Концептуальные космические корабли будущего (фото). Будущее космических полетов: кто придет на смену «Спейс шаттлу» и «Союзу
В ноябре прошлого года во время TVIW (астрономического семинара в Теннесси, посвященного межзвездным перелетам) Роб Суинни – бывший командир эскадрильи Королевских Военно-воздушных сил, инженер и магистр наук, ответственный за проект «Икар» - представил доклад о работе, проделанной над проектом за последнее время. Суинни освежил в памяти публики историю «Икара»: от вдохновения идеями проекта «Дедал», освещенными в докладе BIS (Британское межпланетное общество – старейшая организация, поддерживающая космические исследования) в 1978, до совместного решения БИС и компании энтузиастов Tau Zero возобновить исследования в 2009 году, и до последних известий о проекте, датированных 2014 годом.
Оригинальный проект 78-го года имел простую по формулировке, но сложную в осуществлении цель – ответить на вопрос, поставленный Энрике Ферми: «Если существует разумная жизнь за пределами Земли, и межзвездные перелеты возможны, то почему нет доказательств наличия других инопланетных цивилизаций?». Исследования «Дедала» были направлены на разработку дизайна межзвездного космического корабля с использованием существующих технологий в разумных экстраполяциях. И результаты работы прогремели на весь научный мир: создание такого корабля действительно возможно. Доклад о проекте был подкреплен детальным планом корабля, использующего термоядерный синтез дейтерия-гелия-3 из предварительно заготовленных гранул. «Дедал» затем служил ориентиром для всех последующих разработок в сфере межзвездных перелетов в течение 30 лет.
Однако после такого долгого срока было необходимо пересмотреть идеи и технические решения, принятые в «Дедале», чтобы оценить, насколько они выдержали проверку временем. Кроме того, за этот период совершались новые открытия, изменение конструкции в соответствии с ними улучшило бы общие показатели корабля. Также организаторы хотели заинтересовать подрастающее поколение астрономией и строительством межзвездных космических станций. Новый проект был назван в честь Икара, сына Дедала, что, не смотря на негативный оттенок имени, соответствовало первым словам в отчете 78-го года:
«Мы надеемся, что этот вариант заменит собой будущий дизайн, аналог Икара, в котором найдут отображения последние открытия и технические инновации, чтобы Икар смог достичь еще непокоренных Дедалом высот. Надеемся, благодаря развитию наших идей настанет день, когда человечество буквально прикоснется к звездам».
Итак, «Икар» создан именно как продолжение «Дедала». Показатели старого проекта и по сей день выглядят весьма многообещающе, но все же должны быть доработаны и обновлены:
1) В «Дедале» использовались релятивистские пучки электронов для компрессии гранул топлива, но последующие исследования показали, что этот метод не способен дать необходимый импульс. Вместо него в лабораториях для термоядерного синтеза используют пучки ионов. Тем не менее, такой просчет, стоивший Национальному комплексу термоядерных реакций 20 лет работы и 4 миллиардов долларов, показал сложность обращения с термоядерным синтезом даже в идеальных условиях.
2) Главным препятствием, с которым столкнулся «Дедал» - Гелий-3. Его нет на Земле, и поэтому добывать его нужно из отдаленных от нашей планеты газовых гигантов. Этот процесс слишком дорогостоящий и сложный.
3) Еще одна проблема, которую придется решить «Икару» - брак информации об ядерных реакциях. Именно недостаток сведений дал возможность 30 лет назад сделать весьма оптимистичные расчеты воздействия облучения всего корабля гамма-лучами и нейтронами, без выброса которых не обойтись двигателю на термоядерном синтезе.
4) Тритий был использован в гранулах топлива для зажигания, но тепла от распада его атомов выделялось слишком много. Без должной системы охлаждения зажигание топлива будет сопровождаться зажиганием всего остального.
5) Декомпрессия баков с топливом вследствие опорожнения может стать причиной взрыва в камере сгорания. Для решения этой проблемы в конструкцию бака добавлены утяжелители, уравновешивающие давление в разных частях механизма.
6) Последняя сложность – обслуживание судна. По проекту, корабль оснащен парой роботов, похожих на R2D2, которые при помощи диагностических алгоритмов будут выявлять и устранять возможные повреждения. Такие технологии кажутся очень сложными даже сейчас, в компьютерную эру, что уж говорить о 70-х.
Новая команда дизайнеров уже не ограничена созданием маневренного корабля. Для исследования объектов «Икар» использует зонды, перевозимые на борту судна. Это не только упрощает задачу дизайнеров, но и значительно уменьшает время на изучение звездных систем. Вместо дейтерия-гелия-3, новый космический корабль работает на чистом дейтерий-дейтерие. Не смотря на больший выброс нейтронов, новое топливо не только увеличит КПД двигателей, но и избавит от необходимости добывать ресурсы с поверхности других планет. Дейтерий активно добывается из океанов и используется в АЭС, работающих на тяжелой воде.
Тем не менее, человечеству до сих пор не удалось получить контролируемую реакцию распада с выделением энергии. Затянувшаяся гонка лабораторий всего мира за экзотермическим ядерным синтезом тормозит проектирование корабля. Так что вопрос об оптимальном топливе для межзвездного судна остается открытым. В попытке найти решение в 2013 году был проведен внутренний конкурс среди подразделений БИС. Выиграла команда WWAR Ghost из Мюнхенского университета. Их дизайн основан на термоядерном синтезе при помощи лазера, который обеспечивает быстрое нагревание топлива до необходимой температуры.
Не смотря на оригинальность идеи и некоторых инженерных ходов, конкурсанты не смогли решить главную дилемму – выбор топлива. К тому же корабль-победитель огромен. Он превосходит по размерам «Дедала» в 4-5 раз, а другие методы термоядерного синтеза могут нуждаться в меньшем пространстве.
Соответственно, было принято решение продвигать 2 типа двигателей: основанный на термоядерном синтезе и базирующийся на пинче Беннета (плазменный двигатель). Кроме того, параллельно дейтерий-дейтерию рассматривают и старую версию с тритием-гелием-3. Фактически гелий-3 дает лучшие результаты в любом виде двигателей, так что ученые работают над способами его получения.
В работах всех участников конкурса прослеживается интересная зависимость: некоторые элементы конструкции (зонды для исследования окружающей среды, хранилища топлива, системы вторичного электропитания и прочие) любого корабля остаются неизменными. Однозначно можно утверждать следующее:
- Корабль будет горячим. Любой способ сжигания любого из представленных видов топлива сопровождается выбросом большого количества тепла. Дейтерий требует наличия массивной системы охлаждения из-за непосредственного выделения тепловой энергии во время реакции. Магнитно-плазменный двигатель будет создавать вихревые токи в окружающих металлах, также нагревая их. На Земле уже существуют радиаторы достаточной мощности, чтобы эффективно охлаждать тела температурой более 1000 C, осталось адаптировать их для нужд и условий звездолета.
- Судно будет колоссальных размеров. Одной из главных задач, поставленных перед проектом «Икар», было уменьшение габаритов, но со временем стало понятно, что для термоядерных реакций требуется много пространства. Даже варианты дизайна с самой маленькой массой весят десятки тысяч тонн.
- Корабль будет длинным. «Дедал» был весьма компактен, каждая его часть совмещалась с другой, как матрешка. В «Икаре» попытки минимизировать радиоактивное воздействие на судно привели к его удлинению (это хорошо продемонстрировано в проекте «Светлячок» за авторством Роберта Фриленда).
Роб Суинни сообщил, что к проекту «Икар» присоединилась группа из Университета Дрексела. «Новички» продвигают идею использования PJMIF (системы, основанной на струйной подаче плазмы при помощи магнитов, при этом плазма расслаивается, обеспечивая условия для ядерных реакций). Этот принцип на данный момент самый эффективный. По сути, это симбиоз двух методов ядерных реакций, он вобрал в себя все плюсы инерциального и магнитного термоядерного синтеза, такие как уменьшение массы конструкции, и значительное уменьшение стоимости. Их проект называется «Зевс».
После этой встречи состоялся TVIW, на котором Суинни обозначил предварительную дату завершения проекта «Икар» – август 2015 года. Последний доклад будет включать в себя упоминания о модификациях старых наработок «Дедала» и нововведениях, полностью созданных новой командой. Завершил семинар монолог Роба Суинни, в котором он сказал: «Загадки Вселенной ждут нас где-то там! Время выбираться отсюда!»
В этой статье будет затронута такая тема, как космические корабли будущего: фото, описание и технические характеристики. Прежде чем перейти непосредственно к теме, предлагаем читателю короткий экскурс в историю, который поможет оценить современное состояние космической отрасли.
Космос в период холодной войны был одной из арен, на которых велось противостояние между США и СССР. Главным стимулом развития космической отрасли в те годы было именно геополитическое противостояние сверхдержав. Огромные ресурсы были брошены на программы освоения космоса. Например, на реализацию проекта под названием "Аполлон", основная цель которого - высадка на поверхность Луны человека, правительство Соединенных Штатов потратило примерно 25 млрд долларов. Эта сумма для 1970-х годов была просто гигантской. Бюджету Советского Союза лунная программа, которой осуществиться так и не было суждено, обошлась в 2,5 млрд рублей. 16 млн рублей стоила разработка космического корабля "Буран". При этом ему было суждено совершить только один космический полет.
Программа "Спейс шаттл"
Его американскому аналогу повезло намного больше. "Спейс шаттл" совершил 135 запусков. Однако "шаттл" этот оказался не вечен. Последний его запуск состоялся 8 июля 2011 года. Американцы за время осуществления программы выпустили 6 "шаттлов". Один из них являлся прототипом, не осуществлявшим никогда космических полетов. 2 других и вовсе потерпели катастрофу.
Программу "Спейс шаттл" с экономической точки зрения вряд ли можно считать успешной. Гораздо более экономичными оказались корабли одноразового использования. К тому же вызвала сомнения безопасность полетов на "шаттлах". В результате двух катастроф, произошедших в период их эксплуатации, жертвами стали 14 астронавтов. Однако причина таких неоднозначных итогов путешествий заключается не в техническом несовершенстве кораблей, а в сложности самой концепции предназначенных для многоразового использования космических аппаратов.
Значение космических аппаратов "Союз" сегодня
В итоге "Союз", космические корабли одноразового использования из России, которые были разработаны еще в 1960-е годы, стали единственными аппаратами, осуществляющими сегодня пилотируемые полеты на МКС. Следует отметить, что это не означает их превосходства над "Спейс шаттлом". Они обладают рядом существенных недостатков. Например, грузоподъемность их ограничена. Также использование такого рода аппаратов приводит к тому, что накапливается орбитальный мусор, который остается после их эксплуатации. Очень скоро космические полеты на "Союзе" станут историей. На сегодняшний день нет реальных альтернатив. Все еще находятся в стадии разработки космические корабли будущего, фото которых представлены в этой статье. Заложенный в концепции многоразового использования кораблей огромный потенциал зачастую даже в наше время остается технически нереализуемым.
Заявление Барака Обамы
Барак Обама в июле 2011 года заявил о том, что главной целью астронавтов из США на ближайшие десятилетия является полет на Марс. Космическая программа "Созвездие" стала одной из программ, которые NASA осуществляет в рамках полета на Марс и освоения Луны. Для этих целей, конечно, нужны новые космические корабли будущего. Как же обстоит дело с их разработкой?
Космический корабль "Орион"
Основные надежды возлагаются на создание "Ориона" - нового космического корабля, а также ракет-носителей "Арес-5" и "Арес-1" и лунного модуля "Альтаир". В 2010 году правительство Соединенных Штатов решило свернуть программу "Созвездие", но, несмотря на это, NASA все-таки получило возможность дальнейшей разработки "Ориона". В ближайшем будущем планируется осуществить первый испытательный беспилотный полет. Предполагается, что аппарат во время этого полета удалится от Земли на 6 тыс. км. Это примерно в 15 раз больше, чем расстояние, на котором находится от нашей планеты МКС. Корабль после тестового полета возьмет курс на Землю. Новый аппарат в атмосферу может входить, развивая скорость 32 тыс. км/ч. "Орион" по данному показателю превосходит на 1,5 тыс. км/ч легендарный "Аполло". На 2021 год намечено осуществление первого пилотируемого запуска.
В роли ракет-носителей этого корабля, согласно планам NASA, будут выступать "Атлас-5" и "Дельта-4". Было решено отказаться от разработки "Ареса". Для освоения дальнего космоса, кроме того, американцы проектируют SLS - новую ракету-носитель.
Концепция "Ориона"
"Орион" является кораблем частично многоразового использования. Он находится концептуально ближе к "Союзу", чем к "Шаттлу". Большинство космических кораблей будущего являются частично многоразовыми. Данная концепция предполагает то, что жидкую капсулу корабля после посадки на Землю можно будет использовать повторно. Это позволит совместить экономичность эксплуатации "Аполло" и "Союза" с функциональной практичностью многоразовых кораблей. Это решение является переходным этапом. По всей видимости, в далекой перспективе станут многоразовыми все космические корабли будущего. Такова тенденция развития космической отрасли. Поэтому можно сказать, что советский "Буран" - прототип космического корабля будущего, как и американский "Спейс шаттл". Они сильно опередили свое время.
CST-100
Слова "предусмотрительность" и "практичность", похоже, характеризуют американцев как нельзя лучше. Правительство этой страны приняло решение не взваливать на плечи "Ориона" все космические амбиции. Сегодня по заказу NASA сразу несколько частных фирм разрабатывают свои космические корабли будущего, которые призваны заменить аппараты, используемые сегодня. Компания Boeing, например, разрабатывает CST-100 - частично многоразовый и пилотируемый корабль. Он предназначен для коротких путешествий на орбиту Земли. Основной задачей его будет доставка грузов и экипажа на МКС.
Планируемые запуски CST-100
До семи человек может составлять экипаж корабля. Во время разработки CST-100 было уделено особое внимание комфорту астронавтов. Было существенно увеличено жилое пространство его по сравнению с кораблями прошлого поколения. Вероятно, запуск CST-100 будет производиться с использованием ракет-носителей "Фалькон", "Дельта" или "Атлас". "Атлас-5" при этом является самым подходящим вариантом. С помощью воздушных подушек и парашюта будет осуществляться посадка корабля. Согласно планам фирмы Boeing, CST-100 в 2015 году ждет целая серия испытательных запусков. Беспилотными будут первые 2 полета. Основная задача их - вывести на орбиту аппарат и протестировать системы безопасности. Пилотируемая стыковка с МКС планируется во время третьего полета. CST-100 в случае успешных испытаний очень скоро придет на замену "Прогрессу" и "Союзу" - российским кораблям, монопольно осуществляющим сегодня пилотируемые полеты на МКС.
Разработка "Дракона"
Другим частным кораблем, призванным выполнять доставку экипажа и грузов на МКС, будет разработанный фирмой SpaceX аппарат. Это "Дракон" - моноблочный корабль, частично многоразовый. Планируется построить 3 модификации данного аппарата: автономную, грузовую и пилотируемую. Как и у CST-100, экипаж может составлять до семи человек. Корабль в грузовой модификации может брать на борт 4 человека и 2,5 тонны груза.
"Дракон" хотят в будущем использовать также для полета на Марс. Для этого создается специальная версия этого корабля под названием "Рэд драгон". Беспилотный полет этого аппарата на Красную планету состоится, согласно планам космического руководства США, в 2018 году.
Конструктивная особенность "Дракона" и первые полеты
Многоразовость является одной из особенностей "Дракона". Топливные баки и часть энергетических систем после полета будет спускаться вместе с жилой капсулой на Землю. Затем их можно использовать вновь для космических полетов. Данная конструктивная особенность выгодно отличает "Дракон" от большинства других перспективных разработок. "Дракон" и CST-100 в ближайшем будущем будут дополнять друг друга и служить в качестве "подстраховки". Если один из этих типов корабля не сможет по какой-то причине выполнить задачи, поставленные перед ним, то часть его работы возьмет на себя другой.
Впервые "Дракон" был выведен на орбиту в 2010 году. Успешно завершился испытательный беспилотный полет. А в 2012 году, 25 мая, этот аппарат пристыковался к МКС. К тому моменту на корабле системы автоматической стыковки не было предусмотрено, и пришлось для ее осуществления воспользоваться манипулятором космической станции.
"Дрим Чейзер"
"Дрим Чейзер" - еще одно название космических кораблей будущего. Нельзя не упомянуть этот проект компании SpaceDev. Также в его разработке приняли участие 12 партнеров компании, 3 университета США и 7 центров NASA. Данный корабль существенно отличается от других космических разработок. Он напоминает внешне "Спейс шаттл" в миниатюре и может осуществлять посадку так же, как и обычный самолет. Основные его задачи схожи с задачами, стоящими перед CST-100 и "Драконом". Аппарат предназначен для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту, а выводиться туда он будет с помощью "Атласа-5".
А что у нас?
А чем же может ответить Россия? Каковы российские космические корабли будущего? РКК "Энергия" в 2000 году начала проектирование космического комплекса "Клипер", являющегося многоцелевым. Этот космический аппарат многоразовый, напоминающий чем-то внешне "шаттл", уменьшенный в размерах. Он предназначен для решения различных задач, таких как доставка груза, космический туризм, эвакуация экипажа станции, полеты на другие планеты. Определенные надежды возлагались на этот проект.
Предполагалось, что космические корабли будущего России будут вскоре сконструированы. Однако из-за отсутствия финансирования пришлось с этими надеждами распрощаться. Проект закрыли в 2006 году. Технологии, которые были разработаны за эти годы, планируется использовать для проектирования ППТС, известной также как проект "Русь".
Особенности ППТС
Лучшие космические корабли будущего, как полагают специалисты из России, - это ППТС. Именно этой космической системе суждено будет стать новым поколением космических аппаратов. Она будет способна заменить "Прогрессы" и "Союзы", стремительно устаревающие. Разработкой этого корабля, как в прошлом "Клипера", занимается сегодня РКК "Энергия". ПТК НК станет базовой модификацией этого комплекса. Основная задача его, опять же, будет заключаться в доставке экипажа и грузов на МКС. Однако в отдаленной перспективе находится разработка модификаций, которые будут способны летать на Луну, а также выполнять различные исследовательские миссии, продолжительные по времени.
Сам корабль должен стать частично многоразовым. Будет повторно использована жидкая капсула после совершения посадки, а вот двигательно-агрегатный отсек - не будет. Любопытной особенностью данного корабля является возможность его посадки без парашюта. Реактивная система будет применяться для торможения и приземления на земную поверхность.
Новый космодром
В отличие от "Союзов", которые взлетают с расположенного в Казахстане космодрома "Байконур", новые корабли планируется запускать со строящегося в Амурской области космодрома "Восточный". 6 человек составит экипаж. Аппарат может также брать груз весом до 500 кг. Корабль в беспилотной версии может доставлять грузы до 2-х тонн весом.
Проблемы, стоящие перед разработчиками ППТС
Одной из основных проблем, стоящих перед проектом ППТС, является отсутствие ракет-носителей с необходимыми характеристиками. Основные технические моменты космического аппарата сегодня проработаны, однако в весьма затруднительное положение ставит его разработчиков отсутствие ракеты-носителя. Предполагается, что она будет близка по характеристикам к "Ангаре", которая была разработана еще в 90-е годы.
Другой серьезной проблемой, как ни странно, является цель проектирования ППТС. Едва ли Россия сегодня может позволить себе осуществление амбициозных программ по освоению Марса и Луны, аналогичных тем, которые претворяют в жизнь Соединенные Штаты. Даже если космический комплекс будет успешно разработан, скорее всего, единственной его задачей останется доставка экипажа и грузов на МКС. До 2018 года отложено начало испытаний ППТС. Перспективные аппараты из США к этому времени, скорее всего, уже возьмут на себя функции, выполняемые сегодня российскими кораблями "Прогресс" и "Союз".
Туманные перспективы космических полетов
Фактом является то, что мир сегодня остается лишенным романтики космических полетов. Речь, конечно, идет не о космическом туризме и запуске спутников. Можно не беспокоиться за эти сферы космонавтики. Полеты на МКС очень важны для космической отрасли, однако срок пребывания на орбите самой МКС ограничен. В 2020 году планируется ликвидировать эту станцию. А пилотируемые космические корабли будущего являются составной частью конкретной программы. Нельзя разрабатывать новый аппарат в случае отсутствия представлений о стоящих перед ним задачах. Не только для доставки экипажей и грузов МКС проектируются новые космические корабли будущего в США, но также для полетов на Луну и Марс. Однако данные задачи от повседневных земных забот настолько далеки, что нам вряд ли стоит ожидать в ближайшие годы значительных прорывов в сфере космонавтики. Космические угрозы остаются фантастикой, поэтому нет смысла конструировать боевые космические корабли будущего. И, конечно, у держав Земли множество других забот, кроме борьбы друг с другом за место на орбите и других планетах. Строительство таких аппаратов, как военные космические корабли будущего, поэтому также нецелесообразно.
Как вы помните, последний запуск американского шаттла был осуществлен Nasa в 2011 году. Таким образом, Соединенные Штаты лишились возможности доставки своих астронавтов и грузов в открытый космос. Но это продлилось недолго.
На горизонте начало появляться новое поколение частных орбитальных и суборбитальных космических аппаратов. Предлагаем вам взглянуть на самые перспективные частные космические корабли, предназначенные для перевозки экипажа и груза.
Космический аппарат Lynx
XCOR Aerospace’s Lynx является рассчитанным на 2-х человек суборбитальным космическим самолетом. Он сделан таким образом, чтобы взлетать и садиться на обычную взлетно-посадочную полосу аэропорта. Дополнительно к платным туристическим рейсам, это космическое средство предназначается также для проведения научных экспериментов во время кратковременных перелетов.
После успешного окончания испытаний космический корабль Lynx даст возможность туристам, заплатившим $95 000, подняться вместе с пилотом на высоту 100 километров над поверхностью земного шара и полюбоваться видами Земли на границе между космосом и атмосферой, а также побывать в состоянии невесомости.
SpaceShipTwo является частным суборбитальным космическим кораблем, который может перевозить 6 пассажиров и 2-х членов экипажа. Максимальная высота полета этого судна, по словам авиаконструктора Берта Рутана, предполагается 160-320 км. Это даст возможность увеличить время пребывания в невесомости до 6 минут. Цена билета для путешествия на космическом корабле SpaceShipTwo примерно будет составлять $200 000. Первый тестовый полет был произведен в 2010 году. Его коммерческая эксплуатация состоится после проведения ряда испытаний.
Компания Armadillo Aerospace, разработавшая космический корабль для суборбитальных полетов, была основана крупнейшим мультимиллионером, Джоном Кармаком, являющегося соучредителем фирмы, выпустившей популярные компьютерные игры Quake, Wolfenstein 3D и DOOM. В этом космическом средстве будет находиться комната для двух пассажиров. Space Adventures совместно с Armadillo Aerospace планируют продавать билеты на корабль по цене $110 000, и даже можно будет совершить полет вокруг Луны за $100 000 000.
Американской компанией Bigelow Aerospace разрабатывается частный орбитальный космический комплекс, вывод на орбиту которого запланирован в конце 2015 года. Эта станция предназначается не только для космического туризма, а также и для проведения научных исследований. Два экспериментальных модуля уже были запущены в 2006 и в 2007 годах. Технология изготовления новой станции от Bigelow Aerospace держится в строжайшем секрете. Известно только то, что в составе поверхности модуля присутствует 20 слоев, оболочка может выдержать температуру от -120 до +120 градусов Цельсия, а также эта станция способна устоять при ударе очень крупного космического тела.
Проект самолета, предназначенного для запуска ракет, Stratolaunch совместно начали один из основателей знаменитой компании Microsoft Пол Аллен и специалист в области космических технологий Берт Рутэн. Размах крыльев этого громадного летального аппарата будет составлять целых 117 метров, а вес – около 544 тонн. Его предназначение заключается в том, чтобы поднять в космос ракету, которая весит 222 тонны. Основное предназначение конструкции Stratolaunch состоит в доставке грузов и спутников в открытый космос, а также планируется отправлять на этом самолете астронавтов. Первый операционный запуск самолета предполагается в 2016 году.
Разработку системы запуска космонавтов на низкую орбиту начала компания Liberty Launch Vehicle совместно с Lockheed Martin и Astrium. Усовершенствованная ракета Liberty величиной в 91 метр будет производить доставку на орбиту капсулы с пассажирами в количестве до 7 человек. Запуск первого астронавта запланирован в конце этого года. Если этот проект будет успешным, то с 2016 года могут осуществляться коммерческие полеты.
Blue Origin является частной аэрокосмической компанией, созданной с целью осуществления космического туризма Джефри Безосом, основателем Amazon.com. Его Space Vehicle сможет перевозить около 7 человек, а, кроме того, грузы. Также компанией ведутся разработки многоразовой первой ступени ракеты-носителя для того, чтобы удешевить запуск. Регулярные коммерческие полеты запланированы на 2016-2018 года. Кроме того, компания Blue Origin занималась созданием суборбитального корабля New Shepard, рассчитанного на экипаж из 3-х человек и груз. Летные испытания этого корабля уже были проведены в штате Техас.
Этот корабль был представлен компанией Sierra Nevada, получившей от NASA больше 100 миллионов долларов на поддержку своих проектов. Dream Chaser является небольшим космическим кораблем, способным вместить 7 астронавтов и доставить их на низкую орбиту. В основе этого проекта лежат разработки NASA, которым насчитывается более 20 лет. Старт корабля предполагается вертикальный, а посадка – горизонтальная, как у шаттла. В 2016 году космический аппарат Dream Chaser, возможно, уже будет готов к полетам.
Космический аппарат для низких орбит CST-100 разрабатывает компания Boeing. Он способен вместить 7 астронавтов. NASA активно финансирует этот проект. Государством в него уже вложено более $100 000. Корабль CST-100 сможет осуществлять мягкую посадку при возникновении внештатной ситуации. Начало беспилотных полетов планируется уже в этом году, а в 2017 году будет осуществлен пилотируемый орбитальный полет с экипажем в составе 2-х человек.
Аппарат Dragon является пока что единственным в мире действующим космическим грузовым кораблем, который способен к возвращению на Землю. Его разработала компания SpaceX по заказу NASA, вложившего в этот проект более миллиарда долларов. Основное предназначение корабля Dragon состоит в доставке и возвращении полезных грузов на Международную космическую станцию. В перспективе планируется доставлять на станцию и людей.
Спасибо что рассказали о нас друзьям!
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.
EmDrive
Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.
Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.
Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.
Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.
В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.
Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.
Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.
К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.
Солнечный парус
Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.
Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.
Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.
Электрический парус
Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.
Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.
Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.
Ионный двигатель
Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.
В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.
Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.
Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.
Плазменный двигатель
Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.
Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.
Термоядерный двигатель
Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.
В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.
Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.
Двигатель на антиматерии
Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.
Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.
При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.
Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.
Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.
Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.