá-los durante a Segunda Guerra Mundial. Mas o peróxido de hidrogênio, um combustível comum nesses casos, esgota-se rapidamente, de modo que o vôo médio em um foguete dura apenas alguns minutos. Da mesma forma, carros voadores com rotores de helicóptero queimam uma enorme quantidade de combustível, tornando-os caros demais para o cidadão comum.

Fim do programa lunar

São os preços altíssimos das viagens espaciais os culpados pelo facto de o futuro da exploração espacial tripulada parecer actualmente tão incerto. George W. Bush, como presidente, apresentou um plano claro mas bastante ambicioso para o programa espacial em 2004. Primeiro, o ônibus espacial deveria ser aposentado em 2010 e substituído por um novo sistema de foguetes chamado Constellation em 2015. Em segundo lugar, até 2020 estava previsto regressar à Lua e eventualmente estabelecer uma base habitada permanente no satélite do nosso planeta. Em terceiro lugar, tudo isto deveria preparar o caminho para um voo tripulado para Marte.

No entanto, mesmo desde que o plano Bush foi apresentado, a economia do espaço mudou significativamente, em grande parte porque a Grande Recessão esvaziou os recursos das futuras viagens espaciais. O relatório de 2009 da Comissão Augustine ao Presidente Barack Obama concluiu que o programa original era inviável aos níveis de financiamento disponíveis. Em 2010, o Presidente Obama tomou medidas práticas ao encerrar simultaneamente o programa do vaivém espacial e o desenvolvimento de um substituto do vaivém espacial que abriria caminho ao regresso à Lua. Num futuro próximo, a NASA, sem foguetes próprios para enviar os nossos astronautas ao espaço, será forçada a confiar nos russos. Por outro lado, esta situação estimula os esforços das empresas privadas para criar os foguetes necessários à continuidade do programa espacial tripulado. A NASA, tendo abandonado o seu passado glorioso, nunca mais construirá foguetes para o programa tripulado. Os defensores do plano de Obama dizem que ele marca o início de uma nova era de exploração espacial em que a iniciativa privada prevalecerá. Os críticos dizem que o plano transformaria a NASA em uma “agência sem propósito”.

Aterrissando em um asteroide

O relatório da Comissão Agostinho propôs um chamado caminho flexível, incluindo vários objetivos bastante modestos que não exigem uma quantidade absurda de consumo de combustível de foguete: por exemplo, uma viagem a um asteróide próximo que passe voando pela Terra, ou uma viagem ao luas de Marte. O relatório indicou que o asteróide alvo pode simplesmente ainda não estar nos nossos mapas: talvez seja um corpo errante desconhecido que será descoberto num futuro próximo.

O problema, salienta o relatório da Comissão, é que o combustível dos foguetes para a aterragem na Lua, e especialmente em Marte, bem como para a descolagem e o regresso, será proibitivamente caro. Mas como o campo gravitacional do asteróide e dos satélites de Marte é muito fraco, será necessário muito menos combustível. O relatório de Agostinho também mencionava a possibilidade de visitar pontos de Lagrange, ou seja, locais do espaço sideral onde a atração gravitacional da Terra e da Lua se compensam mutuamente. (É bem possível que esses pontos sirvam como um aterro cósmico, onde todos os detritos coletados pelo sistema solar e que vão parar nas proximidades da Terra se acumularam desde os tempos antigos; os astronautas poderiam encontrar lá pedras interessantes que datam da formação de o sistema Terra-Lua.)

Na verdade, pousar num asteróide é uma tarefa barata, uma vez que os asteróides têm um campo gravitacional extremamente fraco. (Esta é também a razão pela qual os asteróides, via de regra, não são redondos, mas têm uma forma irregular. Todos os grandes objetos do Universo - estrelas, planetas e satélites - são redondos, porque a força da gravidade os puxa uniformemente em direção ao centro . Qualquer irregularidade na forma de um planeta se suaviza gradualmente, mas a força da gravidade no asteroide é tão fraca que não consegue comprimi-lo em uma bola.)

Um dos possíveis alvos desse voo é o asteroide Apophis, que em 2029 deverá passar perigosamente perto da Terra. Esta rocha, com cerca de 300 metros de diâmetro e do tamanho de um grande campo de futebol, passará tão perto do planeta que deixará alguns dos nossos satélites artificiais do lado de fora. A interação com nosso planeta mudará a órbita do asteroide e, se você não tiver sorte, ele poderá retornar à Terra novamente em 2036; existe até uma pequena chance (1 em 100.000) de que ele acabe na Terra ao retornar. Se isto realmente acontecesse, o impacto seria equivalente a 100 mil bombas de Hiroshima; Ao mesmo tempo, tornados de fogo, ondas de choque e detritos quentes poderiam devastar completamente uma área do tamanho da França. (Para efeito de comparação: um objeto muito menor, provavelmente do tamanho de um prédio de apartamentos, caiu perto do rio Siberiano Podkamennaya Tunguska em 1908 e, explodindo com a força de mil bombas de Hiroshima, derrubou 2.500 km 2 de floresta. A onda de choque disso a explosão foi sentida a uma distância de vários milhares de quilômetros. Além disso, a queda criou um brilho incomum no céu da Ásia e da Europa, de modo que em Londres à noite era possível ler um jornal na rua.)

Uma visita ao Apophis não será um fardo muito pesado para o orçamento da NASA, já que o asteroide deve passar muito próximo de qualquer maneira, mas pousar nele pode ser um problema. Devido ao fraco campo gravitacional do asteróide, a nave não teria que pousar nele no sentido tradicional, mas sim atracar. Além disso, ele gira de forma irregular, portanto, antes de pousar, será necessário fazer medições precisas de todos os parâmetros. Em geral, seria interessante ver o quão duro é o asteróide. Alguns cientistas acreditam que pode ser simplesmente uma pilha de rochas unidas por um campo gravitacional fraco; outros acham que é sólido. Um dia, o conhecimento das densidades dos asteróides poderá ser vital para a humanidade; É possível que algum dia tenhamos que esmagar um asteróide em pedaços usando armas nucleares. Se um bloco de pedra voando no espaço sideral, em vez de se transformar em pó, se dividir em vários pedaços grandes, sua queda na Terra pode ser ainda mais perigosa do que a queda de todo o asteróide. Talvez seja melhor incitar o asteróide a mudar ligeiramente a sua órbita antes de se aproximar da Terra.

Aterrissando em um satélite de Marte

Embora a Comissão Agostinho não tenha recomendado uma missão tripulada a Marte, permanece outra possibilidade muito interessante – o envio de astronautas às luas marcianas Fobos e Deimos. Esses satélites são muito menores que a Lua da Terra e, portanto, como os asteróides, têm um campo gravitacional muito fraco. Além do relativo baixo custo, uma visita ao satélite de Marte tem várias outras vantagens:

1. Em primeiro lugar, estes satélites poderiam ser utilizados como estações espaciais temporárias. A partir deles é possível analisar o planeta sem muitos gastos, sem descer à sua superfície.

2. Em segundo lugar, algum dia poderão ser úteis como estágio intermediário para uma expedição a Marte. De Fobos ao centro do Planeta Vermelho são menos de 10.000 km, então você pode voar de lá em apenas algumas horas.

3. Provavelmente existem cavernas nestes satélites que poderiam ser usadas para organizar uma base habitável permanente e para protegê-la de meteoritos e da radiação cósmica. Em Fobos, em particular, existe uma enorme cratera chamada Stickney; Este é provavelmente um vestígio do impacto de um enorme meteorito, que quase dividiu o satélite. Gradualmente, porém, a gravidade juntou as peças e restaurou o satélite. Talvez, após esta colisão antiga, muitas cavernas e rachaduras tenham permanecido em Fobos.

Voltar para a Lua

O relatório de Augustine também fala sobre uma nova expedição à Lua, mas apenas se o financiamento para programas espaciais for aumentado e se pelo menos mais 30 mil milhões de dólares forem atribuídos a este programa durante os próximos dez anos. Como isto é altamente improvável, o programa lunar pode ser essencialmente considerado encerrado, pelo menos nos próximos anos.

O programa lunar cancelado, chamado Constellation, incluía vários componentes principais. Primeiro, existe o veículo de lançamento Ares V, o primeiro veículo de lançamento superpesado dos EUA desde a aposentadoria do Saturn no início dos anos 1970. Em segundo lugar, o foguetão pesado Ares I e a nave espacial Orion, capaz de transportar seis astronautas para uma estação espacial próxima da Terra ou quatro para a Lua. E, por fim, o módulo de pouso Altair, que, de fato, deveria descer à superfície da Lua.

O projeto do ônibus espacial, onde o navio era montado de lado, apresentava várias desvantagens significativas, incluindo a tendência do transportador de perder pedaços de espuma isolante durante o vôo. Para a espaçonave Columbia, isso acabou sendo um desastre: ela pegou fogo ao retornar à Terra, levando consigo sete bravos astronautas - e tudo porque durante o lançamento, um pedaço de isolamento de espuma, arrancado do tanque de combustível externo, atingiu a borda da asa e fez um buraco nela. Após a reentrada, gases quentes atingiram o casco do Columbia, matando todos que estavam dentro e causando a destruição do navio. No projeto Constellation, onde o módulo habitável deveria ser colocado diretamente no topo do foguete, tal problema não teria surgido.

A imprensa apelidou o projeto Constellation de “o programa Apollo com esteróides” - lembrava muito o programa lunar da década de 1970. O comprimento do foguete Ares I deveria ser de quase 100 m contra 112,5 m do Saturn V. Supunha-se que este foguete lançaria a espaçonave tripulada Orion ao espaço, substituindo assim os obsoletos ônibus espaciais. Para lançar o módulo Altair e fornecer combustível para o voo até a Lua, a NASA pretendia utilizar o foguete Ares V, de 118 m de altura, capaz de entregar 188 toneladas de carga à órbita baixa da Terra. O foguete Ares V seria a base de qualquer missão à Lua ou a Marte. (Embora o desenvolvimento do Ares tenha cessado, seria bom salvar pelo menos algo do programa para uso futuro; fala-se sobre isso.)

Base lunar permanente

Ao encerrar o programa Constellation, o Presidente Obama deixou várias opções em aberto. A espaçonave Orion, que deveria mais uma vez levar astronautas americanos à Lua e voltar, passou a ser considerada um veículo salva-vidas da Estação Espacial Internacional. Talvez no futuro, quando a economia recuperar após a crise, alguma outra administração queira regressar ao programa lunar, incluindo o projecto de criação de uma base lunar.

O estabelecimento de uma base habitável permanente na Lua enfrentará inevitavelmente muitos obstáculos. O primeiro deles são os micrometeoritos. Como não há ar na Lua, as pedras do céu caem livremente em sua superfície. Isto é fácil de verificar simplesmente olhando para a superfície do nosso satélite, completamente pontilhada por vestígios de colisões de longa data com meteoritos; alguns deles têm bilhões de anos.

Há muitos anos, quando eu era estudante na Universidade da Califórnia, em Berkeley, vi esse perigo com os meus próprios olhos. Trazido por astronautas no início dos anos 1970. o solo lunar criou uma verdadeira sensação no mundo científico. Fui convidado para o laboratório onde estavam analisando o solo lunar ao microscópio. A princípio vi uma pedra - ao que me pareceu, uma pedra completamente comum (as rochas lunares são muito parecidas com as terrestres), mas assim que olhei no microscópio... fiquei chocado! Toda a rocha estava coberta por pequenas crateras de meteoritos, dentro das quais podiam ser vistas crateras ainda menores. Nunca vi nada assim antes. Percebi que em um mundo sem atmosfera, mesmo a menor partícula de poeira, atingindo uma velocidade de mais de 60.000 km/h, pode facilmente matar – e se não matar, então fazer um buraco em um traje espacial. (Os cientistas imaginam os enormes danos causados ​​pelos micrometeoritos porque podem simular colisões com eles. Laboratórios especificamente concebidos para estudar a natureza de tais colisões possuem armas enormes capazes de disparar bolas de metal a velocidades enormes.)

Uma solução possível é construir uma base lunar abaixo da superfície. Sabe-se que nos tempos antigos a Lua era vulcanicamente ativa e os astronautas poderão encontrar um tubo de lava que vai para as profundezas do subsolo. (Os tubos de lava são vestígios de antigos fluxos de lava que destruíram estruturas semelhantes a cavernas e túneis nas profundezas.) Em 2009, os astrônomos descobriram na Lua um tubo de lava do tamanho de um arranha-céu que poderia servir de base para uma base lunar permanente.

Essa caverna natural poderia fornecer aos astronautas proteção barata contra raios cósmicos e explosões solares. Mesmo quando voamos de um extremo ao outro do continente (de Nova Iorque a Los Angeles, por exemplo), estamos expostos a radiações em níveis de cerca de um milibar por hora (o equivalente a um raio X no dentista). Na Lua, a radiação poderia ser tão forte que os alojamentos da base teriam de estar localizados bem abaixo da superfície. Em ambientes sem atmosfera, a chuva mortal de explosões solares e raios cósmicos colocaria os astronautas em risco direto de envelhecimento prematuro e até de cancro.

A falta de peso também é um problema, especialmente por longos períodos. No centro de treinamento da NASA em Cleveland, Ohio, vários experimentos são conduzidos com astronautas. Certa vez, vi um sujeito suspenso na posição horizontal por meio de um arnês especial correndo em uma esteira instalada verticalmente. Os cientistas tentaram determinar a resistência do sujeito em condições de gravidade zero.

Depois de conversar com médicos da NASA, percebi que a ausência de peso é muito menos inofensiva do que parece à primeira vista. Um médico me explicou que, ao longo de várias décadas, voos de longo prazo de astronautas americanos e cosmonautas russos em condições de ausência de peso mostraram claramente: na gravidade zero, ocorrem mudanças significativas no corpo humano, o tecido muscular, os ossos e o sistema cardiovascular se degradam. Nosso corpo é o resultado de milhões de anos de desenvolvimento no campo gravitacional da Terra. Sob condições de exposição prolongada a um campo gravitacional mais fraco, os processos biológicos falham.

Os cosmonautas russos retornam à Terra depois de cerca de um ano em gravidade zero, tão fracos que mal conseguem rastejar. No espaço, mesmo com o treino diário, os músculos atrofiam, os ossos perdem cálcio e o sistema cardiovascular enfraquece. Após um voo, alguns necessitam de vários meses para se recuperar e algumas alterações podem ser irreversíveis. A viagem a Marte poderá durar dois anos e os astronautas chegarão tão enfraquecidos que não conseguirão trabalhar. (Uma solução para este problema é girar a nave interplanetária, criando nela gravidade artificial. O mecanismo aqui é o mesmo de girar um balde em uma corda, quando a água não sai dele mesmo na posição invertida. Mas isso é muito caro, porque para manter a rotação serão necessárias máquinas pesadas e volumosas, e cada quilo de peso adicional significa um aumento de US$ 10.000 no custo do projeto.)

Água na Lua

Uma das descobertas recentes pode mudar seriamente as condições do jogo lunar: foi descoberto gelo antigo na Lua, provavelmente remanescente de colisões antigas com cometas. Em 2009, a sonda lunar LCROSS da NASA e o seu estágio superior Centaurus colidiram com a Lua perto do seu pólo sul. A velocidade de colisão foi de quase 2.500 m/s; Como resultado, o material da superfície foi ejetado a uma altura de mais de um quilômetro e apareceu uma cratera com cerca de 20 m de diâmetro. Os telespectadores provavelmente ficaram um pouco desapontados porque a colisão não produziu a bela explosão prometida, mas os cientistas ficaram satisfeitos: a colisão acabou sendo muito informativa. Assim, foram encontrados cerca de 100 litros de água na substância ejetada da superfície. E em 2010, foi feita uma nova declaração chocante: no material lunar, a água representa mais de 5% em massa, por isso talvez haja mais humidade na Lua do que em algumas áreas do Sahara.

Esta descoberta poderá ter enormes implicações: é possível que futuros astronautas possam utilizar depósitos de gelo sublunares para produzir combustível para foguetões (extraindo hidrogénio da água), para respirar (extraindo oxigénio), para proteção (já que a água absorve radiação) e para beber ( naturalmente, na forma purificada). Portanto, esta descoberta ajudará a reduzir várias vezes o custo de qualquer programa lunar.

Os resultados obtidos também podem significar que durante a construção e no futuro no abastecimento da base, os astronautas poderão utilizar os recursos locais - água e todo tipo de minerais.

Meio século

(2030–2070)

Voo para Marte

Em 2010, o presidente Obama, visitando a Flórida, não só anunciou o encerramento do programa lunar, mas também apoiou uma missão a Marte e o financiamento de um veículo de lançamento pesado, ainda não especificado, que poderia algum dia transportar astronautas para o espaço profundo, além órbita lunar. Ele deu a entender que espera esperar pelo dia – talvez em meados da década de 2030 – em que os astronautas americanos coloquem os pés na superfície de Marte. Alguns astronautas, como Buzz Aldrin, apoiaram calorosamente o plano de Obama, precisamente porque foi proposto falhar a Lua. Aldrin uma vez me disse que, como os americanos já haviam estado na Lua, agora a única conquista real seria um voo para Marte.

De todos os planetas do sistema solar, apenas Marte parece suficientemente semelhante à Terra para que alguma forma de vida pudesse ter-se originado lá. (Mercúrio, queimado pelo Sol, é provavelmente demasiado hostil para sustentar a vida tal como a conhecemos. Os gigantes gasosos Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno são demasiado frios para sustentar a vida. Vénus é, em muitos aspectos, gémeo da Terra, mas mais selvagem O efeito estufa tornou as condições lá simplesmente infernais: as temperaturas chegam a +500 ° C, uma atmosfera composta principalmente de dióxido de carbono é 100 vezes mais densa que a da Terra e as chuvas de ácido sulfúrico do céu sufocarão e serão esmagadas. morte, seus restos mortais serão fritos e dissolvidos em ácido sulfúrico.)

Marte, por outro lado, já foi um planeta bastante úmido. Lá, como na Terra, existiam oceanos e rios que desapareceram há muito tempo. Hoje é um deserto congelado e sem vida. É possível, no entanto, que em tempos – há milhares de milhões de anos – a microvida tenha florescido em Marte; É até possível que bactérias ainda vivam em algum lugar das fontes termais.

Assim que os Estados Unidos decidirem firmemente realizar uma expedição tripulada a Marte, serão necessários mais 20 a 30 anos para a implementar. Mas deve-se notar que será muito mais difícil para uma pessoa chegar a Marte do que à Lua. Marte comparado à Lua é um salto qualitativo em complexidade. Você pode voar para a Lua em três dias; chegar a Marte levará de seis meses a um ano.

Em julho de 2009, os cientistas da NASA estimaram como seria uma verdadeira expedição a Marte. Os astronautas voarão para Marte por cerca de seis meses, depois passarão 18 meses no Planeta Vermelho e depois mais seis meses para retornar.

No total, cerca de 700 toneladas de equipamentos deverão ser enviadas a Marte - isso é mais do que a Estação Espacial Internacional, a um custo de 100 bilhões de dólares. Para poupar comida e água, enquanto viajam e trabalham em Marte, os astronautas terão de purificar os seus próprios resíduos e utilizá-los para fertilizar plantas. Em Marte não há oxigênio, nem solo, nem água, nem animais, nem plantas, então tudo terá que ser trazido da Terra. Não será possível utilizar recursos locais. A atmosfera de Marte consiste quase inteiramente de dióxido de carbono e a pressão atmosférica é de apenas 1% da da Terra. Qualquer buraco no traje significará uma rápida queda na pressão e morte.

A expedição será tão complexa que deverá ser dividida em várias etapas. Como seria muito caro transportar combustível na viagem de volta da Terra, é possível que um foguete separado com combustível tenha que ser enviado a Marte para reabastecer o veículo interplanetário. (Ou, se oxigênio e hidrogênio suficientes puderem ser extraídos do gelo marciano, isso poderia ser usado como combustível de foguete.)

Assim que chegarem a Marte, os astronautas provavelmente terão que passar várias semanas se adaptando à vida em outro planeta. O ciclo de dia e noite lá é aproximadamente o mesmo que na Terra (o dia marciano é um pouco mais longo e dura 24,6 horas), mas o ano em Marte é duas vezes mais longo que na Terra. A temperatura quase nunca sobe acima de zero. Violentas tempestades de poeira assolam o local. As areias de Marte são tão finas quanto o talco, e as tempestades de poeira costumam cobrir todo o planeta.

Terraformar Marte?

Vamos supor que em meados do século os astronautas visitarão Marte e estabelecerão ali uma base primitiva. Mas isto não é o suficiente. De modo geral, a humanidade provavelmente considerará seriamente o projeto de terraformação de Marte – transformando-o em um planeta mais agradável para a vida. Os trabalhos neste projecto começarão, na melhor das hipóteses, no final do século XXI, muito provavelmente no início do próximo.

Os cientistas já consideraram várias maneiras de tornar Marte um lugar mais hospitaleiro. Provavelmente a mais simples delas é adicionar metano ou outro gás de efeito estufa à atmosfera do Planeta Vermelho. O metano é um gás de efeito estufa mais poderoso que o dióxido de carbono, portanto, uma atmosfera de metano irá reter a luz solar e aquecer gradualmente a superfície do planeta. As temperaturas subirão acima de zero. Além do metano, outros gases com efeito de estufa, como o amoníaco e o freon, também estão a ser considerados como opções.

À medida que as temperaturas sobem, o permafrost começará a derreter pela primeira vez em milhares de milhões de anos, permitindo que os canais dos rios se encham novamente de água. Com o tempo, à medida que a atmosfera se torna mais densa, lagos e até oceanos podem voltar a formar-se em Marte. Como resultado, ainda mais dióxido de carbono será liberado - surgirá um ciclo de feedback positivo.

Em 2009, foi descoberto que o metano foi liberado naturalmente da superfície de Marte. A origem deste gás ainda é um mistério. Na Terra, o metano surge principalmente da decomposição de materiais orgânicos, mas em Marte pode ser um subproduto de alguns processos geológicos. Se os cientistas conseguirem estabelecer a origem desse gás, talvez consigam aumentar sua produção e, portanto, mudar a atmosfera do planeta.

Outra possibilidade é enviar um cometa para a atmosfera marciana. Se for possível interceptar um cometa longe o suficiente do Sol, mesmo um pequeno impacto - um empurrão de um motor de foguete especial, uma colisão em ângulo reto com uma espaçonave, ou mesmo apenas a atração gravitacional deste aparelho - pode ser suficiente para alterar a órbita do casco espacial conforme necessário. Os cometas são compostos principalmente de água e existem muitos deles no sistema solar. (Por exemplo, o núcleo do cometa Halley tem a forma de um amendoim, tem cerca de 30 km de diâmetro e consiste principalmente em gelo e rocha.) À medida que o cometa se aproxima de Marte, começará a experimentar fricção com a atmosfera e a quebrar-se lentamente, libertando água na forma de vapor na atmosfera do planeta.

Se um cometa adequado não for encontrado, uma das luas geladas de Júpiter ou, digamos, um asteróide contendo gelo como Ceres (os cientistas acreditam que consiste em 20% de água) poderia ser usado em seu lugar. É claro que será mais difícil direcionar a Lua ou um asteróide na direção que precisamos, uma vez que, via de regra, esses corpos celestes estão em órbitas estáveis. E então há duas opções: será possível deixar determinado cometa, lua ou asteróide na órbita de Marte e permitir que ele entre em colapso lentamente, liberando vapor d'água na atmosfera, ou trazer esse corpo celeste para um dos calotas polares de Marte. As regiões polares do Planeta Vermelho são o dióxido de carbono congelado, que desaparece nos meses de verão, e o gelo, que forma a base e nunca derrete. Se um cometa, lua ou asteroide atingir uma calota polar, enormes quantidades de energia serão liberadas e o gelo seco evaporará. Os gases de efeito estufa entrarão na atmosfera e acelerarão o processo de aquecimento global em Marte. Nesta opção também pode ocorrer feedback positivo. Quanto mais dióxido de carbono for liberado das regiões polares do planeta, maior será o aumento da temperatura e, portanto, ainda mais dióxido de carbono será liberado.

Outra proposta é detonar diversas bombas nucleares nas calotas polares. A desvantagem deste método é óbvia: é possível que a água liberada seja radioativa. Ou você pode tentar construir ali um reator termonuclear que derreterá o gelo das regiões polares.

O principal combustível para um reator de fusão é a água, e há muita água congelada em Marte.

Quando a temperatura sobe acima de zero, corpos de água rasos se formarão na superfície, que podem ser colonizados por algumas formas de algas que prosperam na Antártica, na Terra. Provavelmente gostarão da atmosfera de Marte, que contém 95% de dióxido de carbono. Também é possível modificar geneticamente as algas para garantir que cresçam o mais rápido possível. Os lagos de algas irão acelerar a terraformação de várias maneiras. Primeiro, as algas converterão o dióxido de carbono em oxigênio. Em segundo lugar, eles mudarão a cor da superfície de Marte e, consequentemente, a sua refletividade. Uma superfície mais escura absorverá mais radiação solar. Em terceiro lugar, uma vez que as algas crescerão por si mesmas, sem qualquer ajuda externa, este método de mudar a situação do planeta será relativamente barato. Em quarto lugar, as algas podem ser utilizadas como alimento. Com o tempo, esses lagos de algas acumularão solo superficial e nutrientes; As plantas podem tirar vantagem disso e acelerar ainda mais a produção de oxigênio.

Os cientistas também estão considerando a possibilidade de cercar Marte com satélites que coletariam a luz solar e a direcionariam para a superfície do planeta. É possível que tais satélites, mesmo por si próprios, sejam capazes de aumentar a temperatura na superfície de Marte até o ponto de congelamento e acima. Assim que isso acontecer e o permafrost começar a derreter, o planeta irá aquecer sozinho, naturalmente.

Benefício económico?

Não se deve ter ilusões e pensar que a colonização da Lua e de Marte trará imediatamente inúmeros benefícios económicos para a humanidade. Quando Colombo navegou para o Novo Mundo em 1492, ele abriu acesso a tesouros sem precedentes na história. Muito em breve, os conquistadores começaram a enviar ouro, saqueado dos índios locais, em grandes quantidades de lugares recém-descobertos para sua terra natal, e os colonos - valiosas matérias-primas e produtos agrícolas. Os custos das expedições ao Novo Mundo foram mais do que compensados ​​pelos inúmeros tesouros que ali puderam ser encontrados.

Mas as colónias na Lua e em Marte são uma questão diferente. Não há ar, água líquida ou solo fértil, então tudo que você precisa terá que ser entregue da Terra por meio de foguetes, o que é incrivelmente caro. Além disso, não há nenhum sentido militar particular em colonizar a Lua, pelo menos a curto prazo. Demora em média três dias para ir da Terra à Lua ou voltar, e uma guerra nuclear pode começar e terminar em apenas uma hora e meia - desde o lançamento dos primeiros mísseis balísticos intercontinentais até as últimas explosões. A cavalaria espacial vinda da Lua simplesmente não terá tempo de participar de forma real nos acontecimentos na Terra. Como resultado, o Pentágono não está a financiar quaisquer programas importantes para militarizar a Lua.

Isto significa que quaisquer operações em grande escala para explorar outros mundos terão como objectivo o benefício não da Terra, mas de novas colónias espaciais. Os colonos terão de extrair metais e outros minerais para as suas próprias necessidades, uma vez que transportá-los da Terra (e para a Terra também) é muito caro. A mineração no cinturão de asteróides só se tornará economicamente viável se houver colônias autossuficientes que possam usar eles próprios os materiais extraídos, e isso acontecerá, na melhor das hipóteses, no final deste século, ou, mais provavelmente, mais tarde.

Turismo espacial

Mas quando um civil comum poderá voar para o espaço? Alguns cientistas, como o falecido Gerard O'Neill, da Universidade de Princeton, sonhavam com uma colônia espacial na forma de uma roda gigante, que abrigaria compartimentos habitáveis, fábricas de purificação de água, compartimentos de regeneração de ar, etc. na resolução do problema da superpopulação. No entanto, no século XXI, a ideia de que as colónias espaciais poderiam resolver ou pelo menos aliviar este problema continuará a ser uma fantasia. Para a maior parte da humanidade, a Terra será o seu único lar durante pelo menos mais 100-200 anos.

No entanto, ainda existe uma forma pela qual uma pessoa comum pode realmente voar para o espaço: como turista. Há empresários que criticam a NASA pela sua terrível ineficiência e burocracia e estão dispostos a investir eles próprios dinheiro em tecnologia espacial, acreditando que os mecanismos de mercado ajudarão os investidores privados a reduzir o custo das viagens espaciais. Burt Rutan e seus investidores já haviam ganhado o Prêmio Ansari X de US$ 10 milhões em 4 de outubro de 2004, ao lançar sua SpaceShipOne duas vezes em duas semanas a pouco mais de 100 km acima da superfície da Terra. SpaceShipOne é o primeiro foguete a viajar com sucesso para o espaço usando fundos privados. Seu desenvolvimento custou aproximadamente US$ 25 milhões. O fiador dos empréstimos foi o bilionário da Microsoft, Paul Allen.

Atualmente, a espaçonave SpaceShipTwo está quase pronta. Rutan acredita que muito em breve será possível iniciar os testes, após os quais uma espaçonave comercial se tornará realidade. O bilionário Richard Branson, da Virgin Atlantic, criou a Virgin Galactic, com um espaçoporto no Novo México e uma longa lista de pessoas dispostas a gastar US$ 200 mil para realizar o sonho de sua vida de ir para o espaço. A Virgin Galactic, que provavelmente será a primeira grande empresa a oferecer voos comerciais para o espaço, já encomendou cinco naves SpaceShipTwo. Se tudo correr como planejado, o custo da viagem espacial cairá dez vezes.

A SpaceShipTwo oferece várias maneiras de economizar dinheiro. Em vez de usar enormes veículos de lançamento projetados para lançar cargas úteis ao espaço diretamente da Terra, Rutan coloca sua espaçonave em um avião e a impulsiona usando motores a jato atmosféricos convencionais. Neste caso, o oxigênio é utilizado na atmosfera. Então, a uma altitude de cerca de 16 km acima do solo, o navio se separa da aeronave e liga seus próprios motores a jato. A nave não pode entrar na órbita baixa da Terra, mas a reserva de combustível nela é suficiente para subir mais de 100 quilômetros acima da superfície da Terra - onde quase não há atmosfera e onde os passageiros podem ver o céu escurecer gradualmente. Os motores são capazes de acelerar o navio a uma velocidade correspondente a M=3, ou seja, até três vezes a velocidade do som (cerca de 3500 km/h). Isto, claro, não é suficiente para colocá-lo em órbita (aqui, como já mencionado, é necessária uma velocidade de pelo menos 28.500 km/h, o que corresponde a 7,9 km/s), mas será suficiente para entregar passageiros a a borda da atmosfera terrestre e do espaço sideral. É bem possível que num futuro muito próximo um voo turístico ao espaço não custe mais do que um safari em África.

(Para voar ao redor da Terra, no entanto, você terá que pagar muito mais e embarcar em uma estação espacial. Certa vez, perguntei ao bilionário da Microsoft, Charles Simonyi, quanto lhe custava uma passagem para a ISS. A imprensa inverteu o valor em US$ 20 milhões. Ele respondeu que não gostaria de citar o valor exato, mas que as reportagens dos jornais não estavam muito erradas. Ele gostou tanto do espaço que um pouco mais tarde voou novamente para a estação. , o turismo espacial continuará a ser um privilégio das pessoas muito ricas.)

Em Setembro de 2010, o turismo espacial recebeu um impulso adicional da Boeing Corporation, que anunciou a sua entrada neste mercado e planeou os primeiros voos para turistas espaciais já em 2015. Isto seria bastante consistente com os planos do Presidente Obama de transferir voos espaciais tripulados para privados. mãos. O plano da Boeing prevê o lançamento de uma cápsula com quatro tripulantes e três assentos vazios para turistas espaciais à Estação Espacial Internacional a partir do Cabo Canaveral. No entanto, a Boeing tem sido bastante directa no financiamento de projectos espaciais privados: a maior parte do dinheiro terá de ser paga pelos contribuintes. “É um mercado incerto”, diz John Elbon, diretor do programa de lançamento espacial comercial. “Se tivéssemos que contar apenas com os fundos da Boeing, dados todos os fatores de risco, não seríamos capazes de concluir o caso com sucesso.”

Cavalos negros

O custo extremamente elevado das viagens espaciais está a atrasar o progresso comercial e científico, pelo que a humanidade necessita agora de uma tecnologia completamente nova e revolucionária. Em meados do século, os cientistas e engenheiros deverão aperfeiçoar novos veículos de lançamento para reduzir os custos de lançamento.

O físico Freeman Dyson identificou entre as muitas propostas diversas tecnologias que estão atualmente em fase experimental, mas que algum dia poderão tornar o espaço acessível até mesmo para o cidadão comum. Nenhuma destas propostas garante o sucesso, mas se for bem sucedida, o custo de entrega de carga no espaço cairá vertiginosamente. A primeira dessas propostas são os sistemas de propulsão a laser: um poderoso feixe de laser de uma fonte externa (por exemplo, da Terra) é direcionado para a base do foguete, onde provoca uma miniexplosão, cuja onda de choque define o foguete em movimento. Um fluxo constante de pulsos de laser evapora a água e o vapor resultante impulsiona o foguete para o espaço. A principal vantagem de um motor a jato a laser é que a energia vem de uma fonte externa - de um laser estacionário. Um foguete a laser essencialmente não carrega combustível. (Em contraste, os foguetes químicos gastam uma parte significativa da sua energia na elevação e transporte de combustível para os seus próprios motores.)

A tecnologia de propulsão a laser já foi demonstrada em laboratório, onde um modelo foi testado com sucesso em 1997. Leik Mirabo, do Rensselaer Polytechnic Institute, em Nova York, criou um protótipo funcional desse foguete e o chamou de demonstrador da tecnologia de navios leves. Um de seus primeiros modelos voadores pesava 50 gramas e era uma “placa” com diâmetro de cerca de 15 cm. Um laser de 10 kW gerava uma série de explosões de laser na base do foguete; ondas de choque aéreo aceleraram-no com uma aceleração de 2 g (que é o dobro da aceleração da queda livre na Terra e é de aproximadamente 19,6 m/s 2) e soa como uma reminiscência de tiros de metralhadora. Os sinalizadores de Mirabeau subiram mais de 30 m no ar (aproximadamente o equivalente aos primeiros foguetes de propelente líquido de Robert Goddard na década de 1930).

Dyson sonha com o dia em que os sistemas de propulsão a laser possam lançar cargas pesadas na órbita da Terra por apenas cinco dólares o quilo, o que certamente revolucionaria a indústria espacial. Ele imagina um gigantesco laser de 1.000 megawatts (a potência de uma unidade de energia nuclear padrão) capaz de lançar um foguete de duas toneladas em órbita, consistindo de uma carga útil e um tanque de água na base. A água escoa lentamente através de minúsculos poros na parede inferior do tanque. Tanto a carga útil quanto o tanque pesam uma tonelada. Quando o raio laser atinge a parte inferior do foguete, a água evapora instantaneamente, criando uma série de ondas de choque que impulsionam o foguete para o espaço. O foguete atinge uma aceleração de 3 g e entra na órbita baixa da Terra seis minutos depois.

Como o foguete em si não carrega combustível, não há perigo de uma explosão catastrófica do porta-aviões. Para foguetes químicos, ainda hoje, 50 anos após o Sputnik 1, a probabilidade de fracasso é de cerca de 1%. E essas falhas, via de regra, parecem muito impressionantes - oxigênio e hidrogênio explodem em bolas de fogo gigantes e destroços caem na plataforma de lançamento. O sistema laser, ao contrário, é simples, seguro e pode ser utilizado mais de uma vez em intervalos muito curtos; Tudo que você precisa para funcionar é água e um laser.

Além disso, com o tempo, este sistema se pagará. Se for usado para lançar meio milhão de naves espaciais por ano, a taxa de lançamento cobrirá facilmente os custos operacionais e os custos de desenvolvimento e construção. Dyson, porém, entende que levará mais uma década até que esse sonho se concretize. A pesquisa fundamental na área de lasers de alta potência exigirá muito mais dinheiro do que qualquer universidade pode alocar. A menos que o governo ou alguma grande empresa financie o desenvolvimento, os sistemas de propulsão a laser nunca serão construídos.

É aqui que o Prémio da Fundação pode ser muito útil. Certa vez conversei com Peter Diamandis, que o fundou em 1996, e descobri que ele estava bem ciente das limitações dos foguetes químicos. Mesmo com a SpaceShipTwo, ele admitiu para mim, nos deparamos com o fato de que os foguetes químicos são uma forma muito cara de escapar dos efeitos da gravidade. Como resultado, o próximo Prêmio X irá para a pessoa que conseguir criar um foguete impulsionado por um feixe de energia. (Mas em vez de um feixe de laser, supõe-se que outro feixe de energia eletromagnética semelhante a um laser seja usado - um feixe de micro-ondas.)

O burburinho em torno do prémio e do próprio prémio multimilionário pode ser uma isca suficiente para despertar o interesse no problema dos foguetes não químicos, como o foguete de microondas, entre empresários e inventores.

Existem outros projetos experimentais de foguetes, mas seu desenvolvimento apresenta riscos diferentes. Uma das opções é um canhão de gás que dispara algum tipo de projétil de um barril enorme, algo como o projétil do romance “Da Terra à Lua” de Júlio Verne. O projétil de Verne, porém, não teria alcançado a Lua, porque a pólvora não foi capaz de acelerá-lo à velocidade de 11 km/s necessária para escapar do campo gravitacional da Terra. Em uma arma de gás, em vez de pólvora, os projéteis serão expelidos em grande velocidade pelo gás, comprimido sob alta pressão em um longo tubo. O falecido Abraham Hertzberg, da Universidade de Washington, em Seattle, construiu um protótipo de tal arma, com cerca de 10 cm de diâmetro e cerca de 10 m de comprimento. O gás dentro da arma é uma mistura de metano e ar, comprimido a 25 atmosferas. O gás é aceso e o projétil é acelerado no cano a 30.000 g, o que achata a maioria dos objetos metálicos.

Herzberg provou que uma pistola de gás poderia funcionar. Mas para lançar um projétil ao espaço, seu cano deve ser muito mais longo, cerca de 230 m; Além disso, diferentes gases devem trabalhar ao longo da trajetória de aceleração no cano da arma. Para que a carga atinja sua primeira velocidade de escape, é necessário organizar cinco seções no cano com diferentes gases de trabalho.

O custo do lançamento com uma arma de gás pode ser ainda menor do que com um sistema a laser. No entanto, é muito perigoso lançar veículos tripulados ao espaço desta forma: apenas uma carga sólida pode suportar a intensa aceleração do barril.

O terceiro projeto experimental é um “slingatron”, que, como uma tipoia, deve girar uma carga e depois lançá-la no ar.

O protótipo deste dispositivo foi construído por Derek Tidman; seu modelo de mesa é capaz de girar um objeto em poucos segundos e lançá-lo a velocidades de até 100 m/s. O protótipo do slingatron é um tubo em forma de rosca com cerca de um metro de diâmetro. O tubo em si tem cerca de 2,5 cm de diâmetro e contém uma pequena bola de aço. A bola rola ao longo de um tubo anular e pequenos motores a empurram e a forçam a acelerar.

Um slingatron real, cuja tarefa será lançar carga na órbita baixa da Terra, deveria ser muito maior em tamanho - cerca de cem quilômetros de diâmetro; além disso, ele deve bombear energia para a bola até que ela acelere até 11,2 km/s. A bola voará para fora do slingatron com uma aceleração de 1000 g, o que também é muito. Nem toda carga pode suportar tal aceleração. Muitos problemas técnicos devem ser resolvidos antes que um slingatron real possa ser construído, o mais importante dos quais é minimizar o atrito entre a bola e o tubo.

Para finalizar cada um dos três projectos mencionados, mesmo no melhor dos cenários, serão necessários mais de uma dúzia de anos, e apenas se o governo ou as empresas privadas assumirem o financiamento. Caso contrário, esses protótipos permanecerão para sempre nas mesas dos seus inventores.

Futuro distante

(2070–2100)

Elevador espacial

É possível que até o final deste século o desenvolvimento da nanotecnologia torne possível até mesmo o famoso elevador espacial. O homem, como João no Pé de Feijão, pode escalar até as nuvens e além. Entraremos no elevador, apertaremos o botão “subir” e subiremos pela fibra, que é um nanotubo de carbono com milhares de quilômetros de comprimento. É claro que um produto tão novo poderia revolucionar a economia das viagens espaciais e virar tudo de cabeça para baixo.

Em 1895, o físico russo Konstantin Tsiolkovsky, inspirado pela construção da Torre Eiffel, a estrutura mais alta do mundo naquela época, fez a si mesmo uma pergunta simples: por que uma torre assim não pode ser construída tão alta quanto o espaço? Se for suficientemente alto, calculou ele, nunca cairá, de acordo com as leis da física. Ele chamou essa estrutura de “palácio celestial”.

Imagine uma bola. Se você começar a girá-la em uma corda, a força centrífuga será suficiente para evitar que a bola caia. Da mesma forma, se o cabo for suficientemente longo, a força centrífuga evitará que o peso preso à extremidade caia no chão. A rotação da Terra será suficiente para manter o cabo no céu. Assim que o cabo do elevador espacial se estender até o céu, qualquer veículo capaz de se mover ao longo dele poderá viajar com segurança para o espaço.

No papel, esse truque parece funcionar. Mas, infelizmente, se você tentar aplicar as leis do movimento de Newton e calcular a tensão no cabo, descobrirá que essa tensão excede a resistência do aço: qualquer cabo simplesmente quebrará, o que impossibilitará o elevador espacial.

Ao longo de muitos anos e até décadas, a ideia de um elevador espacial foi esquecida ou discutida novamente, apenas para ser rejeitada mais uma vez pelo mesmo motivo. Em 1957, o cientista russo Yuri Artsutanov propôs sua própria versão do projeto, segundo a qual se deveria construir um elevador não de baixo para cima, mas, ao contrário, de cima para baixo. Foi proposto colocar uma espaçonave em órbita, que então baixaria uma corda de lá; Resta apenas consertá-lo no chão. Os escritores de ficção científica também contribuíram para a popularização deste projeto. Arthur C. Clarke imaginou um elevador espacial em seu romance de 1979, As Fontes do Céu, e Robert Heinlein em seu romance de 1982, Frida.

Os nanotubos de carbono reviveram essa ideia. Como já vimos, eles possuem a maior resistência de todos os materiais conhecidos. Eles são mais fortes que o aço, e a resistência potencial dos nanotubos poderia suportar as cargas que surgem no projeto de um elevador espacial.

O problema, porém, é criar uma ligação de nanotubos de carbono puro com 80 mil km de comprimento. Esta é uma tarefa incrivelmente difícil, porque até agora os cientistas só conseguiram obter alguns centímetros de nanotubos de carbono puro em laboratório. É claro que você pode torcer bilhões de nanofibras, mas essas fibras não serão sólidas. O objetivo é criar um nanotubo longo no qual cada átomo de carbono estará estritamente em seu lugar.

Em 2009, cientistas da Universidade Rice anunciaram uma descoberta importante: as fibras resultantes não são puras, mas sim compostas, mas desenvolveram uma tecnologia suficientemente flexível para criar nanotubos de carbono de qualquer comprimento. Por tentativa e erro, os pesquisadores descobriram que os nanotubos de carbono poderiam ser dissolvidos em ácido clorossulfônico e depois espremidos para fora de um bico como uma seringa. Com esse método, é possível produzir fibra a partir de nanotubos de carbono de qualquer comprimento e espessura de 50 mícrons.

Uma das aplicações comerciais da fibra de nanotubos de carbono são as linhas de energia, porque os nanotubos conduzem eletricidade melhor que o cobre, são mais leves e mais fortes. O professor de engenharia da Rice University, Matteo Pasquali, afirma: “Para linhas de energia, são necessárias toneladas dessa fibra, e ainda não há como produzi-la. Você só precisa inventar um milagre.”

Embora as fibras resultantes não sejam suficientemente puras para caber num elevador espacial, estes estudos dão esperança de que um dia seremos capazes de desenvolver nanotubos de carbono puro suficientemente fortes para nos elevar aos céus.

Mas mesmo se assumirmos que o problema da produção de nanotubos longos está resolvido, os cientistas enfrentarão outros problemas práticos. Por exemplo, um cabo de elevador espacial teria que subir bem acima das órbitas da maioria dos satélites. Isso significa que algum dia a órbita de algum satélite certamente se cruzará com a rota do elevador espacial e causará um acidente. Como os satélites baixos voam a velocidades de 7 a 8 km/s, uma colisão pode ser catastrófica. Conclui-se que o elevador terá que ser equipado com motores de foguete especiais, que moverão o cabo do elevador para fora do caminho de satélites voadores e detritos espaciais.

Outro problema é o clima, ou seja, furacões, trovoadas e ventos fortes. Um elevador espacial deve estar ancorado no solo, talvez num porta-aviões ou numa plataforma petrolífera no Pacífico, mas deve ser flexível para sobreviver aos elementos.

Além disso, a cabine deve contar com botão de pânico e cápsula de escape caso o cabo se rompa. Se alguma coisa acontecer com o cabo, a cabine do elevador deverá planar ou saltar de pára-quedas no chão para salvar os passageiros.

Para acelerar o início das pesquisas sobre elevadores espaciais, a NASA anunciou diversas competições. A Space Elevator Race, patrocinada pela NASA, oferece prêmios totalizando US$ 2 milhões. Pelas regras, para vencer uma competição de elevadores que operam com energia transmitida ao longo de uma viga, é necessário construir um dispositivo com peso não superior a 50 kg, capaz de subir um cabo até uma altura de 1 km a uma velocidade de 2 m. /s. A dificuldade é que esse aparelho não deve ter combustível, baterias ou cabo elétrico. A energia para seu movimento deve ser transmitida da Terra ao longo de um feixe.

Vi com meus próprios olhos a paixão e a energia dos engenheiros que trabalham no elevador espacial e sonham em ganhar o prêmio. Até voei para Seattle para conhecer os jovens e empreendedores engenheiros de um grupo chamado LaserMotive. Ao ouvir o “canto das sirenes” - o chamado da NASA, eles começaram a desenvolver protótipos de um dispositivo que, muito possivelmente, se tornará o coração de um elevador espacial.

Entrei em um grande hangar alugado por jovens para testes. Numa extremidade do hangar vi um grande laser capaz de emitir um poderoso feixe de energia. O outro abrigava o próprio elevador espacial. Era uma caixa com cerca de um metro de largura e um grande espelho. O espelho refletiu o raio laser que o atingiu em toda uma bateria de células solares, que converteram sua energia em eletricidade. A eletricidade foi fornecida ao motor, e o carro do elevador subiu lentamente por um cabo curto. Com esse arranjo, a cabine com motor elétrico não precisa arrastar consigo um cabo elétrico. Basta direcionar um feixe de laser do solo para ele e o elevador rastejará sozinho ao longo do cabo.

O laser no hangar era tão poderoso que as pessoas tinham que proteger os olhos com óculos especiais enquanto ele funcionava. Depois de muitas tentativas, os jovens finalmente conseguiram fazer o carro subir. Um aspecto do problema do elevador espacial foi resolvido, pelo menos em teoria.

Inicialmente, a tarefa foi tão difícil que nenhum dos participantes conseguiu completá-la e ganhar o prêmio prometido. No entanto, em 2009, a LaserMotive recebeu um prêmio. A competição aconteceu na Base Aérea de Edwards, no deserto de Mojave, na Califórnia. Um helicóptero com um longo cabo pairava sobre o deserto, e os dispositivos dos participantes tentavam escalar esse cabo. O elevador da equipe LaserMotive conseguiu fazer isso quatro vezes em dois dias; seu melhor tempo foi de 228 segundos. Então o trabalho dos jovens engenheiros que observei naquele hangar deu frutos.

Naves estelares

Até ao final deste século, estações de investigação surgirão muito provavelmente em Marte e talvez em algum lugar da cintura de asteróides, apesar da actual crise no financiamento da exploração espacial tripulada. O próximo da fila será uma verdadeira estrela. Hoje, uma sonda interestelar seria uma tarefa completamente inútil, mas dentro de cem anos a situação poderá mudar.

Para que a ideia de viagem interestelar se torne realidade, vários problemas fundamentais devem ser resolvidos. A primeira delas é a busca de um novo princípio de movimento. Um foguete químico tradicional levaria cerca de 70 mil anos para alcançar a estrela mais próxima. Por exemplo, duas Voyagers lançadas em 1977 estabeleceram um recorde de maior distância da Terra. Atualmente (maio de 2011), o primeiro deles está a 17,5 bilhões de km de distância do Sol, mas a distância que percorreu é apenas uma pequena fração do caminho até as estrelas.

Vários projetos e princípios de movimento para veículos interestelares foram propostos. Esse:

Vela solar;

Foguete nuclear;

Foguete com motor termonuclear ramjet;

Nanonaves.

Ao visitar a estação Plum Brook da NASA em Cleveland, Ohio, conheci um dos visionários e fervorosos defensores da ideia da vela solar. A maior câmara de vácuo do mundo para testar satélites foi construída neste local. As dimensões desta câmera são incríveis; trata-se de uma verdadeira caverna com cerca de 30 m de diâmetro e 38 m de altura, que poderia facilmente abrigar vários edifícios residenciais de vários andares. Também é grande o suficiente para testar satélites e peças de foguetes no vácuo do espaço. A escala do projeto é incrível. Senti-me particularmente privilegiado por estar no mesmo lugar onde muitos dos mais importantes satélites, sondas interplanetárias e foguetes da América estavam sendo testados.

Então me encontrei com um dos principais proponentes da vela solar, o cientista da NASA Les Johnson. Ele me contou que desde criança, enquanto lia ficção científica, sonhava em construir foguetes que pudessem alcançar as estrelas. Johnson até escreveu um curso básico sobre como construir velas solares. Ele acredita que este princípio pode ser implementado nas próximas décadas, mas está preparado para o fato de que uma verdadeira nave estelar será construída, muito provavelmente, muitos anos após sua morte. Tal como os pedreiros que construíram as grandes catedrais da Idade Média, Johnson compreende que podem ser necessárias várias vidas humanas para construir um veículo que alcance as estrelas.

O princípio de funcionamento de uma vela solar baseia-se no fato de que a luz, embora não possua massa de repouso, possui impulso, o que significa que pode exercer pressão. A pressão que a luz solar exerce sobre todos os objetos encontrados é extremamente pequena, simplesmente não a sentimos, mas se a vela solar for grande o suficiente e estivermos dispostos a esperar o tempo suficiente, então esta pressão pode acelerar a nave interestelar (no espaço, o a intensidade média da luz solar é oito vezes maior que na Terra).

Johnson me disse que seu objetivo é criar uma vela solar gigante de plástico muito fino, mas flexível e resistente. Esta vela deveria ter vários quilômetros de diâmetro e deveria ser construída no espaço sideral. Uma vez montado, ele girará lentamente em torno do Sol, ganhando gradativamente maior velocidade. Ao longo de vários anos de aceleração, a vela sairá em espiral do sistema solar e correrá em direção às estrelas. Em geral, uma vela solar, como me disse Johnson, é capaz de acelerar uma sonda interestelar a 0,1% da velocidade da luz; Conseqüentemente, sob tais condições, alcançará a estrela mais próxima em 400 anos.

Johnson está tentando inventar algo que dê aceleração extra à vela solar e reduza o tempo de voo. Uma maneira possível é colocar uma bateria de lasers poderosos na Lua. Os raios laser que atingem a vela transferirão energia adicional para ela e, consequentemente, velocidade adicional ao voar em direção às estrelas.

Um dos problemas de uma nave estelar com vela solar é que ela é extremamente difícil de controlar e é quase impossível parar e dirigir na direção oposta, porque a luz solar viaja apenas em uma direção - longe do Sol. Uma solução para este problema é desdobrar a vela e usar a luz da estrela alvo para desacelerá-la. Outra possibilidade é realizar uma manobra gravitacional próximo a essa estrela distante e, utilizando o efeito funda, acelerar para a viagem de volta. A terceira opção é pousar em alguma lua desse sistema estelar, construir nela uma bateria de lasers e partir para a viagem de volta, utilizando a luz da estrela e raios laser.

Johnson sonha com as estrelas, mas entende que a realidade no momento parece muito mais modesta do que seus sonhos. Em 1993, os russos implantaram um refletor de 25 pontos feito de lavsan em um navio desencaixado da estação Mir, mas o objetivo do experimento era apenas demonstrar o sistema de implantação. A segunda tentativa terminou em fracasso. Em 2004, os japoneses lançaram com sucesso dois protótipos de velas solares, mas, novamente, o objetivo era testar o sistema de implantação, não a propulsão. Em 2005, houve uma tentativa ambiciosa de implantar uma vela solar real chamada Cosmos 1, organizada pela Sociedade Planetária, pela organização pública Cosmos Studios e pela Academia Russa de Ciências. A vela foi lançada de um submarino russo, mas o lançamento do foguete Volna não teve sucesso e a vela solar não alcançou a órbita.

E em 2008, quando uma equipe da NASA tentou lançar a vela solar NanoSail-D, o mesmo aconteceu com o foguete Falcon 1.

Finalmente, em Maio de 2010, a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão lançou com sucesso o IKAROS, a primeira nave espacial a utilizar tecnologia de vela solar no espaço interplanetário. O dispositivo foi colocado em uma trajetória de vôo para Vênus, implantou com sucesso uma vela quadrada com diagonal de 20 m e demonstrou a capacidade de controlar sua orientação e alterar sua velocidade de vôo. No futuro, os japoneses planejam lançar outra sonda interplanetária com vela solar até Júpiter.

Foguete nuclear

Os cientistas também estão considerando a possibilidade de usar a energia nuclear para viagens interestelares. Em 1953, a Comissão de Energia Atômica dos EUA iniciou um sério desenvolvimento de foguetes com reatores nucleares, que começou com o projeto Rover. Nas décadas de 1950 e 1960. experimentos com mísseis nucleares terminaram em grande parte sem sucesso. Os motores nucleares comportaram-se de forma instável e geralmente revelaram-se demasiado complexos para os sistemas de controlo da época. Além disso, é fácil mostrar que a produção de energia de um reator de fissão atômica convencional é completamente insuficiente para uma espaçonave interestelar. O reator nuclear industrial médio produz aproximadamente 1.000 megawatts de energia, o que não é suficiente para chegar às estrelas.

No entanto, na década de 1950. os cientistas propuseram o uso de bombas atômicas e de hidrogênio, em vez de reatores, para espaçonaves interestelares. O projeto Orion, por exemplo, deveria acelerar um foguete com ondas de explosão de bombas atômicas. A nave deveria lançar uma série de bombas atômicas atrás de si, cujas explosões gerariam poderosas rajadas de radiação de raios X. A onda de choque dessas explosões deveria acelerar a nave.

Em 1959, físicos da General Atomics estimaram que uma versão avançada do Orion, com 400 m de diâmetro, pesaria 8 milhões de toneladas e seria movida por 1.000 bombas de hidrogênio.

O físico Freeman Dyson foi um fervoroso defensor do projeto Orion. “Para mim, Orion significava a acessibilidade de todo o sistema solar para a propagação da vida. Ele poderia mudar o curso da história, diz Dyson. Além disso, seria uma forma conveniente de se livrar das bombas atômicas. “Em um voo, nos livraríamos de 2.000 bombas.”

O fim do projeto Orion, entretanto, foi o Tratado de Limitação de Testes Nucleares concluído em 1963, que proibiu explosões terrestres. Sem testes, foi impossível concretizar o design do Orion e o projeto foi encerrado.

Motor de fusão de fluxo direto

Outro projeto de míssil nuclear foi apresentado em 1960 por Robert W. Bussard; ele propôs equipar o foguete com um motor termonuclear, semelhante ao motor a jato de uma aeronave convencional. Em geral, um motor ramjet captura o ar durante o vôo e o mistura com o combustível em seu interior. A mistura combustível/ar é então inflamada, criando uma explosão química que cria propulsão. Bussard propôs aplicar o mesmo princípio a um motor de fusão. Em vez de extrair ar da atmosfera, como faz um motor de avião, um motor de fusão ramjet coletará hidrogênio do espaço interestelar. O gás coletado deve ser comprimido e aquecido por meio de campos elétricos e magnéticos antes do início da reação de fusão termonuclear do hélio, que liberará enormes quantidades de energia. Ocorrerá uma explosão e o foguete receberá um impulso. E como as reservas de hidrogénio no espaço interestelar são inesgotáveis, um motor nuclear ramjet poderia presumivelmente funcionar para sempre.

O design do navio com motor de fusão ramjet lembra uma casquinha de sorvete. O funil captura o gás hidrogênio, que então entra no motor, aquece e sofre uma reação de fusão com outros átomos de hidrogênio. Bussard calculou que um motor nuclear ramjet pesando cerca de 1.000 toneladas é capaz de manter uma aceleração constante de cerca de 10 m/s 2 (ou seja, aproximadamente igual à aceleração da gravidade na Terra); neste caso, dentro de um ano a espaçonave acelerará para aproximadamente 77% da velocidade da luz. Como um motor nuclear ramjet não é limitado por reservas de combustível, uma nave estelar com tal motor poderia teoricamente ultrapassar os limites da nossa Galáxia e em apenas 23 anos, segundo o relógio da nave, chegar à Nebulosa de Andrômeda, localizada a uma distância de 2 milhões de anos-luz de nós. (De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, o tempo abranda numa nave em aceleração, de modo que os astronautas numa nave estelar envelhecerão apenas 23 anos, mesmo que milhões de anos tenham passado na Terra durante este período.)

No entanto, também aqui existem problemas sérios. Primeiro, o meio interestelar contém principalmente protões individuais, pelo que um motor de fusão teria de queimar hidrogénio puro, embora esta reacção não produza muita energia. (A fusão do hidrogênio pode ocorrer de diferentes maneiras. Atualmente, na Terra, os cientistas preferem a opção da influência do deutério e do trítio, que libera significativamente mais energia. Porém, no meio interestelar, o hidrogênio está na forma de prótons individuais, então em motores nucleares ramjet (apenas a fusão próton-próton pode ser usada, uma reação de fusão que libera muito menos energia do que a reação deutério-trítio). No entanto, Bussard mostrou que se você modificar a mistura de combustível adicionando um pouco de carbono, então o carbono, funcionando como um catalisador, produzirá uma enorme quantidade de energia, suficiente para uma nave estelar.

Em segundo lugar, o funil em frente à nave espacial, para recolher hidrogénio suficiente, deve ser enorme - cerca de 160 km de diâmetro, por isso terá de ser recolhido no espaço.

Há outro problema não resolvido. Em 1985, os engenheiros Robert Zubrin e Dana Andrews mostraram que o arrasto ambiental impediria que uma nave estelar movida a ramjet acelerasse a velocidades próximas da da luz. Essa resistência se deve ao movimento da nave e do funil na região dos átomos de hidrogênio. No entanto, os seus cálculos baseiam-se em algumas suposições que no futuro poderão não ser aplicáveis ​​a navios com motores ramjet.

Actualmente, embora não tenhamos ideias claras sobre o processo de fusão protão-próton (bem como sobre a resistência dos iões de hidrogénio no meio interestelar), as perspectivas para um motor nuclear ramjet permanecem incertas. Mas se estes problemas de engenharia puderem ser resolvidos, este projeto será provavelmente um dos melhores.

Foguetes de antimatéria

Outra opção é usar antimatéria, a maior fonte de energia do Universo, para a nave. A antimatéria é o oposto da matéria no sentido de que todas as partes constituintes de um átomo têm cargas opostas. Por exemplo, um elétron tem carga negativa, mas um antielétron (pósitron) tem carga positiva. Ao entrar em contato com a matéria, a antimatéria se aniquila. Isso libera tanta energia que uma colher de chá de antimatéria seria suficiente para destruir toda Nova York.

A antimatéria é tão poderosa que os vilões de Anjos e Demônios, de Dan Brown, a usam para construir uma bomba e planejar explodir o Vaticano; Na história, eles roubam antimatéria do maior centro europeu de pesquisa nuclear, CERN, localizado na Suíça, perto de Genebra. Ao contrário de uma bomba de hidrogénio, que tem apenas 1% de eficácia, uma bomba de antimatéria seria 100% eficaz. Durante a aniquilação da matéria e da antimatéria, a energia é liberada em total conformidade com a equação de Einstein: E=mc 2.

Em princípio, a antimatéria é um combustível ideal para foguetes. De acordo com Gerald Smith, da Universidade Estadual da Pensilvânia, 4 miligramas de antimatéria seriam suficientes para voar até Marte, e cem gramas levariam a nave até as estrelas mais próximas. A aniquilação da antimatéria libera um bilhão de vezes mais energia do que pode ser obtida com a mesma quantidade de combustível de foguete moderno. Um motor de antimatéria pareceria muito simples. Você pode simplesmente injetar partículas de antimatéria, uma após a outra, em uma câmara especial de foguete. Lá eles são aniquilados com matéria comum, causando uma explosão titânica. Os gases aquecidos são então expelidos de uma extremidade da câmara, criando o impulso do jato.

Ainda estamos muito longe de realizar esse sonho. Os cientistas conseguiram obter antielétrons e antiprótons, bem como átomos de anti-hidrogênio, nos quais o antielétron circula em torno do antipróton. Isso foi feito tanto no CERN quanto no Fermi National Accelerator Laboratory (mais comumente chamado de Fermilab), perto de Chicago, no Tevatron, o segundo maior acelerador de partículas do mundo (maior apenas que o Large Hadron Collider do CERN). Em ambos os laboratórios, os físicos direcionaram um fluxo de partículas de alta energia para um alvo e obtiveram um fluxo de fragmentos, incluindo antiprótons. Usando ímãs poderosos, a antimatéria foi separada da matéria comum. Os antiprótons resultantes foram então desacelerados e misturados com antielétrons, resultando em átomos de anti-hidrogênio.

Dave McGinnis, um dos físicos do Fermilab, pensou muito sobre o uso prático da antimatéria. Ele e eu ficamos ao lado do Tevatron, e Dave me explicou a desconcertante economia da antimatéria. A única maneira conhecida de obter qualquer quantidade significativa de antimatéria, disse ele, era usar um colisor poderoso como o Tevatron; mas essas máquinas são extremamente caras e só podem produzir antimatéria em quantidades muito pequenas. Por exemplo, em 2004, um colisor no CERN deu aos cientistas vários trilionésimos de grama de antimatéria, e esse prazer custou aos cientistas 20 milhões de dólares. A esse preço, a economia mundial iria à falência antes que pudesse ser produzida antimatéria suficiente para uma expedição estelar. Os próprios motores de antimatéria, enfatizou McGinnis, não são particularmente complicados e certamente não contradizem as leis da natureza. Mas o custo de tal motor não permitirá que ele seja realmente construído num futuro próximo.

Uma das razões pelas quais a antimatéria é tão incrivelmente cara são as enormes somas que têm de ser gastas na construção de aceleradores e colisores. No entanto, os próprios aceleradores são máquinas universais e são usados ​​​​principalmente não para a produção de antimatéria, mas para a produção de todos os tipos de partículas elementares exóticas. Esta é uma ferramenta de pesquisa física, não um aparelho industrial.

Pode-se supor que o desenvolvimento de um novo tipo de colisor, projetado especificamente para a produção de antimatéria, poderia reduzir bastante o seu custo. A produção em massa de tais máquinas produziria então quantidades significativas de antimatéria. Harold Gerrish, da NASA, está confiante de que o preço da antimatéria poderá eventualmente cair para US$ 5.000 por micrograma.

Outra possibilidade de usar antimatéria como combustível de foguete é encontrar um meteorito de antimatéria no espaço sideral. Se tal objeto fosse encontrado, sua energia provavelmente seria suficiente para alimentar mais de uma nave espacial. É preciso dizer que em 2006, como parte do satélite russo Resurs-DK, foi lançado o instrumento europeu PAMELA, cujo objetivo é procurar antimatéria natural no espaço exterior.

Se a antimatéria for descoberta no espaço, a humanidade terá que inventar algo como uma rede eletromagnética para coletá-la.

Portanto, embora as espaçonaves interestelares de antimatéria sejam uma ideia muito real e não contradigam as leis da natureza, elas provavelmente não aparecerão no século 21, a menos que no final do século os cientistas sejam capazes de reduzir o custo da antimatéria para alguma quantia razoável. Mas se isso puder ser feito, o projeto da nave estelar de antimatéria será certamente um dos primeiros a ser considerado.

Nanonaves

Há muito que estamos acostumados com efeitos especiais em filmes como Star Wars e Star Trek; Ao pensar em naves estelares, surgem imagens de enormes máquinas futurísticas, fervilhando por todos os lados com as mais recentes invenções no campo dos dispositivos de alta tecnologia. Entretanto, existe outra possibilidade: utilizar a nanotecnologia para criar pequenas naves estelares, não maiores que um dedal ou uma agulha, ou mesmo mais pequenas. Já temos certeza de que as naves terão que ser enormes, como a Enterprise, e transportar toda uma tripulação de astronautas. Mas com a ajuda da nanotecnologia, as principais funções de uma nave estelar podem ser contidas em um volume mínimo, e então não uma enorme nave, na qual a tripulação terá que viver por muitos anos, irá para as estrelas, mas milhões de minúsculos nanonaves. Talvez apenas uma pequena parte deles chegue ao destino, mas o principal será feito: ao chegar a um dos satélites do sistema de destino, esses navios construirão uma fábrica e garantirão a produção de um número ilimitado de exemplares próprios.

Vint Cerf acredita que as nanonaves podem ser usadas tanto para estudar o sistema solar quanto, com o tempo, para voos até as estrelas. Ele diz: “Se pudermos projetar nanodispositivos pequenos, mas poderosos, que possam ser facilmente transportados e entregues à superfície, abaixo da superfície e na atmosfera dos nossos planetas e luas vizinhos, a exploração do sistema solar se tornará muito mais eficiente... Essas mesmas capacidades podem ser estendidas à exploração interestelar”

Sabe-se que na natureza os mamíferos dão à luz apenas alguns filhotes e garantem que todos sobrevivam. Os insetos, por outro lado, produzem um grande número de filhotes, mas apenas um pequeno número deles sobrevive. Ambas as estratégias são suficientemente bem sucedidas para permitir a existência de espécies no planeta durante muitos milhões de anos. Da mesma forma, podemos enviar uma nave estelar muito cara para o espaço - ou milhões de pequenas naves estelares, cada uma das quais custará um centavo e consumirá muito pouco combustível.

O próprio conceito de nanonaves é baseado em uma estratégia de muito sucesso e amplamente utilizada na natureza: a estratégia de enxame. Pássaros, abelhas e similares geralmente voam em bandos ou enxames. Não é apenas que um grande número de parentes garanta segurança; Além disso, o rebanho atua como um sistema de alerta precoce. Se algo perigoso acontece em uma extremidade do rebanho - por exemplo, um ataque de um predador, todo o rebanho recebe instantaneamente informações sobre isso. O rebanho é muito eficiente e enérgico. Os pássaros, voando em uma figura característica em forma de V - uma cunha, usam fluxos turbulentos da asa de um vizinho da frente e, assim, facilitam seu vôo.

Os cientistas falam de um enxame, enxame ou família de formigas como um “superorganismo”, que em alguns casos possui inteligência própria, independente das habilidades dos indivíduos que o compõem. O sistema nervoso de uma formiga, por exemplo, é muito simples e o cérebro é muito pequeno, mas junta uma família de formigas é capaz de construir uma estrutura muito complexa - um formigueiro. Os cientistas esperam aproveitar as lições da natureza ao desenvolver robôs de “enxame” que um dia poderão realizar longas viagens para outros planetas e estrelas.

De certa forma, tudo isto lembra o conceito de “poeira inteligente”, que está a ser desenvolvido pelo Pentágono: milhares de milhões de partículas equipadas com minúsculos sensores estão espalhadas no ar e realizam reconhecimento. Cada sensor em si não tem inteligência e fornece apenas uma pequena quantidade de informação, mas juntos eles podem fornecer aos seus proprietários montanhas de todos os tipos de dados. A DARPA patrocinou pesquisas nesta área visando futuras aplicações militares – por exemplo, usando poeira inteligente para monitorar posições inimigas no campo de batalha. Em 2007 e 2009 A Força Aérea dos EUA divulgou planos detalhados de armas para as próximas décadas; há de tudo, desde versões avançadas do avião drone Predator (que custa hoje US$ 4,5 milhões) até enormes enxames de sensores minúsculos e baratos do tamanho de uma cabeça de alfinete.

Os cientistas também estão interessados ​​neste conceito. Enxames de poeira inteligente seriam úteis para o monitoramento em tempo real de um furacão em milhares de locais diferentes; da mesma forma poderiam observar-se trovoadas, erupções vulcânicas, terramotos, inundações, incêndios florestais e outros fenómenos naturais. No filme Twister, por exemplo, seguimos uma equipe de corajosos caçadores de furacões que arriscam a vida colocando sensores em torno de tornados. Isto não só é muito arriscado, mas também não é muito eficaz. Em vez de arriscar sua vida colocando vários sensores ao redor de uma cratera vulcânica durante uma erupção ou ao redor de um tornado caminhando pela estepe e recebendo deles informações sobre temperatura, umidade e velocidade do vento, seria muito mais eficaz espalhar poeira inteligente no ar e obter dados simultaneamente de milhares de pontos diferentes espalhados por uma área de centenas de quilômetros quadrados. Num computador, estes dados serão compilados numa imagem tridimensional que lhe mostrará em tempo real o desenvolvimento de um furacão ou as diferentes fases de uma erupção. As empresas comerciais já estão trabalhando em exemplos desses pequenos sensores, e alguns deles são, na verdade, menores que a cabeça de um alfinete.

Outra vantagem das nanonaves é que elas requerem muito pouco combustível para chegar ao espaço sideral. Embora enormes veículos de lançamento só possam acelerar a velocidades de 11 km/s, pequenos objetos como nanonaves são relativamente fáceis de lançar ao espaço a velocidades incrivelmente altas. Por exemplo, partículas elementares podem ser aceleradas a velocidades abaixo da luz usando um campo elétrico convencional. Se você der às nanopartículas uma pequena carga elétrica, elas também poderão ser facilmente aceleradas por um campo elétrico.

Em vez de gastar enormes quantias de dinheiro no envio de sondas interplanetárias, é possível dar a cada nanonave a capacidade de se replicar; assim, mesmo um nanobot poderia construir uma fábrica de nanobots ou até mesmo uma base lunar. Depois disso, novas sondas auto-replicantes partirão para explorar outros mundos. (O problema é criar o primeiro nanobot capaz de se autocopiar, e isso ainda é uma questão de um futuro muito distante.)

Em 1980, a NASA levou a ideia de um robô auto-replicante a sério o suficiente para encomendar um estudo especial da Universidade de Santa Clara chamado “Automação Avançada para Tarefas Espaciais” e examinou detalhadamente várias opções possíveis. Um dos cenários considerados pelos cientistas da NASA envolvia o envio de pequenos robôs auto-replicantes à Lua. Lá, os robôs tiveram que organizar a produção de sua própria espécie a partir de materiais improvisados.

O relatório deste programa foi dedicado principalmente à criação de uma fábrica de produtos químicos para o processamento do solo lunar (regolito). Supunha-se, por exemplo, que o robô pousaria na lua, se dividiria em suas partes constituintes e depois montaria uma nova configuração a partir delas - exatamente como um robô de brinquedo em transformação. Assim, o robô poderia montar grandes espelhos parabólicos para focar a luz solar e começar a derreter o regolito. Ele então usaria ácido fluorídrico para extrair metais utilizáveis ​​e outras substâncias do derretimento do regolito. Metais poderiam ser usados ​​para construir uma base lunar. Com o tempo, o robô também construiria uma pequena fábrica lunar para produzir suas próprias cópias.

Com base nos dados deste relatório, o Instituto de Conceitos Avançados da NASA lançou uma série de projetos baseados no uso de robôs auto-replicantes. Mason Peck, da Universidade Cornell, foi um dos que levou a sério a ideia de pequenas naves estelares.

Visitei o laboratório de Peck e vi com meus próprios olhos uma bancada repleta de todo tipo de componentes que um dia podem estar destinados a ir para o espaço. Ao lado da bancada havia também uma pequena sala limpa com paredes de plástico, onde eram montados finos componentes dos futuros satélites.

A visão de Peck sobre a exploração espacial é muito diferente de tudo o que vemos nos filmes de Hollywood. Sugere a possibilidade de criar um chip medindo um centímetro por centímetro e pesando um grama, que possa ser acelerado a 1% da velocidade da luz. Por exemplo, ele pode aproveitar o efeito sling, com o qual a NASA acelera suas estações interplanetárias a velocidades enormes. Esta manobra gravitacional envolve circundar o planeta; da mesma maneira, uma pedra em uma tipoia, presa por um cinto de gravidade, acelera, voa em círculo e é atirada na direção desejada. Aqui, a gravidade do planeta ajuda a dar velocidade adicional à espaçonave.

Mas Peck quer usar forças magnéticas em vez da gravidade. Ele espera forçar a microestrela a descrever um loop no campo magnético de Júpiter, que é 20.000 vezes mais intenso que o campo magnético da Terra e bastante comparável aos campos dos aceleradores terrestres capazes de acelerar partículas elementares a energias de trilhões de elétron-volts.

Ele me mostrou uma amostra - um microcircuito que, de acordo com seu plano, um dia poderia fazer uma longa jornada ao redor de Júpiter. Era um pequeno quadrado, menor que a ponta de um dedo, literalmente cheio de todo tipo de material científico. Em geral, o aparato interestelar de Peck será muito simples. De um lado, o chip possui uma bateria solar, que deve fornecer energia para comunicação, e do outro, um rádio transmissor, câmera de vídeo e outros sensores. Este dispositivo não tem motor e o campo magnético de Júpiter terá que acelerá-lo. (Infelizmente, em 2007, o Instituto de Conceitos Avançados da NASA, que financiou este e outros projectos inovadores para o programa espacial desde 1998, foi fechado devido a cortes orçamentais.)

Vemos que a ideia de naves estelares de Peck é muito diferente daquela aceita na ficção científica, onde enormes naves percorrem a vastidão do Universo sob o controle de uma equipe de bravos astronautas. Por exemplo, se uma base científica aparecesse em uma das luas de Júpiter, dezenas dessas pequenas naves poderiam ser lançadas em órbita ao redor do gigante gasoso. Se, entre outras coisas, uma bateria de canhões laser aparecesse nesta lua, as pequenas naves poderiam ser aceleradas a uma fração perceptível da velocidade da luz, dando-lhes aceleração usando um feixe de laser.

Um pouco mais tarde, fiz uma pergunta simples a Peck: ele poderia reduzir seu chip ao tamanho de uma molécula usando nanotecnologia? Então, mesmo o campo magnético de Júpiter não será necessário - eles podem ser acelerados a velocidades abaixo da luz em um acelerador convencional construído na Lua. Ele disse que era possível, mas ainda não havia acertado os detalhes.

Então pegamos um pedaço de papel e juntos começamos a escrever equações nele e descobrir o que resultaria dele. (É assim que nós, cientistas, nos comunicamos uns com os outros - vamos com giz até o quadro-negro ou pegamos um pedaço de papel e tentamos resolver um problema usando várias fórmulas.) Escrevemos uma equação para a força de Lorentz, que Peck propõe usar para acelerar suas naves perto de Júpiter. Em seguida, reduzimos mentalmente as naves ao tamanho de moléculas e as colocamos mentalmente em um acelerador hipotético como o Grande Colisor de Hádrons. Rapidamente percebemos que com a ajuda de um acelerador convencional colocado na Lua, nossas nanonaves poderiam ser aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz sem problemas. Ao reduzir o tamanho da nave estelar de uma placa centimétrica para uma molécula, fomos capazes de reduzir o acelerador necessário para acelerá-las; Agora, em vez de Júpiter, poderíamos usar um acelerador de partículas tradicional. A ideia parecia bastante realista para nós.

Porém, depois de analisar novamente as equações, chegamos a uma conclusão geral: o único problema aqui é a estabilidade e a força das nanonaves. O acelerador destruirá nossas moléculas? Como uma bola em uma corda, essas nanonaves experimentarão forças centrífugas ao acelerarem a velocidades próximas à da luz. Além disso, eles serão carregados eletricamente, de modo que até mesmo forças elétricas ameaçarão a sua integridade. A conclusão geral: sim, nanonaves são uma possibilidade real, mas serão necessárias décadas de pesquisa antes que o chip de Peck possa ser reduzido ao tamanho molecular e amplificado o suficiente para que chegar perto da velocidade da luz não o prejudique de forma alguma.

Enquanto isso, Mason Peck sonha em enviar um enxame de nanonaves para a estrela mais próxima, na esperança de que pelo menos algumas delas superem o espaço interestelar que nos separa. Mas o que farão quando chegarem ao seu destino?

É aqui que entra em cena o projeto de Pei Zhang, da Universidade Carnegie Mellon, no Vale do Silício. Ele criou toda uma flotilha de mini-helicópteros, que um dia podem estar destinados a voar para a atmosfera de um planeta alienígena. Ele me mostrou orgulhosamente seu enxame de minibots que pareciam helicópteros de brinquedo. No entanto, a simplicidade externa é enganosa. Vi claramente que cada um deles tinha um chip repleto dos componentes eletrônicos mais complexos. Com o pressionar de um botão, Zhang ergueu quatro minibots no ar, que imediatamente se espalharam em diferentes direções e começaram a nos transmitir informações. Muito em breve eu estava cercado por minibots por todos os lados.

Esses helicópteros, disse-me Zhang, deveriam fornecer assistência em circunstâncias críticas, como incêndio ou explosão; sua tarefa é a coleta e reconhecimento de informações. Com o tempo, os minibots podem ser equipados com câmeras de televisão e sensores de temperatura, pressão, direção do vento, etc.; No caso de uma catástrofe natural ou provocada pelo homem, essas informações podem ser vitais. Milhares de minibots poderiam ser lançados sobre um campo de batalha, um incêndio florestal ou (por que não?) sobre uma paisagem alienígena inexplorada. Todos eles se comunicam constantemente entre si. Se um minibot encontrar um obstáculo, os outros saberão imediatamente.

Assim, um cenário para viagens interestelares é disparar milhares de chips descartáveis ​​baratos, semelhantes ao chip de Mason Peck, em direção à estrela mais próxima, voando próximo à velocidade da luz. Se mesmo uma pequena parte deles chegar ao seu destino, as mini-naves liberarão suas asas ou hélices e, como o enxame mecânico de Pei Zhang, sobrevoarão uma paisagem alienígena sem precedentes. Eles enviarão informações via rádio diretamente para a Terra. Assim que planetas promissores forem descobertos, a segunda geração de mini-naves partirá; sua tarefa será construir fábricas perto de uma estrela distante para produzir as mesmas mini-naves, que então irão para a próxima estrela. O processo se desenvolverá indefinidamente.

Êxodo da Terra?

Em 2100, provavelmente enviaremos astronautas a Marte e ao cinturão de asteróides, exploraremos as luas de Júpiter e levaremos a sério o envio de sondas às estrelas.

Mas e a humanidade? Teremos colônias espaciais e elas conseguirão resolver o problema da superpopulação? Encontraremos um novo lar no espaço? A raça humana começará a deixar a Terra em 2100?

Não. Dado o custo das viagens espaciais, a maioria das pessoas não embarcará numa nave espacial e verá planetas distantes em 2100, ou mesmo muito mais tarde. Talvez por esta altura um punhado de astronautas tenha conseguido criar alguns pequenos postos avançados da humanidade noutros planetas e satélites, mas a humanidade como um todo permanecerá confinada à Terra.

Dado que a Terra será o lar da humanidade durante muitos mais séculos, perguntemo-nos: como se desenvolverá a civilização humana? Que impacto a ciência terá no estilo de vida, no trabalho e na sociedade? A ciência é o motor da prosperidade, por isso vale a pena pensar em como ela mudará a civilização humana e o nosso bem-estar no futuro.

Notas:

A base para determinar as coordenadas do usuário não é medir as mudanças de frequência, mas apenas o tempo de viagem dos sinais de vários satélites localizados a distâncias diferentes (mas conhecidas a cada momento) dele. Para determinar três coordenadas espaciais, em princípio, basta processar sinais de quatro satélites, embora normalmente o receptor “leve em consideração” todos os satélites em funcionamento que ouve no momento. Existe também um método mais preciso (mas também mais difícil de implementar) baseado na medição da fase do sinal recebido. - Aproximadamente. faixa

Ou em outra língua terrena, dependendo de onde o filme foi rodado. - Aproximadamente. faixa

O projecto TPF está de facto incluído nos planos de longo prazo da NASA há muito tempo, mas sempre permaneceu um “projecto de papel”, longe da fase de implementação prática. Nem este nem um segundo projecto da mesma área temática, o Terrestrial Planet Photographer (TPI), estão incluídos na proposta de orçamento para o ano fiscal de 2012. Talvez o seu sucessor seja a missão Novos Mundos para imagens e espectroscopia de planetas semelhantes à Terra, mas nada pode ser dito sobre o momento do seu lançamento. - Aproximadamente. faixa

Na realidade, não se tratava de sensibilidade, mas sim da qualidade da superfície do espelho. - Aproximadamente. faixa

Este projecto foi seleccionado em Fevereiro de 2009 para implementação conjunta pela NASA e pela Agência Espacial Europeia. No início de 2011, os americanos retiraram-se do projeto por falta de fundos e a Europa adiou a sua decisão de participar nele até fevereiro de 2012. O projeto Ice Clipper mencionado abaixo foi proposto para um concurso da NASA em 1997 e não foi aceito . - Aproximadamente. faixa

Infelizmente, o texto também está desatualizado nisso. Tal como o EJSM, este projecto conjunto perdeu o apoio dos EUA no início de 2011 e está em revisão, reivindicando os mesmos fundos no orçamento da EKA que o EJSM e o Observatório Internacional de Raios X IXO. Apenas um destes três projetos, de forma reduzida, poderá ser aprovado para implementação em 2012, podendo o lançamento ocorrer após 2020 – Nota. faixa

E alguns deles estão sendo questionados. - Aproximadamente. faixa

A rigor, este era o nome do programa da NASA concebido para cumprir os requisitos de Bush, cujas principais disposições são descritas pelo autor abaixo. - Aproximadamente. faixa

Os EUA têm foguetes e eles não precisam ser inventados do zero: a espaçonave Orion pode ser lançada por uma variante pesada – o porta-aviões Delta IV, e por navios particulares mais leves – em foguetes Atlas V ou Falcon-9. Mas não existe uma única nave espacial tripulada pronta e não existirá nos próximos três a quatro anos. - Aproximadamente. faixa

A questão, claro, não é a distância, mas o aumento e a diminuição da velocidade necessária para os voos. Também é aconselhável limitar a duração da expedição para minimizar a exposição da tripulação à radiação. No total, essas restrições podem resultar em um padrão de voo com um consumo de combustível muito elevado e, consequentemente, uma elevada massa do complexo expedicionário e seu custo. - Aproximadamente. faixa

Isso não é verdade. Gases quentes penetraram na asa esquerda do Columbia e, após aquecimento prolongado, privaram-na de força. A asa foi deformada, o navio perdeu sua única orientação correta ao frear na alta atmosfera e foi destruído por forças aerodinâmicas. Os astronautas morreram por despressurização e sobrecargas de choque insuportáveis. - Aproximadamente. faixa

Em fevereiro de 2010, a administração Obama anunciou o encerramento total do programa Constellation, incluindo a nave Orion, mas já em abril concordou em mantê-la como veículo de resgate da ISS. Em 2011, foi alcançado um consenso sobre o início imediato do financiamento do veículo lançador superpesado SLS baseado nos elementos do ônibus espacial e a continuação dos trabalhos no Orion sem um anúncio formal dos objetivos do promissor programa tripulado. - Aproximadamente. faixa

Nada como isso! Em primeiro lugar, os russos e os americanos, que agora voam juntos durante seis meses seguidos, aterram com boa saúde e são capazes de caminhar, embora com cautela, no dia da aterragem. Em segundo lugar, a condição dos cosmonautas soviéticos e russos era a mesma após voos recordes com duração de 366 e 438 dias, uma vez que os meios que desenvolvemos para combater os efeitos dos factores de voo espacial são suficientes para tais períodos. Em terceiro lugar, Andriyan Nikolaev e Vitaly Sevastyanov mal conseguiam rastejar depois de um voo recorde de 18 dias na Soyuz-9 em 1970, quando praticamente nenhuma medida preventiva ainda tinha sido aplicada. - Aproximadamente. faixa

Girar um navio ou parte dele em torno de seu eixo é bastante simples e quase não requer consumo adicional de combustível. Outra coisa é que pode não ser muito conveniente para a tripulação trabalhar nessas condições. No entanto, praticamente não existem dados experimentais sobre este assunto. - Aproximadamente. faixa

Esta estimativa popular do custo da ISS está incorreta porque inclui artificialmente os custos de todos os voos de transporte durante a sua construção e operação. O projeto e a fabricação de componentes de estações, instrumentação científica e controle de missão estão agora avaliados em aproximadamente US$ 58 bilhões ao longo de quase 30 anos (1984–2011). - Aproximadamente. faixa

O elevador espacial não pode terminar na altitude da órbita geoestacionária - para que fique suspenso e possa servir de suporte à movimentação das cabines de transporte, o sistema deve ser equipado com um contrapeso em altitude de até 100.000 km . - Aproximadamente. faixa

A segunda cópia desta espaçonave, NanoSail-D2, foi lançada em 20 de novembro de 2010 junto com o satélite Fastsat, separou-se dele em 17 de janeiro de 2011 e implantou com sucesso uma vela espacial com área de 10 m2. - Aproximadamente. faixa

Em maio de 2011, três “chip satélites” experimentais da equipe de Peck foram entregues à ISS para testes de resistência em condições do espaço sideral. - Aproximadamente. faixa

Tal transferência em si é uma tarefa difícil. - Aproximadamente. faixa

Os cientistas planetários estabeleceram prioridades no estudo do Sistema Solar.

Para as pessoas nascidas durante a era da exploração espacial, os livros sobre o sistema solar publicados antes de 1957 muitas vezes levam a um estado de choque. Quão pouco sabia a geração mais velha, sem sequer ter ideia dos enormes vulcões e cânions de Marte, em comparação com os quais o Monte Everest parece um formigueiro florestal, e o Grand Canyon parece uma vala à beira da estrada. Talvez se acreditasse anteriormente que sob as nuvens de Vênus poderia haver uma luxuosa selva úmida, ou um deserto seco sem fim, ou um oceano agitado, ou enormes pântanos de alcatrão - qualquer coisa, mas não o que realmente acabou sendo: enormes campos vulcânicos - cenas da inundação de magma congelado de Noé. A aparência de Saturno antes parecia monótona: dois anéis vagos, enquanto hoje podemos admirar centenas e milhares de anéis elegantes. Os satélites dos planetas gigantes eram manchas, não paisagens fantásticas com lagos de metano e gêiseres de poeira.

Naqueles anos, todos os planetas pareciam pequenas ilhas de luz e a Terra parecia muito maior do que é hoje. Ninguém jamais viu nosso planeta de fora: mármore azul sobre veludo preto, coberto por uma fina camada de água e ar. Ninguém sabia que a Lua devia o seu nascimento ao impacto, ou que a morte dos dinossauros ocorreu ao mesmo tempo. Ninguém entendeu completamente como a humanidade poderia mudar completamente o meio ambiente de todo o planeta. Além disso, a era espacial enriqueceu-nos com conhecimentos sobre a natureza e abriu novas perspectivas.

Desde o lançamento do Sputnik, a exploração planetária teve vários altos e baixos. Por exemplo, na década de 1980. o trabalho quase parou. Hoje, dezenas de sondas de diferentes países percorrem o sistema solar – de Mercúrio a Plutão. Mas o orçamento está a ser cortado, as despesas estão a aumentar e nem sempre conduzem ao resultado desejado, o que lança uma sombra sobre a NASA. A agência atravessa atualmente um período difícil em sua história desde que Nixon encerrou o programa Apollo, há 35 anos.

“Os especialistas da NASA continuam em busca de áreas prioritárias para pesquisa”, diz Anthony Janetos ( Antonio Janetos) do Pacific Northwest National Laboratory, membro do National Research Council (NRC), que supervisiona o programa de observação da Terra da NASA. -Eles estão explorando o espaço? Eles estão estudando o homem ou fazendo ciência pura? Eles estão correndo em direção às galáxias ou estão limitados ao sistema solar? Eles estão interessados ​​em ônibus espaciais e estações espaciais ou apenas na natureza do nosso planeta?”

Em princípio, este desenvolvimento de acontecimentos deveria dar frutos. Não só os programas de sondas robóticas devem ser revividos, mas também os voos espaciais tripulados. O presidente George W. Bush estabeleceu em 2004 a meta de pisar na Lua e em Marte. Apesar da controvérsia desta ideia, a NASA aproveitou-a. Mas a dificuldade foi que rapidamente se tornou um mandato sem financiamento e forçou a agência a romper o muro que tradicionalmente “protege” a ciência e os programas tripulados de excessos de custos. “Acho que todos sabem que a agência não tem dinheiro suficiente para fazer todo o trabalho que precisa ser feito”, diz Bill Claybaugh ( Bill Claybaugh), Diretor de Pesquisa e Análise da NASA. “Também não chove dinheiro como ouro nas agências espaciais de outros países.”

O NRC por vezes dá um passo atrás e questiona-se sobre como está a ciência planetária em todo o mundo. Portanto, apresentamos uma lista de metas prioritárias.

1. Monitoramento do clima da Terra

Em 2005, um painel do Conselho Nacional de Investigação concluiu: “existe o risco de o sistema de satélites ambientais falhar”. Desde então a situação mudou. A NASA transferiu US$ 600 milhões ao longo de cinco anos de projetos de exploração da Terra para apoiar programas para o ônibus espacial e a estação espacial. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento de um novo sistema nacional de satélites de observação da Terra em órbita polar ultrapassou o orçamento e deve ser cortado. Isso se aplica a instrumentos que estudam o aquecimento global, medindo a radiação solar incidente na Terra e os raios infravermelhos refletidos na superfície terrestre.

Como resultado, mais de 20 satélites do Sistema de Observação da Terra deixarão de funcionar mesmo antes de novos dispositivos virem para substituí-los. Cientistas e engenheiros esperam poder mantê-los em funcionamento por algum tempo. “Estamos prontos para trabalhar, mas agora precisamos de um plano”, diz Robert Cahalan ( Roberto Cahalan), chefe da Divisão de Clima e Radiação do Goddard Space Flight Center da NASA. “Você mal pode esperar que eles quebrem.”

Se os satélites deixarem de funcionar antes da chegada dos substitutos, haverá uma lacuna de dados que dificultará o acompanhamento das alterações. Por exemplo, se a próxima geração de dispositivos notar que o Sol ficou mais brilhante, será difícil entender se isso é realmente assim ou se os instrumentos estão calibrados incorretamente. A menos que sejam realizadas observações contínuas por satélite, esta questão não pode ser resolvida. Observações da superfície da Terra por satélites Landsat, realizadas desde 1972, foram descontinuadas há vários anos, e o Departamento de Agricultura dos EUA é forçado a comprar dados de satélites indianos para monitorar a colheita.

O NRC apela à restauração do financiamento e ao lançamento de 17 novas naves espaciais que monitorizam a cobertura de gelo e o dióxido de carbono durante a próxima década para estudar como tais factores influenciam o clima e melhorar os métodos de previsão. Infelizmente, a investigação climática fica presa entre a observação meteorológica de rotina (trabalho da NOAA) e a ciência (trabalho da NASA). “O principal problema é que ninguém tem a tarefa de monitorar o clima”, diz o climatologista Drew Schindel ( Drew Shindell) do Centro de Pesquisa Espacial Goddard da NASA. Como muitos outros cientistas, ele acredita que os programas climáticos governamentais, distribuídos por diferentes departamentos, deveriam ser reunidos e transferidos para um departamento que tratará apenas deste tema.

Plano de ação

• Financiar 17 novos satélites propostos pela NASA na próxima década (custo: cerca de 500 milhões de dólares por ano).
• Estabelecer um escritório de pesquisa climática.

2. Preparando proteção contra asteróides

Ameaça de asteróide

Asteróides com diâmetro de 10 km (assassinos de dinossauros) caem na Terra em média uma vez a cada 100 milhões de anos. Asteróides com diâmetro de cerca de 1 km (destruidores globais) - uma vez a cada meio milhão de anos. Asteróides com 50 m de tamanho, capazes de destruir uma cidade, ocorrem uma vez a cada milênio.

A Pesquisa de Defesa Espacial identificou mais de 700 corpos com quilômetros de tamanho, mas todos eles não serão perigosos para nós nos próximos séculos. No entanto, esta pesquisa não será capaz de detectar mais de 75% desses asteróides.

A chance de que entre os 25% não detectados haja um asteroide que caia na Terra é pequena. O risco médio é de até 1 mil mortes por ano. O risco de asteróides menores é, em média, de até 100 pessoas por ano.

O asteróide é tão grande e a sonda espacial é tão pequena... mas dê um tempo, e mesmo um foguete fraco pode desviar a rocha gigante de sua órbita perigosa

Tal como a monitorização do clima, proteger o planeta dos asteróides parece estar entre duas coisas. Nem a NASA nem a Agência Espacial Europeia ( Agência Espacial Europeia, ESA) não têm mandato para salvar a humanidade. A melhor coisa que fizeram foi o programa Survey for Space Defense ( Pesquisa da Guarda Espacial, NASA) com um orçamento de US$ 4 milhões por ano para procurar no espaço próximo à Terra corpos com diâmetro superior a 1 km, que podem causar danos não apenas a qualquer região do planeta, mas também à Terra como um todo . No entanto, até agora ninguém está empenhado numa busca sistemática por “destróieres regionais” mais pequenos, dos quais deveria haver cerca de 20 mil nas proximidades da Terra. Também não existe uma Direcção de Ameaças Espaciais que soasse o alarme, se necessário. Se existisse tecnologia de segurança, seriam necessários pelo menos 15 anos para fornecer proteção contra uma intrusão perigosa. “Não existe um plano abrangente nos EUA neste momento”, diz Larry Lemke ( Larry Lemke), engenheiro do Aimson Center da NASA.

Em resposta a um pedido do Congresso em março de 2007, a NASA publicou um relatório afirmando que a detecção de corpos com tamanhos variando de 100 a 1000 m poderia ser confiada ao Large Survey Telescope ( Grande Telescópio Sinóptico de Pesquisa, LSST), desenvolvido para pesquisar o céu e procurar novos objetos. Os desenvolvedores deste projeto acreditam que na forma como o telescópio foi concebido, ele será capaz de detectar 80% desses corpos em 10 anos de operação (2014-2024). Com mais US$ 100 milhões investidos no projeto, a eficiência poderia aumentar para 90%.

Como todos os instrumentos terrestres, as capacidades do telescópio LSST são limitadas. Em primeiro lugar, tem um ponto cego: pode observar os objetos mais perigosos movendo-se perto da órbita da Terra, ligeiramente à frente ou atrás do nosso planeta, apenas nos raios da manhã ou da madrugada, quando os raios do sol tornam difícil detectá-los. Em segundo lugar, este telescópio pode determinar a massa de um asteróide apenas indiretamente - pelo seu brilho. Nesse caso, a estimativa de massa pode diferir pela metade: um grande asteroide escuro pode ser confundido com um pequeno, mas leve. “E esta distinção pode ser muito importante se precisarmos de proteção”, diz Claybaugh.

Para resolver esses problemas, a NASA decidiu construir um telescópio espacial infravermelho de US$ 500 milhões e colocá-lo em órbita ao redor do Sol. Será capaz de detectar qualquer ameaça à Terra e, observando corpos celestes em diferentes comprimentos de onda, determinar sua massa com um erro não superior a 20%. “Se você quiser fazer certo, você precisa observar o infravermelho do espaço”, diz Donald Yeomans ( Donald Yeomans) do Laboratório de Propulsão a Jato, coautor do relatório.

O que fazer se o asteróide já estiver se movendo em direção ao nosso planeta? A regra é que para desviar um asteróide pelo raio da Terra, é necessário alterar sua velocidade dez anos antes do impacto em um milímetro por segundo, empurrando-o com uma explosão nuclear ou puxando-o para trás com atração gravitacional.

Em 2004, a Comissão de Expedições a Objetos Próximos à Terra da NASA recomendou testes. De acordo com o projeto Don Quixote, de US$ 400 milhões, ele deveria mudar sua trajetória ao atingir um obstáculo de quatrocentos quilos. A liberação de material após a colisão como resultado do efeito de reação mudará a direção do asteróide, mas ninguém sabe quão forte será esse efeito. Determinar isso é a principal tarefa do projeto. Os cientistas devem encontrar um corpo em uma órbita tão distante que o impacto não o coloque acidentalmente em rota de colisão com a Terra.

Na primavera de 2008, a ESA concluiu o anteprojeto e imediatamente o colocou na prateleira por falta de dinheiro. Para implementar seus planos, tentará unir forças com a NASA e/ou a Agência Espacial Japonesa ( Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, JAXA).

Plano de ação

• Pesquisa avançada de asteróides, incluindo corpos pequenos, possivelmente usando um telescópio espacial infravermelho dedicado.
• Experimente a deflexão controlada de um asteróide.
• Desenvolvimento de um sistema formal para avaliar perigos potenciais.

3. Procure uma nova vida

Antes do lançamento do satélite, os cientistas consideravam o sistema solar um verdadeiro paraíso. Então o otimismo diminuiu. Acontece que a irmã da Terra é um inferno. Ao aproximarem-se do poeirento Marte, os Navegantes descobriram que a sua paisagem de crateras era semelhante à da Lua; Sentados em sua superfície, os vikings não conseguiram encontrar uma única molécula orgânica. Mais tarde, porém, foram descobertos locais adequados para a vida. Marte ainda se mostra promissor. As luas planetárias, especialmente Europa e Encélado, parecem ter grandes mares subterrâneos e enormes quantidades de matéria-prima para a formação de vida. Até Vênus pode ter sido coberto por um oceano. Em Marte, a NASA não procura os organismos em si, mas sim vestígios da sua existência no passado ou no presente, concentrando-se na presença de água. A última sonda Phoenix, lançada em Agosto, deverá aterrar na inexplorada região polar norte em 2008. Este não é um rover, mas um dispositivo estacionário com um manipulador capaz de cavar vários centímetros de profundidade no solo em busca de depósitos de gelo. O Mars Science Laboratory também está se preparando para o vôo ( Laboratório de Ciências de Marte, MSL) é um rover de Marte do tamanho de um carro, avaliado em US$ 1,5 bilhão, com lançamento previsto para o final de 2009 e pouso um ano depois.

Mas gradualmente os cientistas voltarão à busca direta de organismos vivos ou de seus restos mortais. A ESA planeja lançar a sonda ExoMars em 2013 ( ExoMarte), equipado com o mesmo laboratório dos Vikings, e uma broca capaz de penetrar 2 m de profundidade no solo – o suficiente para atingir camadas onde os compostos orgânicos não são destruídos.

Muitos cientistas planetários consideram prioritário o estudo das rochas trazidas de Marte para a Terra. Analisar mesmo uma pequena quantidade dele proporcionará uma oportunidade de penetrar profundamente na história do planeta, como o programa Apollo fez para a Lua. Problemas orçamentários da NASA adiaram o projeto multibilionário para 2024, mas a agência já começou a atualizar o MSL para poder preservar amostras da coleção.

Para a lua de Júpiter, Europa, os cientistas também gostariam de ter um orbitador para medir como a forma da lua e o campo gravitacional respondem às influências das marés de Júpiter. Se houver líquido dentro do satélite, sua superfície subirá e descerá 30 m e, caso contrário, apenas 1 m. Um magnetômetro e um radar o ajudarão a olhar sob a superfície e possivelmente a sentir o oceano, e as câmeras o ajudarão a mapear o oceano. superfície em preparação para pouso e perfuração.

Uma extensão natural do trabalho da Cassini perto de Titã seria um orbitador e um módulo de pouso. A atmosfera de Titã é semelhante à da Terra, o que possibilita a utilização de um balão de ar quente que pode descer à superfície de vez em quando e colher amostras. O propósito de tudo isso, aponta Jonathan Lunin ( Jonathan Luna) da Universidade do Arizona iria “analisar a matéria orgânica da superfície para testar se há progresso na auto-organização da substância que muitos especialistas acreditam ter iniciado a origem da vida na Terra”.

Em janeiro de 2007, a NASA começou a revisar esses projetos. A agência planeia fazer uma escolha entre a Europa e Titã em 2008. A investigação de 2 mil milhões de dólares poderá ser lançada nos próximos dez anos. O segundo corpo celeste terá que esperar mais dez anos.

No final, pode acontecer que a vida terrena seja única. Isto seria triste, mas não significaria que todos os esforços foram em vão. De acordo com Bruce Jakoski ( Bruce Jacobsky), diretor do Centro de Astrobiologia da Universidade do Colorado, a astrobiologia nos permite entender o quão diversa a vida pode ser, quais são seus pré-requisitos e como ela começou em nosso planeta há 4 bilhões de anos.

Plano de ação

• Obtenção de amostras de solo marciano.
• Preparando-se para a exploração de Europa e Titã.

4. A pista sobre a origem dos planetas

Tal como a origem da vida, a formação dos planetas foi um processo complexo e de várias etapas. Júpiter foi o primeiro e depois governou os outros. Quanto tempo durou essa educação? Ou terá origem numa única compressão gravitacional, como uma pequena estrela? Formou-se longe do Sol e depois aproximou-se dele, como evidenciado pelo seu teor anormalmente elevado de elementos pesados? E ele poderia, ao mesmo tempo, empurrar pequenos planetas em seu caminho? O satélite Juno de Júpiter, que a NASA planeia lançar em 2011, deverá ajudar a responder a estas questões.

O desenvolvimento da ideia da sonda Stardust, que em 2006 entregou amostras de poeira da cabeleira que circunda o núcleo sólido do cometa, também ajudaria a compreender a formação dos planetas. De acordo com o líder do projeto Donald Brownlee ( Donald Brownlee) da Universidade de Washington, Stardust mostrou que os cometas eram coletores colossais de material de nebulosas protossolares no início da formação do sistema solar, que foi congelado em gelo e preservado até hoje. "A Stardust trouxe notáveis ​​grãos de poeira do interior do sistema solar, de fontes extrasolares e, aparentemente, até de objetos destruídos como Plutão, mas são muito poucos." A JAXA planeja obter amostras de núcleos de cometas.

A Lua também pode se tornar uma plataforma para pesquisas astroarqueológicas. Foi uma espécie de Pedra de Roseta para a compreensão da história dos impactos no jovem Sistema Solar, porque ajudou a ligar a idade relativa da superfície, determinada pela contagem de crateras, com a datação absoluta das amostras devolvidas pela Apollo e pela Luna russa. Mas na década de 1960. os desembarcadores visitaram apenas alguns lugares. Eles não chegaram à Cratera Aitken, uma bacia do tamanho de um continente no outro lado, cuja idade pode indicar quando terminou a formação do planeta. A NASA agora está considerando enviar um robô para lá para coletar amostras e trazê-las de volta à Terra.

Outro mistério do sistema solar é que os asteroides do Cinturão Principal parecem ter se formado antes de Marte, que por sua vez se formou antes da Terra. Parece que uma onda de formação planetária estava se aproximando, provavelmente desencadeada por Júpiter. Mas será que Vênus se enquadra nesse padrão? Afinal, este planeta, com as suas nuvens ácidas, enorme pressão e temperaturas infernais, não é o local mais agradável para pousar. Em 2004, o NRC recomendou a implantação de um balão que pudesse descer brevemente à superfície, colher amostras e depois ganhar a altitude necessária para analisá-las ou enviá-las de volta à Terra. Em meados da década de 1980. A União Soviética já enviou uma nave espacial para Vênus e agora a Agência Espacial Russa está planejando lançar um novo módulo de pouso.

O estudo da formação planetária é, em alguns aspectos, semelhante aos estudos da origem da vida. Vênus está localizado na borda interna da zona de vida, Marte está na borda externa e a Terra está no meio. Compreender as diferenças entre estes planetas significa avançar na procura de vida fora do sistema solar.

Plano de ação

• Obtenha amostras de matéria dos núcleos dos cometas, da Lua e de Vênus.

5. Além do sistema solar

Há dois anos, as lendárias Voyagers superaram a crise financeira. Quando a NASA anunciou que iria encerrar o projeto, o clamor público os forçou a continuar trabalhando. Nada feito pelo homem esteve tão longe de nós quanto a Voyager 1: 103 unidades astronômicas (UA), ou seja, 103 vezes mais longe do Sol do que a Terra, e adicionando outros 3,6 u.a. Em 2002 ou 2004 (de acordo com várias estimativas), atingiu a misteriosa fronteira multicamadas do Sistema Solar, onde as partículas do vento solar colidem com um fluxo de gás interestelar.

Mas as Voyagers foram projetadas para explorar os planetas exteriores, não o espaço interestelar. As suas fontes de energia de plutónio estão a secar. A NASA há muito pensa em criar uma sonda especial, e o relatório do NRC sobre física solar de 2004 aconselha a agência a começar a trabalhar nessa direção.

Limites externos

A sonda interestelar deverá explorar a região fronteiriça do sistema solar, onde o gás ejetado do Sol encontra o gás interestelar. Deve ter velocidade, durabilidade e equipamentos que Voyagers e Pioneers não possuem.

A sonda deve medir o conteúdo de aminoácidos das partículas interestelares para determinar quanta matéria orgânica complexa entrou no sistema solar vinda de fora. Ele também precisa encontrar partículas de antimatéria que possam nascer em buracos negros em miniatura ou em matéria escura. Deve determinar como a borda do sistema solar reflete a matéria, incluindo os raios cósmicos que podem influenciar o clima da Terra. Ele também precisa descobrir se existe um campo magnético no espaço interestelar que nos rodeia, que pode desempenhar um papel importante na formação de estrelas. Esta sonda pode ser usada como um telescópio espacial em miniatura para realizar observações cosmológicas livres da influência da poeira interplanetária. Ajudaria a estudar a chamada Anomalia Pioneer, uma força inexplicável que atua nas duas sondas espaciais distantes Pioneer 10 e Pioneer 11, e também testaria a teoria da relatividade geral de Einstein, indicando onde a gravidade do Sol coleta raios de luz de fontes distantes em foco. . Poderia ser usado para estudar detalhadamente uma das estrelas próximas, como Epsilon Eridani, embora demorasse dezenas de milhares de anos para chegar lá.

Para alcançar um corpo celeste a uma distância de centenas de unidades astronômicas durante a vida do cientista (e da fonte de energia do plutônio), é necessário acelerar a uma velocidade de 15 UA. no ano. Para isso, você pode usar uma das três opções - pesado, médio ou leve, respectivamente, com motor iônico movido por reator nuclear ou vela solar.

As sondas pesadas (36 t) e médias (1 t) foram desenvolvidas em 2005 por equipes lideradas por Thomas Zurbuchen ( Thomas Zurbuchen) da Universidade de Michigan em Ann Arbor e Ralph McNutt ( Ralph McNutt) do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. Mas a opção mais fácil parece mais aceitável para lançamento. A ESA está agora a considerar uma proposta de uma equipa internacional de cientistas liderada por Robert Wimmer-Schweingruber ( Robert Wimmer-Schweingruber) da Universidade de Kiel, Alemanha. A NASA também pode aderir a este projeto.

Uma vela solar com diâmetro de 200 m será capaz de acelerar uma sonda de quinhentos quilos. Depois de ser lançado da Terra, ele deve correr em direção ao Sol e passar o mais próximo possível dele (dentro da órbita de Mercúrio) para captar uma poderosa onda de luz solar. Como um windsurfista, a espaçonave irá virar. Antes da órbita de Júpiter, ele deve largar a vela e voar livremente. Mas primeiro os engenheiros devem desenvolver uma vela que seja leve o suficiente e testá-la em uma versão simplificada.

“Tal missão sob os auspícios da ESA ou da NASA seria o próximo passo lógico na exploração espacial”, diz Wimmer-Schweingruber. Ao longo dos próximos 30 anos, o custo deste projecto é estimado em 2 mil milhões de dólares. O estudo dos planetas ajudar-nos-á a compreender como a Terra se enquadra no esquema global, e o estudo da nossa vizinhança interestelar ajudar-nos-á a descobrir o mesmo para todo o sistema solar.

Tendo rompido o firmamento com seu “Vostok 1”, ele caiu direto no espaço. O mundo foi conquistado. As senhoras gritaram, jogando flores aos pés do herói, e os líderes de todos os países, a afetada Rainha da Inglaterra e o bem-humorado revolucionário Fidel abraçaram o homem mais encantador que já viveu como seu irmão. Depois houve o cosmonauta Leonov, que foi para o espaço exterior, Tereshkova, um voo para a Lua, a privação do direito de Plutão de ser chamado de planeta, e nenhum progresso cósmico visível. Ok, o escritor de ficção científica Bradbury aceitou isso, mas Sergei Pavlovich Korolev ficaria muito insatisfeito. Como podemos explicar a ele que a humanidade nem sequer esteve na Lua?

É uma pena, camaradas. Mas nos últimos anos assistimos a uma grande mudança e, se tudo correr conforme o planeado, a década entre 2020 e 2030 promete ser a nossa nova década de 60. Vamos ver no que a Roscosmos, a NASA e a Agência Espacial Europeia estão trabalhando agora.

1. Fuja do asteróide. Versão 1

As ideias sagradas do filme “Armagedom”, mais fantásticas que científicas, estão vivas nos corações dos exploradores espaciais. Somente tudo ocorrerá sem vítimas humanas. Um drone simplesmente pousará na superfície áspera do asteróide e redirecionará o corpo vagando sem pensar para uma órbita estável ao redor da Lua ou da Terra.

Isso não é necessário para salvar a Terra, e não é um capricho, o asteróide será simplesmente usado para fins de treinamento. Em primeiro lugar, neste asteróide você pode ensaiar o pouso na Lua, em Marte e em outros corpos cósmicos, para que os astronautas saibam como se comportar nesta situação. Além disso, será possível fazer análises do solo do asteroide, o que ajudará a obter novas informações sobre a origem do Sistema Solar. Como exatamente o corpo celeste será capturado ainda não foi decidido. As opções consideradas incluem o uso de um recipiente inflável gigante para segurar o asteróide.

2. Fuja do asteróide. Versão 2

A Agência Espacial Europeia tem a sua própria visão de combate aos asteróides, que se assemelha mais ao método canónico do filme. O projeto AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) é a primeira missão da humanidade ao duplo asteroide Didim, que se aproximará do nosso planeta em 11 milhões de quilómetros em 2022. O diâmetro do corpo principal é de cerca de 800 metros, o seu satélite - 150 metros. Ambos os asteroides orbitam em torno de um centro de massa comum a uma distância de cerca de um quilômetro.

Em 2014, o projeto foi chamado de , mas depois, como sempre, o dinheiro acabou e a NASA veio em socorro. Agora, em caso de sucesso, os louros terão que ser divididos.

A sonda impactadora DART desenvolvida pela NASA irá colidir com o satélite do asteróide a uma velocidade de cerca de 6,5 quilómetros por segundo, e o aparelho AIM da Agência Espacial Europeia (ESA) irá empenhar-se na exploração orbital dos dois corpos celestes, bem como do consequências da colisão da “sonda de suicídio”. O experimento de impacto deve ajudar os especialistas a entender se é possível tirar um asteroide da órbita.

3. Base lunar

De acordo com relatos não confirmados, isso acontecerá no início da década de 2030, quase 70 anos depois que o homônimo do brilhante bluesman supostamente colocou os pés lá. Mas desta vez está prevista não apenas uma visita de cortesia, mas um enraizamento completo no satélite. A base será projetada para 2 a 3 pessoas e não será apenas uma espécie de pit stop para tripulações que partem para explorar planetas mais distantes, mas também uma espécie de mina. Quem não sabia, eles planejam extrair hidrogênio na Lua e depois transformá-lo em combustível para foguetes.

4. "Luna-Glob"

No entanto, os nossos corajosos astronautas também estão olhando para a Lua. Na verdade, este é o único projeto independente desta escala que a Rússia ainda não abandonou.

É verdade que a criação de uma base espacial na Lua ainda é uma perspectiva distante, mas projetos de estações automáticas interplanetárias para o estudo de um satélite artificial da Terra são bastante viáveis ​​​​no momento, e há vários anos o principal na Rússia tem sido o Programa Luna-Glob - na verdade, o primeiro passo necessário para um potencial assentamento lunar.

A sonda irá desenvolver o mecanismo de pouso na superfície lunar e estudará o solo lunar - perfurando para coletar amostras do solo e analisá-lo posteriormente quanto à presença de gelo (a água é necessária tanto para a vida dos astronautas quanto potencialmente como combustível de hidrogênio para foguetes ).

O lançamento do aparelho foi adiado diversas vezes por diversos motivos, e até agora paramos em 2015. No futuro, antes do voo tripulado previsto para a década de 2030, está previsto o lançamento de várias outras sondas mais pesadas, incluindo a Luna-Resurs, que também estudará a Lua e outras medidas preparatórias necessárias para o futuro pouso de astronautas.

Mas não se apresse em criticar a nossa dignidade cósmica. A Rússia, por exemplo, envia constantemente astronautas americanos, europeus, canadianos e japoneses para o espaço. Os assentos nas Soyuzs domésticas estarão esgotados nos próximos anos. Outros países estão a adoptar a experiência russa na preparação para voos espaciais. Na França, foi lançado recentemente um programa de treinamento de cosmonautas russos que simula a ausência de gravidade.

Não se esqueça que durante muito tempo fomos os únicos no ramo de envio de milionários como turistas espaciais.

Primeiro precisamos resolver problemas com o cosmódromo de Plesetsk, desenvolver o GLONASS, elaborar sistemas de manutenção para naves espaciais individuais em órbita e fazer outras pequenas coisas sem as quais a exploração espacial é impossível. Então está tudo pela frente, Yura ainda terá orgulho de nós.

5. Encaminhar para Júpiter

Júpiter parece um planeta muito promissor para futuras explorações espaciais. E ele também não teve tempo de ficar nervoso como Marte ou a Lua. Os pesquisadores estão especialmente interessados ​​no satélite do planeta Europa com suas extensões geladas. Devido à sua grande distância do Sol, Europa recebe muito pouco calor, mas é possível que sob o gelo exista água líquida, aquecida pela atividade tectônica nas entranhas do planeta. Para chegar até lá, você precisará de um criobot - um dispositivo capaz de abrir caminho através do gelo com vários quilômetros de espessura usando influência térmica. A NASA já está trabalhando em um dispositivo desse tipo, que eles chamam de Valquíria. O dispositivo aquece água usando uma fonte de energia nuclear embarcada e direciona o jato sobre o gelo, derretendo-o. A Valquíria então coleta a água derretida e repete o procedimento, avançando gradativamente. Durante os testes no Alasca, a amostra superou oito quilômetros de gelo ao longo de um ano. Com isso, caso a expedição aconteça, os cientistas esperam descobrir pela primeira vez condições adequadas para a origem da vida.

No entanto, os europeus, ávidos de glória, estão tentando com todas as suas forças tomar para si os louros dos exploradores de Júpiter. Em 2022, eles enviarão a estação automática interplanetária Jupiter Icy Moon Explorer para Júpiter. O satélite explorará imediatamente os três maiores e mais próximos satélites de Júpiter do chamado grupo galileu: Europa, Ganimedes e Calisto. Se for lançado com sucesso no horário programado, o dispositivo chegará ao sistema de Júpiter em 2030.

6. Voo para Alfa Centauri

As expedições dentro do sistema solar não impressionam a todos, alguns como Alpha Centauri. Toda a esperança reside apenas na “Nave Espacial Centenária” - um projeto conjunto da NASA e da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA. Se tudo estiver em ordem, a humanidade irá para a estrela mais próxima de nós, fora do sistema solar, durante a vida dos atuais recém-nascidos. No mínimo, os líderes do projeto esperam criar as tecnologias necessárias para as viagens interestelares nos próximos 100 anos, como um motor de antimatéria. Também será necessário pensar em medidas que evitem as consequências de uma longa permanência no espaço para o corpo humano. Dado o estado actual da ciência, as probabilidades de sucesso da missão parecem insignificantes. No entanto, o projeto está sendo cada vez mais financiado, então há chances.

7. Telescópio Espacial James Webb

O telescópio Hubble tem um sucessor que está em desenvolvimento há 20 anos. Mas essa longa espera vale a pena - a humanidade finalmente poderá observar os objetos mais distantes do universo, localizados a bilhões de anos-luz de nós. Por exemplo, será possível vislumbrar algumas das primeiras estrelas e galáxias formadas após o Big Bang. No entanto, nem tudo é tão otimista - muitos astrofísicos não estão confiantes na eficácia desta ocular, especialmente após inúmeras falhas durante os testes e intermináveis ​​​​superávits orçamentários. Mas espere e veja, não resta muito tempo, apenas um ano.

8. Viagem a Marte

Dizem tanto que por algum motivo parece que já voamos para lá. Além disso, não apenas a NASA, mas também as iniciantes SpaceX e Blue Origin estão competindo pelo voo. Por outro lado, a NASA não tem pressa e acredita que é melhor calcular todos os riscos da Terra antes de ficar com a cara azul, fazer uma série de testes (um asteróide para ajudar) e só então enviar as pessoas para o massa interestelar. Eles planejam fazer isso em 2030, mas, muito provavelmente, o vôo será adiado, porque há alguns anos o pessoal da agência espacial só reclama da falta de orçamento. A empresa holandesa Mars One planeja enviar uma expedição em 2026, mas este projeto é periodicamente comprometido pelo fato de ser simplesmente insustentável. Alguns candidatos ao voo afirmam que os organizadores de todo este movimento não arrecadaram o dinheiro necessário, mas continuam a esperar patrocínio.

A Agência Espacial Europeia também tem o seu próprio plano para uma missão a Marte. Estes camaradas querem levar um homem a Marte perto de 2033. A direção da agência afirma que devido ao baixo financiamento, serão obrigados a recorrer à cooperação internacional. Por exemplo, a Rússia está envolvida em uma das etapas do programa chamado ExoMars. Mas esta fase não está associada, mas sim ao estudo da possibilidade de vida nela.

Hoje, as principais agências espaciais reconhecem o programa SpaceX como o mais promissor em termos de exploração de Marte. Isto se deve em grande parte ao foguete Falcon 9, que hoje entrega carga para a ISS. Uma característica especial do foguete é a capacidade de pousar o primeiro estágio para reutilização. Esta tecnologia é perfeita para missões a Marte.

O sistema de lançamento espacial Startram proposto, que custaria cerca de 20 mil milhões de dólares para iniciar a construção e implementação, promete a capacidade de colocar em órbita cargas pesando até 300.000 toneladas a um preço muito acessível de 40 dólares por quilograma de carga útil. Considerando que o custo atual de entrega de 1 kg de carga útil ao espaço é, na melhor das hipóteses, de US$ 11 mil, o projeto parece muito interessante.

O projeto Startram não exigirá foguetes, combustível ou motores iônicos. Em vez de tudo isso, será usada aqui a tecnologia de repulsão magnética. É importante notar que o conceito de trem de levitação magnética está longe de ser novo. Já existem trens em operação na Terra que se movem ao longo de uma superfície magnética a uma velocidade de cerca de 600 quilômetros por hora. No entanto, todos estes maglevs (utilizados principalmente no Japão) têm um grande obstáculo que limita a sua velocidade máxima. Para que estes comboios atinjam todo o seu potencial e atinjam as velocidades mais elevadas possíveis, precisamos de nos livrar das intempéries que os atrasam.

O projeto Startram propõe uma solução para este problema através da construção de um longo túnel de vácuo suspenso a uma altitude de cerca de 20 quilómetros. Nessa altitude, a resistência do ar torna-se menos pronunciada, o que permitirá que os lançamentos espaciais sejam realizados em velocidades muito maiores e com muito menos arrasto. A espaçonave será literalmente lançada no espaço, sem a necessidade de superar a atmosfera. Um tal sistema exigiria cerca de 20 anos de trabalho e investimentos totalizando 60 mil milhões de dólares.

Apanhador de asteróides

Entre os fãs de ficção científica, houve uma vez um acalorado debate sobre o método anticientífico e a complexidade claramente subestimada de pousar em um asteróide, mostrado no famoso thriller de ficção científica americano “Armageddon”. Até a NASA observou certa vez que teria encontrado uma opção melhor (e mais realista) para tentar salvar a Terra da destruição iminente. Além disso, a Agência Aeroespacial concedeu recentemente uma subvenção para o desenvolvimento e construção de um “apanhador de cometas e asteróides”. A espaçonave se agarrará a um objeto espacial selecionado com um poderoso arpão especial e, usando a potência de seus motores, afastará esses objetos de uma perigosa trajetória de aproximação da Terra.

Além disso, o dispositivo pode ser usado para capturar asteróides com o objetivo de extrair ainda mais minerais deles. O objeto espacial será atraído pelo arpão e levado ao local desejado, por exemplo, para a órbita de Marte ou da Lua, onde ficarão bases orbitais ou terrestres. Depois disso, grupos de mineração serão enviados ao asteróide.

Sonda solar

Tal como na Terra, o Sol também tem os seus próprios ventos e tempestades. No entanto, ao contrário dos ventos terrestres, os ventos solares podem não apenas arruinar o seu penteado, mas também podem literalmente evaporar você. Segundo a agência aeroespacial NASA, muitas perguntas sobre o Sol que ainda não têm respostas serão respondidas pela Sonda Solar, que será enviada ao nosso luminar em 2018.

A espaçonave terá que se aproximar do Sol a uma distância de cerca de 6 milhões de quilômetros. Isso levará ao fato de que a sonda terá que experimentar os efeitos da energia da radiação com uma potência que nenhuma espaçonave feita pelo homem jamais experimentou. Segundo engenheiros e cientistas, um escudo térmico composto de carbono com 12 centímetros de espessura ajudará a proteger a sonda dos efeitos da radiação prejudicial.

No entanto, a NASA não pode simplesmente enviar a sonda diretamente para o Sol. A espaçonave terá que fazer pelo menos sete passagens orbitais ao redor de Vênus. E isso levará cerca de sete anos. Cada rotação irá acelerar a sonda e ajustar a trajetória para o curso correto. Após o último sobrevôo, a sonda seguirá em direção à órbita do Sol, a uma distância de 5,8 milhões de quilômetros de sua superfície. Assim, ele se tornará o objeto espacial artificial mais próximo do Sol. O recorde atual pertence à sonda espacial Helios 2, que está localizada a uma distância de aproximadamente 43,5 milhões de quilômetros do Sol.

Posto avançado marciano

As perspectivas emergentes para futuros voos para Marte e Europa são enormes. A NASA acredita que, se nenhum cataclismo global e a queda de asteróides assassinos não os impedirem, a agência enviará um homem à superfície marciana nas próximas duas décadas. A NASA já apresentou o conceito de um futuro posto avançado marciano, cuja construção está prevista para começar no final da década de 2030.

O raio da área de pesquisa planejada será de cerca de 100 quilômetros. Serão módulos residenciais, complexos científicos, estacionamento para rovers marcianos, além de equipamentos de mineração para uma equipe de quatro pessoas. A energia do complexo será parcialmente produzida por diversos reatores nucleares compactos. Além disso, a electricidade será produzida por painéis solares, que, evidentemente, se tornarão ineficazes no caso de tempestades de areia marcianas (daí a necessidade de reactores compactos).

Com o tempo, muitas equipes científicas se estabelecerão nesta área, que terão que cultivar seus próprios alimentos, coletar água marciana e até mesmo criar combustível de foguete no local para voos de volta à Terra. Felizmente, muitos materiais úteis e necessários para a construção de uma base marciana estão contidos diretamente no solo marciano, então você não terá que carregar algumas coisas para estabelecer a primeira colônia marciana.

Rover ATLETA da NASA

O veículo espacial semelhante a uma aranha ATHLETE (All-Terrain Hex-Limbed Extraterrestrial Explorer) um dia colonizará a Lua. Graças à sua suspensão especial, composta por seis pernas independentes capazes de girar em todas as direções, o rover pode se mover em terrenos de qualquer complexidade. Ao mesmo tempo, a presença de rodas permite que ele se mova mais rapidamente em uma superfície mais nivelada.

Este hexópode pode ser equipado com uma ampla variedade de equipamentos científicos e de trabalho e, se necessário, pode facilmente desempenhar o papel de um guindaste móvel. Na foto acima, por exemplo, o ATLETA possui um módulo habitacional instalado. Em outras palavras, o rover também pode ser usado como casa móvel. A altura do ATLETA é de cerca de 4 metros. Ao mesmo tempo, é capaz de levantar e transportar objetos com peso de até 400 quilos. E isso está na gravidade da Terra!

A maior vantagem do ATHLETE está na sua suspensão, que lhe confere uma mobilidade incrível e a capacidade de realizar o desafiador trabalho de entregar objetos pesados, ao contrário dos módulos de pouso estacionários usados ​​no passado e usados ​​hoje. Uma das opções de utilização do ATHLETE é a impressão 3D. A instalação de uma impressora 3D permitirá que o rover seja usado como equipamento móvel de impressão para habitações lunares.

Casas marcianas impressas em 3D

Para ajudar a iniciar os preparativos para uma missão humana a Marte, a NASA organizou um concurso de arquitetura para desenvolver e patrocinar tecnologias de impressão 3D que permitirão a impressão 3D para construir casas marcianas.

O único requisito para a competição era usar materiais amplamente disponíveis para mineração em Marte. Os vencedores foram duas empresas de design de Nova Iorque, Team Space Exploration Architecture e Clouds Architecture Office, que propuseram o seu conceito da casa marciana ICE HOUSE. O conceito usa o gelo como base (daí o nome). A construção dos edifícios será realizada nas zonas geladas de Marte, para onde serão enviados módulos de pouso, carregados com diversos robôs compactos que coletarão sujeira e gelo para construir estruturas ao redor desses módulos.

As paredes das estruturas serão constituídas por uma mistura de água, gel e sílica. Uma vez que o material congela graças às baixas temperaturas na superfície de Marte, o resultado é uma sala de parede dupla muito adequada para viver. A primeira parede consistirá em uma mistura de gelo e fornecerá proteção adicional contra radiação; o papel da segunda parede será desempenhado pelo próprio módulo.

Coronógrafo avançado

Um estudo profundo da coroa solar (a camada externa da atmosfera da estrela, composta por partículas carregadas) é dificultado por uma circunstância. E esta circunstância, por mais irônica que pareça, é o próprio Sol. A solução para o problema pode ser o chamado dimmer solar volumétrico, uma bola ligeiramente maior que uma bola de tênis feita de uma liga de titânio superescura. A essência do dimmer é a seguinte: ele é instalado na frente de um espectrógrafo voltado para o Sol, criando assim um eclipse solar em miniatura, deixando apenas a coroa solar.

A NASA atualmente usa proteção solar plana em suas espaçonaves SOHO e STEREO, mas o design plano de tais dispositivos cria alguma desfocagem e distorção desnecessária. A solução para este problema foi sugerida pelo próprio espaço. Sabe-se que a Terra tem o seu próprio obscurante solar localizado a cerca de 400.000 quilómetros de distância. Este obscuro, claro, é a Lua, graças à qual ocasionalmente testemunhamos um eclipse solar.

O dimmer volumétrico da NASA deverá reproduzir o efeito de um eclipse lunar, é claro, apenas para a espaçonave que irá explorar o Sol, mas estando localizado a uma distância de dois metros de seu espectrógrafo, o dimmer ajudará a estudar a coroa solar sem qualquer problemas, interferência ou distorção.

Tecnologias de robótica de abelhas

Honeybee Robotics, uma pequena empresa privada ocidental envolvida no desenvolvimento e produção de várias tecnologias espaciais, recebeu recentemente uma encomenda da agência aeroespacial NASA para realizar dois novos desenvolvimentos tecnológicos para o programa espacial Asteroid Redirect System. O principal objetivo do programa é estudar asteróides e encontrar formas de combater possíveis ameaças de sua colisão com a Terra no futuro. Além disso, a empresa está desenvolvendo outras coisas igualmente interessantes.

Por exemplo, um desses desenvolvimentos é uma arma espacial, que disparará projéteis especiais contra asteróides e atirará pedaços do objeto espacial. Tendo atirado desta forma num pedaço do asteróide, uma nave espacial especial irá capturá-lo com as suas garras robóticas e transportá-lo para a órbita lunar, onde os cientistas poderão estudar a sua estrutura com mais detalhes. A NASA planeja testar este dispositivo em um dos três asteróides: Itokawa, Bennu ou 2008 EV5.

O segundo desenvolvimento é a chamada nanoperfuração espacial para coletar amostras de solo de asteróides. O peso da furadeira é de apenas 1 quilo e seu tamanho é um pouco maior que o de um smartphone comum. A broca será usada por robôs ou astronautas. Ele será usado para coletar a quantidade necessária de solo para análises posteriores.

Satélite solar SPS-ALPHA

SPS-ALPHA é uma espaçonave orbital movida a energia solar que consiste em dezenas de milhares de espelhos finos. A energia acumulada será convertida em microondas e enviada de volta para estações terrenas especiais, de onde será transmitida para linhas de energia para abastecer cidades inteiras.

Este projeto é talvez um dos mais difíceis de implementar entre os apresentados na seleção de hoje. Em primeiro lugar, a plataforma SPS-ALPHA descrita será muito maior em tamanho do que a Estação Espacial Internacional. Sua construção exigirá muito tempo, todo um exército de engenheiros-astronautas e o investimento de fundos colossais. Devido ao seu tamanho gigantesco, a plataforma terá que ser construída diretamente em órbita. Por outro lado, os elementos da plataforma serão feitos de materiais relativamente baratos e descomplicados do ponto de vista da produção em massa, o que significa que o projecto passa automaticamente de “impossível” para “muito complexo”, o que, por sua vez, abre a espero que um dia isso seja realizado, realmente acontecerá.

Projeto "Objetivo Europa"

O projeto Objective Europa é a ideia de exploração espacial mais maluca já proposta. Seu principal objetivo é enviar uma pessoa à Europa, uma das luas de Júpiter, a bordo de um submarino especial, graças ao qual será realizada a busca por uma possível vida no oceano subglacial do satélite.

O que aumenta a loucura deste projeto é o fato de que esta é uma missão de mão única. Qualquer astronauta que decida ir para Europa terá de concordar em sacrificar a sua vida pelo bem da ciência, tendo ao mesmo tempo a oportunidade de responder à questão mais secreta da astronomia moderna: existe vida no espaço além daquela na Terra?

A ideia do projeto Objective Europa pertence a Christin von Bengston. Bengston está atualmente realizando uma campanha de crowdsourcing para arrecadar fundos para este projeto. O próprio submarino será equipado com as mais modernas tecnologias. Haverá uma furadeira superpotente, motores de tração multidimensionais, holofotes poderosos e, possivelmente, um par de braços robóticos multifuncionais. O submarino, assim como a espaçonave que o levará à Europa, necessitará de uma poderosa proteção radiológica.

A escolha do local de pouso será crítica. A espessura do gelo de Europa em quase toda a sua superfície é de vários quilômetros, então seria melhor pousar o aparelho próximo a falhas e rachaduras, onde a crosta de gelo não é tão forte e espessa. O projeto, é claro, levanta muitas questões, inclusive morais.

Em 2011, os Estados Unidos pararam de operar o complexo do Sistema de Transporte Espacial com o Ônibus Espacial reutilizável, e como resultado os navios da família russa Soyuz se tornaram o único meio de levar astronautas à Estação Espacial Internacional. Nos próximos anos, esta situação irá persistir e, depois disso, espera-se que surjam novos navios que possam competir com a Soyuz. Novos desenvolvimentos no campo dos voos espaciais tripulados estão sendo criados tanto em nosso país como no exterior.

Federação Russa"

Nas últimas décadas, a indústria espacial russa fez várias tentativas para criar uma nave espacial tripulada promissora, adequada para substituir a Soyuz. No entanto, estes projetos ainda não conduziram aos resultados esperados. A mais nova e promissora tentativa de substituição da Soyuz é o projeto da Federação, que propõe a construção de um sistema reutilizável nas versões tripulada e cargueira.

Modelos do navio "Federação". Foto: Wikimedia Commons

Em 2009, a empresa espacial e de foguetes Energia recebeu um pedido para projetar uma espaçonave designada como “Sistema Avançado de Transporte Tripulado”. O nome "Federação" apareceu apenas alguns anos depois. Até recentemente, a RSC Energia desenvolvia a documentação necessária. A construção do primeiro navio do novo tipo começou em março do ano passado. Em breve a amostra finalizada começará a ser testada em estandes e campos de testes.

De acordo com os últimos planos anunciados, o primeiro voo espacial da Federação ocorrerá em 2022, e a nave enviará carga para órbita. O primeiro voo com tripulação a bordo está previsto para 2024. Após realizar as verificações exigidas, o navio poderá realizar missões mais ousadas. Assim, na segunda metade da próxima década, poderão ocorrer voos não tripulados e tripulados da Lua.

O navio, composto por uma cabine de carga-passageiros reutilizável e um compartimento de motor descartável, poderá ter uma massa de até 17 a 19 toneladas. Dependendo de seus objetivos e carga útil, poderá levar a bordo até. seis astronautas ou 2 toneladas de carga. No retorno, o módulo de descida pode conter até 500 kg de carga. Sabe-se que diversas versões do navio estão sendo desenvolvidas para solucionar diversos problemas. Com a configuração adequada, a Federação poderá enviar pessoas ou cargas para a ISS, ou operar em órbita de forma independente. A nave também deverá ser usada em voos futuros para a Lua.

A indústria espacial americana, que ficou sem o ônibus espacial há vários anos, tem grandes esperanças no promissor projeto Orion, que é um desenvolvimento das ideias do programa fechado Constellation. Várias organizações líderes, tanto americanas como estrangeiras, estiveram envolvidas no desenvolvimento deste projecto. Assim, a Agência Espacial Europeia é responsável pela criação do compartimento de montagem, e a Airbus construirá tais produtos. A ciência e a indústria americanas são representadas pela NASA e pela Lockheed Martin.

Modelo da nave Orion. Foto da NASA

O Projeto Orion em sua forma atual foi lançado em 2011. A essa altura, a NASA já havia concluído parte do trabalho do programa Constellation, mas ele teve que ser abandonado. Certos desenvolvimentos foram transferidos deste projeto para o novo. Já no dia 5 de dezembro de 2014, especialistas americanos conseguiram realizar o primeiro teste de lançamento de um navio promissor em configuração não tripulada. Ainda não houve novos lançamentos. De acordo com os planos estabelecidos, os autores do projeto deverão realizar os trabalhos necessários, e só depois será possível iniciar uma nova etapa de testes.

Pelos planos atuais, um novo vôo da espaçonave Orion na configuração de caminhão espacial ocorrerá apenas em 2019, após o surgimento do veículo lançador Sistema de Lançamento Espacial. A versão não tripulada da nave terá que trabalhar com a ISS e também voar ao redor da Lua. A partir de 2023, astronautas estarão presentes a bordo dos Orions. Voos tripulados de longa duração, incluindo sobrevôos pela Lua, estão planejados para a segunda metade da próxima década. No futuro, não está excluída a possibilidade de utilização do sistema Orion no programa Mars.

O navio com peso máximo de lançamento de 25,85 toneladas terá um compartimento selado com volume de pouco menos de 9 metros cúbicos, o que lhe permitirá transportar cargas ou pessoas bastante volumosas. Será possível transportar até seis pessoas para a órbita terrestre. A tripulação “lunar” será limitada a quatro astronautas. A modificação de carga do navio levantará de 2 a 2,5 toneladas com a possibilidade de devolver com segurança uma massa menor.

CST-100 Starliner

Como alternativa à espaçonave Orion, pode ser considerado o CST-100 Starliner, desenvolvido pela Boeing como parte do programa Commercial Crew Transportation Capability da NASA. O projeto envolve a criação de uma espaçonave tripulada capaz de colocar várias pessoas em órbita e retornar à Terra. Devido a uma série de características de design, incluindo aquelas relacionadas ao uso único de equipamentos, está planejado equipar a nave com sete assentos para astronautas ao mesmo tempo.

CST-100 em órbita, até agora apenas na imaginação do artista. Desenho da NASA

Starliner foi criado desde 2010 pela Boeing e Bigelow Aerospace. O projeto demorou vários anos e o primeiro lançamento do novo navio era esperado para meados desta década. Porém, devido a algumas dificuldades, o lançamento do teste foi adiado diversas vezes. De acordo com uma decisão recente da NASA, o primeiro lançamento da espaçonave CST-100 com carga a bordo deverá ocorrer em agosto deste ano. Além disso, a Boeing recebeu permissão para realizar um voo tripulado em novembro. Aparentemente, o promissor navio estará pronto para testes em um futuro muito próximo, e novas alterações no cronograma não serão mais necessárias.

O Starliner difere de outros projetos de espaçonaves tripuladas promissoras de design americano e estrangeiro por seus objetivos mais modestos. Tal como concebido pelos criadores, este navio terá que entregar pessoas à ISS ou a outras estações promissoras em desenvolvimento. Voos além da órbita da Terra não estão planejados. Tudo isso reduz as exigências do navio e, com isso, permite economias perceptíveis. Custos de projeto mais baixos e custos reduzidos para transporte de astronautas podem ser uma boa vantagem competitiva.

Uma característica do navio CST-100 é seu tamanho bastante grande. A cápsula habitável terá diâmetro de pouco mais de 4,5 m, e o comprimento total do navio ultrapassará 5 m. A massa total será de 13 toneladas. Ressalta-se que serão utilizadas grandes dimensões para obter o volume interno máximo. Foi desenvolvido um compartimento vedado com volume de 11 metros cúbicos para acomodar equipamentos e pessoas. Será possível instalar sete assentos para astronautas. Nesse sentido, o navio Starliner – caso consiga entrar em operação – poderá se tornar um dos líderes.

Dragão V2

Há poucos dias, a NASA também determinou o momento de novos voos de teste de espaçonaves da SpaceX. Assim, o primeiro teste de lançamento de uma espaçonave tripulada do tipo Dragon V2 está previsto para dezembro de 2018. Este produto é uma versão redesenhada do já utilizado “caminhão” Dragon, capaz de transportar pessoas. O desenvolvimento do projeto começou há muito tempo, mas só agora está se aproximando dos testes.

Tempo de apresentação do DJ do layout do navio Dragon V2. Foto da NASA

O projeto Dragon V2 envolve a utilização de um compartimento de carga redesenhado, adaptado para o transporte de pessoas. Dependendo dos requisitos do cliente, tal nave será capaz de colocar até sete pessoas em órbita. Assim como seu antecessor, o novo Dragon será reutilizável e capaz de novos voos após pequenos reparos. O projeto está em desenvolvimento nos últimos anos, mas os testes ainda não começaram. Somente em agosto de 2018 a SpaceX lançará o Dragon V2 ao espaço pela primeira vez; este voo ocorrerá sem astronautas a bordo. Um voo tripulado completo, de acordo com as instruções da NASA, está planejado para dezembro.

A SpaceX é conhecida por seus planos ousados ​​para qualquer projeto promissor, e a espaçonave tripulada não é exceção. A princípio, o Dragon V2 foi projetado para ser usado apenas para enviar pessoas à ISS. Também é possível usar tal nave em missões orbitais independentes que duram vários dias. Num futuro distante, está previsto o envio de uma nave à Lua. Além disso, com a sua ajuda pretendem organizar uma nova “rota” do turismo espacial: veículos com passageiros em regime comercial voarão à volta da Lua. Porém, tudo isso ainda é questão de um futuro distante, e o próprio navio nem teve tempo de passar em todos os testes necessários.

De porte médio, o navio Dragon V2 possui compartimento pressurizado com volume de 10 metros cúbicos e compartimento de 14 metros cúbicos sem pressurização. Segundo a incorporadora, ele poderá entregar pouco mais de 3,3 toneladas de carga à ISS e devolver 2,5 toneladas à Terra. Na configuração tripulada, está prevista a instalação de sete assentos na cabine. Assim, o novo “Dragão” poderá, no mínimo, não ser inferior aos seus concorrentes em termos de capacidade de carga. Propõe-se obter vantagens económicas através da utilização reutilizável.

Nave espacial indiana

Juntamente com os países líderes na indústria espacial, outros estados também estão tentando criar suas próprias versões de espaçonaves tripuladas. Assim, num futuro próximo poderá ocorrer o primeiro voo de uma promissora espaçonave indiana com astronautas a bordo. A Organização Indiana de Pesquisa Espacial (ISRO) tem trabalhado em seu próprio projeto de espaçonave desde 2006 e já concluiu alguns dos trabalhos necessários. Por alguma razão, este projeto ainda não recebeu uma designação completa e ainda é conhecido como “nave espacial da ISRO”.

Um promissor navio indiano e seu porta-aviões. Imagem Timesofindia.indiatimes.com

Segundo dados conhecidos, o novo projeto da ISRO envolve a construção de um veículo tripulado relativamente simples, compacto e leve, semelhante aos primeiros navios de países estrangeiros. Em particular, existe uma certa semelhança com a tecnologia americana da família Mercury. Parte do trabalho de projeto foi concluído há vários anos e, em 18 de dezembro de 2014, ocorreu o primeiro lançamento do navio com carga de lastro. Não se sabe quando a nova espaçonave colocará os primeiros cosmonautas em órbita. O momento deste evento foi alterado várias vezes e até o momento não há dados sobre o assunto.

O projeto ISRO propõe a construção de uma cápsula com peso não superior a 3,7 toneladas e volume interno de vários metros cúbicos. Com sua ajuda, está planejado colocar três astronautas em órbita. Autonomia declarada ao nível de uma semana. As primeiras missões da nave envolverão estar em órbita, manobras, etc. No futuro, os cientistas indianos estão planejando lançamentos emparelhados com encontro e atracação de navios. No entanto, isso ainda está muito longe.

Depois de dominar os voos para a órbita próxima à Terra, a Organização Indiana de Pesquisa Espacial planeja criar vários novos projetos. Os planos incluem a criação de uma nova geração de naves espaciais reutilizáveis, bem como voos tripulados à Lua, que provavelmente serão realizados em colaboração com colegas estrangeiros.

Projetos e perspectivas

Naves espaciais tripuladas promissoras estão sendo criadas em vários países. Ao mesmo tempo, estamos falando de vários pré-requisitos para o surgimento de novos navios. Assim, a Índia pretende desenvolver o seu primeiro projeto próprio, a Rússia vai substituir a Soyuz existente e os Estados Unidos precisam de navios domésticos com capacidade para transportar pessoas. Neste último caso, o problema se manifesta tão claramente que a NASA é forçada a desenvolver ou apoiar vários projetos de tecnologia espacial promissora ao mesmo tempo.

Apesar dos diferentes pré-requisitos para a criação, projetos promissores quase sempre têm objetivos semelhantes. Todas as potências espaciais vão colocar em operação suas próprias espaçonaves tripuladas, adequadas, no mínimo, para voos orbitais. Ao mesmo tempo, grande parte dos projetos atuais são criados levando em consideração o alcance de novos objetivos. Após certas modificações, algumas das novas naves terão que sair da órbita e ir, no mínimo, até a Lua.

É curioso que grande parte dos primeiros lançamentos de novas tecnologias estejam previstos para o mesmo período. Desde o final da década actual até meados da década de 20, vários países pretendem testar na prática os seus mais recentes desenvolvimentos. Se os resultados desejados forem alcançados, a indústria espacial mudará significativamente até ao final da próxima década. Além disso, graças à visão dos desenvolvedores de novas tecnologias, a astronáutica terá a oportunidade não só de trabalhar na órbita terrestre, mas também de voar até a Lua ou mesmo de se preparar para missões mais ousadas.

Projetos promissores de espaçonaves tripuladas criadas em diversos países ainda não atingiram a fase de testes completos e voos com tripulação a bordo. No entanto, vários lançamentos desse tipo ocorrerão este ano e esses voos continuarão no futuro. O desenvolvimento da indústria espacial continua e produz os resultados desejados.

Com base em materiais de sites:
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://hindustantitimes.com/