Uno de los mayores activos de la humanidad es el internacional. estación Espacial, o EEI. Varios estados se unieron para su creación y funcionamiento en órbita: Rusia, algunos países europeos, Canadá, Japón y EE.UU. Este aparato atestigua que se puede lograr mucho si los países cooperan constantemente. Toda la gente del planeta conoce esta estación, y muchos se preguntan a qué altura vuela la ISS y en qué órbita. ¿Cuántos astronautas han estado allí? ¿Es cierto que los turistas están permitidos allí? Y esto no es todo lo que es interesante para la humanidad.
Estructura de la estación
La ISS consta de catorce módulos, que contienen laboratorios, almacenes, baños, dormitorios, cuartos de servicio. La estación incluso tiene un gimnasio con equipo de ejercicio. Todo el complejo funciona con energía solar. Son enormes, del tamaño de un estadio.
Datos sobre la ISS
Durante su trabajo, la estación causó mucha admiración. Este aparato es el mayor logro de la mente humana. Por su diseño, propósito y características, puede llamarse perfección. Por supuesto, tal vez en 100 años en la Tierra comenzarán a construir naves espaciales de un plan diferente, pero hasta ahora, hoy, este aparato es propiedad de la humanidad. Esto se evidencia por los siguientes hechos sobre la ISS:
- Durante su existencia, unos doscientos astronautas han visitado la ISS. También hubo turistas que simplemente volaron para mirar el Universo desde una altura orbital.
- La estación es visible desde la Tierra a simple vista. Esta estructura es la más grande entre los satélites artificiales y se puede ver fácilmente desde la superficie del planeta sin ningún dispositivo de aumento. Hay mapas en los que puedes ver a qué hora y cuándo el dispositivo sobrevuela las ciudades. Usándolos, es fácil encontrar información sobre su localidad: vea el horario de vuelos sobre la región.
- Para armar la estación y mantenerla en condiciones de funcionamiento, los astronautas salieron más de 150 veces en espacio exterior habiendo pasado unas mil horas allí.
- El aparato es operado por seis astronautas. El sistema de soporte vital asegura la presencia continua de personas en la estación desde el momento de su primer lanzamiento.
- La Estación Espacial Internacional es un lugar único donde se llevan a cabo una gran variedad de experimentos de laboratorio. Los científicos hacen descubrimientos únicos en el campo de la medicina, la biología, la química y la física, la fisiología y las observaciones meteorológicas, así como en otras áreas de la ciencia.
- El dispositivo utiliza paneles solares gigantes, cuyo tamaño alcanza el área del campo de fútbol con sus zonas de anotación. Su peso es de casi trescientos mil kilogramos.
- Las baterías son capaces de garantizar completamente el funcionamiento de la estación. Su trabajo es monitoreado de cerca.
- La estación cuenta con una mini-casa equipada con dos baños y un gimnasio.
- El vuelo es monitoreado desde la Tierra. Se han desarrollado programas que consisten en millones de líneas de código para el control.
astronautas
Desde diciembre de 2017, la tripulación de la ISS está formada por los siguientes astrónomos y astronautas:
- Anton Shkaplerov - comandante de la ISS-55. Visitó la estación dos veces: en 2011-2012 y en 2014-2015. Durante 2 vuelos, vivió en la estación durante 364 días.
- Skeet Tingle - Ingeniero de vuelo, astronauta de la NASA. Este astronauta no tiene experiencia en vuelos espaciales.
- Norishige Kanai es un astronauta e ingeniero de vuelo japonés.
- Alejandro Misurkin. Su primer vuelo se realizó en 2013 con una duración de 166 días.
- Makr Vande Hay no tiene experiencia de vuelo.
- José Akaba. El primer vuelo se realizó en 2009 como parte de Discovery y el segundo vuelo se realizó en 2012.
tierra desde el espacio
Desde el espacio exterior, vistas únicas se abren a la Tierra. Esto se evidencia en fotografías, videos de astronautas y cosmonautas. Puede ver el trabajo de la estación, paisajes espaciales si ve transmisiones en línea desde la estación ISS. Sin embargo, algunas cámaras están apagadas debido a trabajos técnicos.
Nuestro lector Nikita Ageev pregunta: ¿cuál es el principal problema de los vuelos interestelares? La respuesta, como , requerirá un artículo extenso, aunque la pregunta se puede responder con un solo carácter: C .
La velocidad de la luz en el vacío, c, es de unos 300.000 kilómetros por segundo y no se puede superar. Por lo tanto, es imposible llegar a las estrellas en menos de unos pocos años (la luz tarda 4.243 años en llegar a Proxima Centauri, por lo que la nave espacial no puede llegar aún más rápido). Si sumamos el tiempo de aceleración y desaceleración con una aceleración más o menos aceptable para una persona, entonces obtenemos unos diez años a la estrella más cercana.
¿Cuáles son las condiciones para volar?
Y este período ya es un obstáculo importante en sí mismo, incluso si ignoramos la pregunta "cómo acelerar a una velocidad cercana a la velocidad de la luz". Ahora no hay naves espaciales que permitan a la tripulación vivir de forma autónoma en el espacio durante tanto tiempo: los astronautas reciben constantemente suministros frescos de la Tierra. Por lo general, una conversación sobre los problemas de los viajes interestelares comienza con preguntas más fundamentales, pero comenzaremos con problemas puramente aplicados.
Incluso medio siglo después del vuelo de Gagarin, los ingenieros no pudieron crear una lavadora y una ducha bastante práctica para naves espaciales, y los inodoros diseñados para la ingravidez se descomponen en la ISS con envidiable regularidad. Un vuelo al menos a Marte (22 minutos luz en lugar de 4 años luz) ya plantea una tarea nada trivial para los diseñadores de fontanería: por lo que viajar a las estrellas requerirá al menos inventar un inodoro espacial con veinte años de garantía y lo mismo lavadora.
El agua para lavar, lavar y beber también deberá llevarse con usted o reutilizarse. Además del aire y los alimentos, también deben almacenarse o cultivarse a bordo. Ya se han realizado experimentos para crear un ecosistema cerrado en la Tierra, pero sus condiciones siguen siendo muy diferentes a las del espacio, al menos en presencia de la gravedad. La humanidad sabe cómo convertir el contenido de un orinal en puro agua potable, pero en este caso se requiere poder hacerlo en gravedad cero, con absoluta fiabilidad y sin camión Suministros: llevar un camión lleno de cartuchos de filtro a las estrellas es demasiado caro.
Lavar los calcetines y protegerse contra las infecciones intestinales puede parecer una restricción demasiado banal y "no física" en los vuelos interestelares, pero cualquier viajero experimentado confirmará que las "pequeñas cosas", como zapatos incómodos o malestar estomacal por comida desconocida en una expedición autónoma, pueden convertirse en una amenaza para la vida.
La solución de incluso los problemas cotidianos elementales requiere la misma base tecnológica seria que el desarrollo de motores espaciales fundamentalmente nuevos. Si en la Tierra se puede comprar una junta desgastada en un inodoro en la tienda más cercana por dos rublos, entonces ya en una nave espacial marciana es necesario proporcionar una reserva todos piezas similares, o una impresora tridimensional para la producción de repuestos a partir de materias primas plásticas universales.
En la Marina de los EE. UU. en 2013 en serio se dedica a la impresión 3D después de evaluar el tiempo y el costo de reparar equipo militar usando métodos tradicionales en condiciones de campo. Los militares razonaron que era más fácil imprimir una junta rara para un ensamblaje de helicóptero que se había descontinuado hace diez años que pedir una pieza de un almacén en otro continente.
Uno de los socios más cercanos de Korolev, Boris Chertok, escribió en sus memorias "Rockets and People" que en algún momento el programa espacial soviético se enfrentó a una escasez de contactos de enchufe. Los conectores fiables para cables multinúcleo tuvieron que desarrollarse por separado.
Además de repuestos para equipos, alimentos, agua y aire, los astronautas necesitarán energía. El motor y el equipo de a bordo necesitarán la energía, por lo que el problema de una fuente potente y confiable deberá resolverse por separado. Paneles solares no son adecuados, aunque solo sea por la distancia de las luminarias en vuelo, los generadores de radioisótopos (que alimentan a las Voyagers y New Horizons) no proporcionan la potencia requerida para una gran nave espacial tripulada, y todavía no han aprendido a hacer full- reactores nucleares de pleno derecho para el espacio.
El programa soviético de satélites de propulsión nuclear se vio empañado por un escándalo internacional tras la caída de Kosmos-954 en Canadá, así como por una serie de fracasos con consecuencias menos dramáticas; trabajos similares en los EE.UU. dieron marcha atrás incluso antes. Ahora Rosatom y Roskosmos tienen la intención de crear una planta de energía nuclear espacial, pero estas siguen siendo instalaciones para vuelos cortos y no un viaje a largo plazo a otro sistema estelar.
Quizás en lugar de reactor nuclear los tokamaks encontrarán aplicación en futuras naves espaciales interestelares. Sobre lo difícil que es al menos determinar correctamente los parámetros de un plasma termonuclear, en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú este verano. Por cierto, el proyecto ITER en la Tierra avanza con éxito: incluso aquellos que ingresaron hoy al primer año tienen todas las posibilidades de unirse al trabajo en el primer reactor termonuclear experimental con un balance de energía positivo.
¿Qué volar?
Los motores de cohetes ordinarios no son adecuados para la aceleración y desaceleración de una nave espacial interestelar. Aquellos que están familiarizados con el curso de mecánica, que se imparte en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú en el primer semestre, pueden calcular de forma independiente cuánto combustible necesitará un cohete para alcanzar al menos cien mil kilómetros por segundo. Para aquellos que aún no están familiarizados con la ecuación de Tsiolkovsky, anunciaremos de inmediato el resultado: la masa de los tanques de combustible es significativamente mayor que la masa del sistema solar.
Es posible reducir el suministro de combustible aumentando la velocidad a la que el motor expulsa el fluido de trabajo, gas, plasma u otro, hasta un haz de partículas elementales. Actualmente, los propulsores de plasma e iones se utilizan activamente para vuelos de estaciones interplanetarias automáticas dentro del sistema solar o para corregir la órbita de satélites geoestacionarios, pero tienen otras desventajas. En particular, todos estos motores dan muy poco empuje, hasta ahora no pueden dar a la nave una aceleración de varios metros por segundo al cuadrado.
El vicerrector del MIPT, Oleg Gorshkov, es uno de los expertos reconocidos en el campo de los motores de plasma. Los motores de la serie SPD se producen en Fakel Design Bureau, estos son productos en serie para corregir la órbita de los satélites de comunicación.
En la década de 1950, se estaba desarrollando un proyecto de motor que utilizaría el impulso de una explosión nuclear (Proyecto Orión), pero está lejos de ser una solución lista para los vuelos interestelares. Menos desarrollado aún está el diseño del motor, que utiliza el efecto magnetohidrodinámico, es decir, acelera debido a la interacción con el plasma interestelar. Teóricamente, la nave espacial podría "chupar" el plasma y devolverlo para crear propulsión a chorro, pero hay otro problema aquí.
¿Como sobrevivir?
El plasma interestelar es principalmente protones y núcleos de helio, si consideramos las partículas pesadas. Al moverse a velocidades del orden de cientos de miles de kilómetros por segundo, todas estas partículas adquieren energía en megaelectronvoltios o incluso decenas de megaelectronvoltios, la misma cantidad que tienen los productos de las reacciones nucleares. La densidad del medio interestelar es de unos cien mil iones por metro cúbico, lo que significa que en un segundo metro cuadrado La piel de la nave recibirá alrededor de 10 13 protones con energías de decenas de MeV.
Un electrón voltio, eV,― esta es la energía que adquiere un electrón al volar de un electrodo a otro con una diferencia de potencial de un voltio. Los cuantos de luz tienen esa energía, y los cuantos ultravioleta con mayor energía ya son capaces de dañar las moléculas de ADN. Las radiaciones o partículas con energías en megaelectronvoltios acompañan a las reacciones nucleares y, además, son ellas mismas capaces de provocarlas.
Tal irradiación corresponde a una energía absorbida (asumiendo que toda la energía es absorbida por la piel) de decenas de julios. Además, esta energía vendrá no solo en forma de calor, sino que puede gastarse parcialmente en iniciar reacciones nucleares en el material de la nave con la formación de isótopos de vida corta: en otras palabras, la piel se volverá radiactiva.
Parte de los protones incidentes y los núcleos de helio pueden ser desviados hacia un lado por un campo magnético, una capa compleja de muchas capas puede protegerse de la radiación inducida y la radiación secundaria, pero estos problemas aún no se han resuelto. Además, las dificultades fundamentales de la forma "qué material será menos destruido por la irradiación" en la etapa de servicio de la nave en vuelo se convertirán en problemas particulares: "cómo desenroscar cuatro pernos por 25 en un compartimento con un fondo de cincuenta milisieverts por hora".
Recuerde que durante la última reparación del telescopio Hubble, los astronautas al principio no pudieron desatornillar los cuatro pernos que sujetaban una de las cámaras. Después de consultar con Earth, reemplazaron la llave dinamométrica con una llave normal y aplicaron fuerza bruta. Los pernos comenzaron a moverse, la cámara se reemplazó con éxito. Si el perno atascado se hubiera arrancado al mismo tiempo, la segunda expedición habría costado 500 millones de dólares estadounidenses. O no habría sucedido en absoluto.
¿Hay soluciones?
En la ciencia ficción (a menudo más fantasía que ciencia), el viaje interestelar se logra a través de "túneles subespaciales". Formalmente, las ecuaciones de Einstein, que describen la geometría del espacio-tiempo dependiendo de la masa y la energía distribuidas en este espacio-tiempo, realmente permiten algo similar: solo que los costos de energía estimados son incluso más deprimentes que las estimaciones de la cantidad de combustible para cohetes para un Vuelo a Próxima Centauri. No solo se necesita mucha energía, sino que también la densidad de energía debe ser negativa.
La cuestión de si es posible crear un estable, grande y energéticamente posible " agujero de gusano» - está vinculado a cuestiones fundamentales sobre la estructura del Universo en su conjunto. Uno de los problemas físicos no resueltos es la falta de gravedad en los llamados modelo estandar- teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales y tres de las cuatro interacciones físicas fundamentales. La gran mayoría de los físicos son bastante escépticos de que haya un lugar en la teoría cuántica de la gravedad para los "saltos a través del hiperespacio" interestelares, pero, estrictamente hablando, nadie prohíbe intentar buscar una solución para los vuelos a las estrellas.
La exploración espacial ha sido durante mucho tiempo algo común para la humanidad. Pero los vuelos a la órbita cercana a la Tierra ya otras estrellas son impensables sin los dispositivos que permiten vencer la gravedad terrestre: los cohetes. Cuántos de nosotros sabemos: cómo se organiza y funciona el vehículo de lanzamiento, de dónde proviene el lanzamiento y cuál es su velocidad, que permite vencer la gravedad del planeta incluso en el espacio sin aire. Echemos un vistazo más de cerca a estos problemas.
Dispositivo
Para comprender cómo funciona un vehículo de lanzamiento, debe comprender su estructura. Comencemos la descripción de los nodos de arriba a abajo.
CAC
Un aparato que pone en órbita un satélite o un compartimento de carga siempre se diferencia del portaaviones, que está destinado al transporte de la tripulación, por su configuración. Este último tiene un sistema especial de rescate de emergencia en la parte superior, que sirve para evacuar el compartimiento de los astronautas en caso de falla del vehículo de lanzamiento. Este forma no estándar la torre, ubicada en la parte superior, es un cohete en miniatura que le permite "tirar" de la cápsula con personas en circunstancias extraordinarias y moverla a una distancia segura del punto de falla. Esto es relevante en la etapa inicial del vuelo, donde todavía es posible lanzar la cápsula en paracaídas.En el espacio, el papel del SAS pierde importancia.En el espacio cercano a la Tierra, la función que permite separar el vehículo de descenso del vehículo de lanzamiento permitirá a los astronautas ser salvado.
compartimento de carga
Debajo del SAS hay un compartimento que transporta la carga útil: un vehículo tripulado, un satélite, un compartimento de carga. Según el tipo y la clase del vehículo de lanzamiento, la masa de la carga puesta en órbita puede oscilar entre 1,95 y 22,4 toneladas. Toda la carga transportada por el barco está protegida por un carenado de cabeza, que se deja caer después de atravesar las capas atmosféricas.
motor sustentador
Lejos del espacio exterior, la gente piensa que si el cohete estuviera en el vacío, a una altura de cien kilómetros, donde comienza la ingravidez, entonces su misión ha terminado. De hecho, dependiendo de la tarea, la órbita objetivo de la carga que se lanza al espacio puede ser mucho mayor. Por ejemplo, los satélites de telecomunicaciones deben transportarse a una órbita ubicada a una altitud de más de 35 mil kilómetros. Para lograr la eliminación necesaria, se necesita un motor sustentador o, como se le llama de otra manera, una unidad de aceleración. Para ingresar a la trayectoria interplanetaria o de salida planeada, se debe cambiar la velocidad de vuelo más de una vez, realizando ciertas acciones, por lo tanto, este motor debe encenderse y apagarse repetidamente, esta es su diferencia con otros componentes similares del cohete.
multietapa
En un vehículo de lanzamiento, solo una pequeña fracción de su masa está ocupada por la carga útil transportada, todo lo demás son motores y tanques de combustible, que se ubican en diferentes etapas del vehículo. La característica de diseño de estas unidades es la posibilidad de su separación después de que se agote el combustible. Luego se queman en la atmósfera antes de llegar al suelo. Cierto, según el portal de noticias reactor.space, en últimos años se desarrolló una tecnología que permite devolver ilesos los pasos separados al punto asignado para ello y relanzarlos al espacio. En ciencia espacial, al crear barcos de varias etapas, se utilizan dos esquemas:
- El primero, longitudinal, le permite colocar varios motores idénticos con combustible alrededor del casco, que se encienden simultáneamente y se reinician sincrónicamente después de su uso.
- El segundo, transversal, permite organizar los pasos en orden ascendente, uno encima del otro. En este caso, su inclusión ocurre solo después de restablecer la etapa inferior agotada.
Pero a menudo los diseñadores prefieren una combinación de un patrón longitudinal transversal. Un cohete puede tener muchas etapas, pero aumentar su número es racional hasta cierto límite. Su crecimiento implica un aumento en la masa de motores y adaptadores que operan solo en una determinada etapa de vuelo. Por lo tanto, los vehículos de lanzamiento modernos no están equipados con más de cuatro etapas. Básicamente, los tanques de combustible de las etapas consisten en depósitos en los que se bombean varios componentes: un comburente (oxígeno líquido, tetróxido de nitrógeno) y combustible (hidrógeno líquido, heptilo). Solo con su interacción se puede acelerar el cohete a la velocidad deseada.
¿Qué tan rápido vuela un cohete en el espacio?
Dependiendo de las tareas que deba realizar el vehículo de lanzamiento, su velocidad puede variar, subdividiéndose en cuatro valores:
- Primer espacio. Le permite elevarse a la órbita donde se convierte en un satélite de la Tierra. Si se traduce a los valores habituales, es igual a 8 km/s.
- Segundo espacio. Velocidad a 11,2 km/s. hace posible que la nave venza la gravedad para el estudio de los planetas de nuestro sistema solar.
- Tercer espacio. Cumpliendo con la velocidad de 16.650 km/s. es posible vencer la gravedad del sistema solar y salir de sus límites.
- Cuarto espacio. Habiendo desarrollado una velocidad de 550 km/s. el cohete es capaz de volar fuera de la galaxia.
Pero no importa cuán grande sea la velocidad de las naves espaciales, son demasiado pequeñas para los viajes interplanetarios. Con tales valores, se necesitarán 18.000 años para llegar a la estrella más cercana.
¿Cómo se llama el lugar desde donde se lanzan los cohetes al espacio?
Para la conquista exitosa del espacio, se necesitan plataformas de lanzamiento especiales, desde donde se pueden lanzar cohetes al espacio exterior. En el uso diario se les llama puertos espaciales. Pero este simple nombre incluye todo un complejo de edificios que ocupa vastos territorios: la plataforma de lanzamiento, las instalaciones para la prueba final y el montaje del cohete y los edificios de servicios relacionados. Todo esto está ubicado a una distancia entre sí, para que otras estructuras del cosmódromo no se dañen en caso de accidente.
Conclusión
Cuanto más mejoran las tecnologías espaciales, más compleja se vuelve la estructura y el funcionamiento del cohete. Quizás en unos años se creen nuevos dispositivos para vencer la gravedad de la Tierra. Y el próximo artículo estará dedicado a los principios de funcionamiento de un cohete más avanzado.
Las tecnologías y los descubrimientos modernos están llevando la exploración espacial a un nivel completamente diferente, pero los viajes interestelares siguen siendo un sueño. Pero, ¿es tan poco realista e inalcanzable? ¿Qué podemos hacer ahora y qué podemos esperar en el futuro cercano?
Al estudiar los datos del telescopio Kepler, los astrónomos han descubierto 54 exoplanetas potencialmente habitables. Estos mundos distantes están en la zona habitable, es decir. a cierta distancia de la estrella central, lo que permite mantener agua líquida en la superficie del planeta.
Sin embargo, la respuesta a la pregunta principal, ¿estamos solos en el Universo?, es difícil de obtener, debido a la enorme distancia que separa al sistema solar de nuestros vecinos más cercanos. Por ejemplo, el "prometedor" planeta Gliese 581g está a 20 años luz de distancia, lo suficientemente cerca para los estándares cósmicos, pero aún demasiado lejos para los instrumentos terrestres.
La abundancia de exoplanetas en un radio de 100 o menos años luz de la Tierra y el enorme interés científico e incluso civilizatorio que representan para la humanidad hacen que echemos un vistazo a la hasta ahora fantástica idea de los vuelos interestelares.
Volar a otras estrellas es, por supuesto, una cuestión de tecnología. Además, existen varias posibilidades para lograr un objetivo tan distante, y aún no se ha hecho la elección a favor de uno u otro método.
La humanidad ya ha enviado vehículos interestelares al espacio: las sondas Pioneer y Voyager. En la actualidad, han abandonado el sistema solar, pero su velocidad no nos permite hablar de un logro rápido de la meta. Entonces, la Voyager 1, moviéndose a una velocidad de aproximadamente 17 km / s, incluso a la estrella más cercana Proxima Centauri (4.2 años luz) volará increíblemente a largo plazo- 17 mil años.
Obviamente, con los motores de cohetes modernos, no iremos más allá del sistema solar: para transportar 1 kg de carga, incluso a la cercana Proxima Centauri, se necesitan decenas de miles de toneladas de combustible. Al mismo tiempo, con un aumento en la masa del barco, aumenta la cantidad de combustible requerida y se necesita combustible adicional para su transporte. Un círculo vicioso que pone fin a los tanques de combustible químico: la construcción de una nave espacial que pesa miles de millones de toneladas parece ser una empresa absolutamente increíble. Cálculos simples Usando la fórmula de Tsiolkovsky, se demuestra que para acelerar una nave espacial alimentada con combustible químico a aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz, se requiere más combustible del que está disponible en el universo conocido.
Una reacción de fusión produce energía por unidad de masa, en promedio, un millón de veces más que procesos quimicos combustión. Por eso, en la década de 1970, la NASA llamó la atención sobre la posibilidad de utilizar motores de cohetes termonucleares. El proyecto de la nave espacial no tripulada Daedalus involucró la creación de un motor en el que pequeñas bolitas de combustible termonuclear serían alimentadas a la cámara de combustión y encendidas por rayos de electrones. Los productos de una reacción termonuclear salen volando por la tobera del motor y aceleran la nave.
La nave espacial Daedalus comparada con el Empire State Building
Se suponía que Daedalus tomaría a bordo 50 mil toneladas pastillas de combustible 4 y 2 mm de diámetro. Los gránulos consisten en un núcleo con deuterio y tritio y una cubierta de helio-3. Este último constituye solo el 10-15% de la masa de la pastilla de combustible, pero, de hecho, es el combustible. El helio-3 es abundante en la Luna y el deuterio se usa ampliamente en la industria nuclear. El núcleo de deuterio sirve como detonador para encender la reacción de fusión y provoca una poderosa reacción con la liberación de un chorro de plasma reactivo, que es controlado por un poderoso campo magnético. Se suponía que la cámara principal de combustión de molibdeno del motor Daedalus tenía un peso de más de 218 toneladas, la cámara de la segunda etapa, 25 toneladas. Las bobinas superconductoras magnéticas también son compatibles con un reactor enorme: la primera pesa 124,7 toneladas y la segunda, 43,6 toneladas. A modo de comparación: el peso seco del transbordador es inferior a 100 toneladas.
Se planeó que el vuelo de Daedalus fuera de dos etapas: se suponía que el motor de la primera etapa funcionaría durante más de 2 años y quemaría 16 millones de pastillas de combustible. Después de la separación de la primera etapa, el motor de la segunda etapa funcionó durante casi dos años. Así, en 3,81 años de aceleración continua, Dédalo habría alcanzado una velocidad máxima del 12,2% de la velocidad de la luz. La distancia a la estrella de Barnard (5,96 años luz) será superada por una nave de este tipo en 50 años y podrá, volando a través de un sistema estelar distante, transmitir los resultados de sus observaciones por radio a la Tierra. Por lo tanto, toda la misión tomará alrededor de 56 años.
A pesar de las grandes dificultades para garantizar la fiabilidad de numerosos sistemas Daedalus y su elevado coste, este proyecto se está ejecutando en nivel moderno tecnologías Además, en 2009, un equipo de entusiastas reanudó el trabajo sobre el proyecto de una nave termonuclear. Actualmente, el proyecto Icarus incluye 20 temas científicos sobre el desarrollo teórico de sistemas y materiales para una nave espacial interestelar.
Así, hoy en día ya son posibles vuelos interestelares no tripulados a una distancia de hasta 10 años luz, lo que llevará unos 100 años de vuelo más el tiempo que tarda la señal de radio en viajar de regreso a la Tierra. Los sistemas estelares Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 y 248, CN Leo, WISE 1541-2250 encajan en este radio. Como puede ver, hay suficientes objetos cerca de la Tierra para estudiar con la ayuda de misiones no tripuladas. Pero, ¿y si los robots encuentran algo realmente inusual y único, como una biosfera compleja? ¿Podrá una expedición en la que participen personas ir a planetas distantes?
Vuelo de tu vida
Si podemos comenzar a construir un barco no tripulado hoy, entonces con un barco tripulado, la situación es más complicada. En primer lugar, la cuestión del tiempo de vuelo es aguda. Tomemos la misma estrella de Barnard. Los astronautas tendrán que ser entrenados para un vuelo tripulado desde la escuela, porque incluso si el lanzamiento desde la Tierra se lleva a cabo en su 20 cumpleaños, la nave alcanzará la meta de vuelo para el 70 o incluso el 100 aniversario (dada la necesidad de frenar, que es no es necesario en un vuelo no tripulado). La selección de tripulantes a una edad temprana está plagada de incompatibilidades psicológicas y conflictos interpersonales, y la edad de 100 años no da esperanza para un trabajo fructífero en la superficie del planeta y para regresar a casa.
Sin embargo, ¿tiene sentido volver? Numerosos estudios de la NASA llevan a una conclusión decepcionante: una larga estancia en gravedad cero destruirá de forma irreversible la salud de los astronautas. Así, el trabajo del profesor de biología Robert Fitts con los astronautas de la ISS muestra que incluso a pesar del ejercicio físico vigoroso a bordo de la nave espacial, después de una misión de tres años a Marte, los músculos grandes, como las pantorrillas, se debilitarán un 50 %. Del mismo modo, la densidad mineral ósea también disminuye. Como resultado, la capacidad de trabajo y supervivencia en situaciones extremas disminuye significativamente, y el período de adaptación a la gravedad normal será de al menos un año. Volar en gravedad cero durante décadas pondrá en duda la vida misma de los astronautas. Quizás el cuerpo humano pueda recuperarse, por ejemplo, en el proceso de frenado con una gravedad que aumenta gradualmente. Sin embargo, el riesgo de muerte sigue siendo demasiado alto y requiere una solución radical.
Stanford Tor es una estructura colosal con ciudades enteras dentro de un borde giratorio.
Desafortunadamente, no es tan fácil resolver el problema de la ingravidez en una nave espacial interestelar. La posibilidad que tenemos de crear gravedad artificial rotando el módulo habitable tiene una serie de dificultades. Para crear la gravedad terrestre, incluso una rueda con un diámetro de 200 m tendrá que girar a una velocidad de 3 revoluciones por minuto. Con una rotación tan rápida, la fuerza de Cariolis creará cargas que son completamente insoportables para el aparato vestibular humano, provocando náuseas y ataques agudos de mareo. La única solución a este problema es el Stanford Tor, desarrollado por científicos de la Universidad de Stanford en 1975. Este es un enorme anillo con un diámetro de 1,8 km, en el que podrían vivir 10 mil cosmonautas. Debido a su tamaño, proporciona una gravedad de 0,9-1,0 g y es bastante alojamiento confortable de la gente. Sin embargo, incluso a velocidades de rotación inferiores a una revolución por minuto, las personas seguirán experimentando una molestia leve pero notable. Además, si se construye un compartimento habitable tan gigantesco, incluso pequeños cambios en la distribución del peso del toro afectarán la velocidad de rotación y provocarán vibraciones en toda la estructura.
El problema de la radiación sigue siendo complejo. Incluso cerca de la Tierra (a bordo de la ISS), los astronautas no pasan más de seis meses debido al peligro de exposición a la radiación. La nave interplanetaria tendrá que estar equipada con una fuerte protección, pero queda pendiente la cuestión del efecto de la radiación en el cuerpo humano. En particular, sobre el riesgo de enfermedades oncológicas, cuyo desarrollo en ingravidez prácticamente no se estudia. A principios de este año, el científico Krasimir Ivanov del Centro Aeroespacial Alemán en Colonia publicó los resultados de un interesante estudio sobre el comportamiento de las células de melanoma (la forma más peligrosa de cáncer de piel) en gravedad cero. En comparación con las células cancerosas que crecen bajo gravedad normal, las células que han pasado 6 y 24 horas en condiciones de ingravidez tienen menos probabilidades de metastatizar. Esto parece ser una buena noticia, pero solo a primera vista. El hecho es que un cáncer “espacial” de este tipo puede permanecer inactivo durante décadas y propagarse inesperadamente a gran escala si el sistema inmunitario se altera. Además, el estudio deja claro que aún sabemos poco sobre la reacción del cuerpo humano ante una larga estancia en el espacio. Astronautas hoy, saludables Gente fuerte, pasan muy poco tiempo allí para trasladar su experiencia a un largo vuelo interestelar.
En cualquier caso, un barco para 10 mil personas es una empresa dudosa. Para crear un ecosistema confiable para una cantidad tan grande de personas, se necesita una gran cantidad de plantas, 60 mil pollos, 30 mil conejos y una manada de ganado. Solo esto puede proporcionar una dieta al nivel de 2400 calorías por día. Sin embargo, todos los experimentos para crear tales ecosistemas cerrados invariablemente terminan en fracaso. Así, en el transcurso del mayor experimento "Biosphere-2" de Space Biosphere Ventures, se construyó una red de edificios herméticos con área total 1,5 hectáreas con 3 mil especies de plantas y animales. Se suponía que todo el ecosistema se convertiría en un pequeño "planeta" autosuficiente en el que vivían 8 personas. El experimento duró 2 años, pero a las pocas semanas comenzaron los problemas graves: los microorganismos e insectos comenzaron a multiplicarse sin control, consumiendo oxígeno y plantas en exceso. grandes cantidades, también resultó que sin viento, las plantas se volvieron demasiado frágiles. Como resultado de una catástrofe ambiental local, las personas comenzaron a perder peso, la cantidad de oxígeno disminuyó del 21% al 15% y los científicos tuvieron que violar las condiciones del experimento y suministrar oxígeno y alimentos a los ocho "cosmonautas".
Por lo tanto, la creación de ecosistemas complejos parece ser una forma errónea y peligrosa de proporcionar oxígeno y nutrición a la tripulación de una nave espacial interestelar. Resolver este problema requerirá organismos especialmente diseñados con genes alterados que puedan alimentarse de luz, desechos y sustancias simples. Por ejemplo, las grandes plantas modernas para la producción de algas alimenticias Chlorella pueden producir hasta 40 toneladas de suspensión por día. Un biorreactor completamente autónomo que pesa varias toneladas puede producir hasta 300 litros de suspensión de Chlorella por día, lo que es suficiente para alimentar a una tripulación de varias docenas de personas. La chlorella modificada genéticamente no solo podría satisfacer las necesidades nutricionales de la tripulación, sino también procesar los desechos, incluidos dióxido de carbono. Hoy en día, el proceso de ingeniería genética de microalgas se ha convertido en un lugar común y existen numerosos diseños desarrollados para la purificación. Aguas residuales, producción de biocombustibles, etc.
sueño congelado
Casi todos los problemas anteriores del vuelo interestelar tripulado podrían resolverse mediante una tecnología muy prometedora: la animación suspendida, o como también se le llama criostasis. La anabiosis es una ralentización de los procesos de la vida humana al menos varias veces. Si es posible sumergir a una persona en tal letargo artificial, que ralentiza el metabolismo 10 veces, entonces en un vuelo de 100 años envejecerá mientras duerme solo 10 años. Esto facilita la solución de problemas de nutrición, suministro de oxígeno, trastornos mentales, destrucción del cuerpo como resultado de la ingravidez. Además, es más fácil proteger un compartimento con cámaras de animación suspendidas de micrometeoritos y radiación que una gran zona habitable.
Desafortunadamente, ralentizar los procesos de la vida humana es extremadamente tarea difícil. Pero en la naturaleza hay organismos que pueden hibernar y aumentar su esperanza de vida cientos de veces. Por ejemplo, un pequeño lagarto llamado salamandra siberiana puede hibernar en tiempos difíciles y permanecer vivo durante décadas, incluso cuando se congela en un bloque de hielo con una temperatura de -35-40 ° C. Hay casos en que las salamandras hibernaron durante unos 100 años y, como si nada, se descongelaron y huyeron de los investigadores sorprendidos. Al mismo tiempo, la esperanza de vida "continua" habitual de un lagarto no supera los 13 años. La asombrosa capacidad de la salamandra se explica por el hecho de que su hígado sintetiza una gran cantidad de glicerol, casi el 40% de su peso corporal, que protege a las células de las bajas temperaturas.
El principal obstáculo para sumergir a una persona en la criostasis es el agua, que constituye el 70% de nuestro cuerpo. Cuando se congela, se convierte en cristales de hielo, aumentando su volumen en un 10%, por lo que la membrana celular se rompe. Además, a medida que se congela, las sustancias disueltas dentro de la célula migran hacia el agua restante, interrumpiendo los procesos de intercambio de iones intracelulares, así como la organización de proteínas y otras estructuras intercelulares. En general, la destrucción de las células durante la congelación hace imposible que una persona vuelva a la vida.
Sin embargo, existe una forma prometedora de resolver este problema: los hidratos de clatrato. Fueron descubiertos en 1810, cuando el científico británico Sir Humphry Davy inyectó cloro a alta presión en el agua y fue testigo de la formación de estructuras sólidas. Estos eran hidratos de clatrato, una de las formas de hielo de agua, en la que se incluye gas extraño. A diferencia de los cristales de hielo, las redes de clatrato son menos duras, no tienen bordes afilados, pero tienen cavidades en las que las sustancias intracelulares pueden "esconderse". La tecnología de animación suspendida de clatratos sería simple: un gas inerte, como el xenón o el argón, una temperatura justo por debajo de cero, y el metabolismo celular comienza a ralentizarse gradualmente hasta que una persona cae en criostasis. Desafortunadamente, la formación de hidratos de clatrato requiere alta presión (alrededor de 8 atmósferas) y una concentración muy alta de gas disuelto en agua. Todavía se desconoce cómo crear tales condiciones en un organismo vivo, aunque hay algunos éxitos en esta área. Por lo tanto, los clatratos pueden proteger el tejido del músculo cardíaco de la destrucción de las mitocondrias incluso a temperaturas criogénicas (por debajo de los 100 grados centígrados), así como prevenir daños en las membranas celulares. Los experimentos sobre anabiosis de clatratos en humanos aún no se discuten, ya que la demanda comercial de tecnología de criostasis es pequeña y la investigación sobre este tema la llevan a cabo principalmente pequeñas empresas que ofrecen servicios para congelar los cuerpos de los muertos.
Vuelo en hidrógeno
En 1960, el físico Robert Bassard propuso el concepto original de un motor de fusión estatorreactor que resuelve muchos de los problemas del viaje interestelar. La conclusión es utilizar el hidrógeno y el polvo interestelar presentes en el espacio exterior. Una nave espacial con un motor de este tipo primero acelera con su propio combustible y luego despliega un enorme embudo de un campo magnético, de miles de kilómetros de diámetro, que captura hidrógeno del espacio exterior. Este hidrógeno se utiliza como fuente inagotable de combustible para un motor de cohete de fusión.
El uso del motor Bussard promete enormes ventajas. En primer lugar, debido al combustible "gratuito", es posible moverse con una aceleración constante de 1 g, lo que significa que desaparecen todos los problemas asociados con la ingravidez. Además, el motor le permite acelerar a una velocidad tremenda: el 50% de la velocidad de la luz e incluso más. Teóricamente, moviéndose con una aceleración de 1 g, una nave con motor Bussard puede recorrer una distancia de 10 años luz en unos 12 años terrestres, y para la tripulación, por efectos relativistas, solo habrían pasado 5 años de tiempo de nave.
Desafortunadamente, hay una serie de problemas serios en el camino hacia la creación de un barco con un motor Bussard que no se pueden resolver con el nivel actual de tecnología. En primer lugar, es necesario crear una trampa de hidrógeno gigante y fiable que genere campos magnéticos fuerza gigantesca. Al mismo tiempo, debe proporcionar pérdidas mínimas y transporte eficiente de hidrógeno a un reactor de fusión. El proceso mismo de una reacción termonuclear de transformación de cuatro átomos de hidrógeno en un átomo de helio, propuesto por Bussard, plantea muchas preguntas. El hecho es que esta reacción tan simple es difícil de implementar en un reactor de un solo paso, ya que avanza demasiado lentamente y, en principio, solo es posible dentro de las estrellas.
Sin embargo, los avances en el estudio de la fusión termonuclear permiten esperar que el problema pueda resolverse, por ejemplo, utilizando isótopos "exóticos" y antimateria como catalizador de reacción.
Hasta el momento, la investigación sobre el motor Bussard se encuentra exclusivamente en el plano teórico. Se necesitan cálculos basados en tecnologías reales. En primer lugar, es necesario desarrollar un motor capaz de generar suficiente energía para alimentar una trampa magnética y mantener una reacción termonuclear, producir antimateria y vencer la resistencia del medio interestelar, lo que ralentizará la enorme "vela" electromagnética.
Antimateria al rescate
Puede sonar extraño, pero hoy en día la humanidad está más cerca de crear un motor de antimateria que del intuitivo y simple a primera vista motor estatorreactor de Bussard.
La sonda, desarrollada por Hbar Technologies, tendrá una delgada vela de fibra de carbono recubierta con uranio 238. Chocando contra la vela, el antihidrógeno la aniquilará y creará un impulso de chorro.
Como resultado de la aniquilación de hidrógeno y antihidrógeno, se forma un poderoso flujo de fotones, cuya velocidad de escape alcanza un máximo para un motor de cohete, es decir la velocidad de la luz. Este es un indicador ideal que le permite alcanzar velocidades cercanas a la luz muy altas de una nave espacial con un motor de fotones. Desafortunadamente, es muy difícil usar antimateria como combustible para cohetes, ya que durante la aniquilación se producen destellos de la más poderosa radiación gamma, que matará a los astronautas. Además, todavía no existen tecnologías de almacenamiento. un número grande antimateria, y el hecho mismo de la acumulación de toneladas de antimateria, incluso en el espacio lejos de la Tierra, es una seria amenaza, ya que la aniquilación de aunque sea un kilogramo de antimateria equivale a Explosión nuclear con una capacidad de 43 megatones (una explosión de tal fuerza es capaz de convertir un tercio del territorio de los Estados Unidos en un desierto). El costo de la antimateria es otro factor que complica el vuelo interestelar impulsado por fotones. Las tecnologías modernas para la producción de antimateria permiten producir un gramo de antihidrógeno a un costo de decenas de billones de dólares.
Sin embargo grandes proyectos La investigación sobre antimateria está dando sus frutos. En la actualidad se han creado instalaciones especiales de almacenamiento de positrones, “botellas magnéticas”, que son recipientes refrigerados por helio líquido con paredes de campos magnéticos. En junio de este año, los científicos del CERN lograron conservar átomos de antihidrógeno durante 2.000 segundos. En la Universidad de California (EE.UU.) se está construyendo el depósito de antimateria más grande del mundo, que podrá acumular más de un billón de positrones. Uno de los objetivos de los científicos de la Universidad de California es crear contenedores portátiles para la antimateria que puedan utilizarse con fines científicos lejos de los grandes aceleradores. Este proyecto cuenta con el apoyo del Pentágono, que está interesado en las aplicaciones militares de antimateria, por lo que es poco probable que la mayor variedad de botellas magnéticas del mundo no tenga fondos suficientes.
Los aceleradores modernos podrán producir un gramo de antihidrógeno en unos cientos de años. Esto es muy largo, por lo que la única salida es desarrollar nueva tecnología producción de antimateria o unir los esfuerzos de todos los países de nuestro planeta. Pero incluso en este caso, tecnologías modernas no hay nada que soñar con la producción de decenas de toneladas de antimateria para vuelos interestelares tripulados.
Sin embargo, no todo es tan triste. Los especialistas de la NASA han desarrollado varios diseños de naves espaciales que podrían viajar al espacio profundo con solo un microgramo de antimateria. La NASA cree que el equipo mejorado hará posible producir antiprotones a un costo de alrededor de $ 5 mil millones por gramo.
La empresa estadounidense Hbar Technologies, con el apoyo de la NASA, está desarrollando el concepto de sondas no tripuladas impulsadas por un motor antihidrógeno. El primer objetivo de este proyecto es crear una nave espacial no tripulada que pueda volar al cinturón de Kuiper en el borde del sistema solar en menos de 10 años. Hoy en día, es imposible volar a puntos tan remotos en 5 a 7 años, en particular, la sonda New Horizons de la NASA volará a través del cinturón de Kuiper 15 años después del lanzamiento.
Una sonda que viaja una distancia de 250 AU en 10 años, será muy pequeño, con una carga útil de solo 10 mg, pero también necesitará un poco de antihidrógeno: 30 mg. El Tevatron producirá esta cantidad en unas pocas décadas, y los científicos podrían probar el concepto de un nuevo motor durante una misión espacial real.
Los cálculos preliminares también muestran que se puede enviar una pequeña sonda a Alpha Centauri de manera similar. Con un gramo de antihidrógeno, volará a una estrella distante en 40 años.
Puede parecer que todo lo anterior es ficción y no tiene nada que ver con el futuro cercano. Afortunadamente, este no es el caso. Si bien la atención pública está concentrada en las crisis globales, los fracasos de las estrellas del pop y otros eventos actuales, las iniciativas que marcan una época permanecen en las sombras. La agencia espacial de la NASA lanzó el grandioso proyecto 100 Year Starship, que implica la creación gradual y plurianual de una base científica y tecnológica para vuelos interplanetarios e interestelares. Este programa es único en la historia de la humanidad y debería atraer a científicos, ingenieros y entusiastas de otras profesiones de todo el mundo. Del 30 de septiembre al 2 de octubre de 2011 se llevará a cabo un simposio en Orlando, Florida, donde se discutirán diversas tecnologías de vuelos espaciales. Con base en los resultados de tales eventos, los especialistas de la NASA desarrollarán un plan de negocios para ayudar a ciertas industrias y empresas que están desarrollando tecnologías que aún no están disponibles, pero que son necesarias para futuros vuelos interestelares. Si el ambicioso programa de la NASA tiene éxito, dentro de 100 años la humanidad podrá construir una nave espacial interestelar y sistema solar nos moveremos con la misma facilidad que hoy volamos de tierra firme a tierra firme.
