우주 기록. 우주에서의 속도

인류의 가장 큰 자산 중 하나는 국제적이다 우주 정거장또는 ISS. 러시아, 일부 유럽 국가, 캐나다, 일본 및 미국 등 여러 국가가 연합하여 그것을 만들고 궤도에서 운영합니다. 이 장치는 국가들이 지속적으로 협력하면 많은 것을 성취할 수 있음을 보여줍니다. 지구상의 모든 사람들이 이 정거장에 대해 알고 있으며, 많은 사람들이 ISS가 어느 고도에서 어느 궤도에서 비행하는지에 대해 질문합니다. 우주비행사는 몇 명이나 있었나요? 관광객이 거기에 허용된다는 것이 사실입니까? 그리고 이것이 인류에게 흥미로운 전부는 아닙니다.

역 구조

ISS는 실험실, 창고, 화장실, 침실, 다용도실을 수용하는 14개의 모듈로 구성됩니다. 역에는 운동 장비를 갖춘 체육관도 있습니다. 이 단지 전체는 태양광 패널로 운영됩니다. 경기장 크기만큼 거대합니다.

ISS에 관한 사실

운영하는 동안 방송국은 많은 감탄을 불러 일으켰습니다. 이 장치는 인간 정신의 가장 큰 성취입니다. 디자인, 목적, 기능면에서 완벽하다고 할 수 있습니다. 물론, 아마도 100년 안에 그들은 지구상에서 다른 유형의 우주선을 만들기 시작할 것입니다. 그러나 현재로서는 이 장치는 인류의 재산입니다. 이는 ISS에 대한 다음 사실로 입증됩니다.

1. 존재하는 동안 약 200명의 우주비행사가 ISS를 방문했습니다. 단순히 궤도 높이에서 우주를 보러 온 관광객도 있었습니다.
2. 역은 육안으로 지구에서 볼 수 있습니다. 이 구조는 인공위성 중 가장 크며, 돋보기 없이도 행성 표면에서 쉽게 볼 수 있다. 장치가 도시 위를 비행하는 시간과 시기를 확인할 수 있는 지도가 있습니다. 이를 사용하면 해당 지역에 대한 정보를 쉽게 찾을 수 있습니다. 해당 지역의 항공편 일정을 확인하세요.
3. 우주비행사들은 우주정거장을 조립하고 제대로 작동되도록 유지하기 위해 하루에 150번 이상 밖으로 나갔습니다. 열린 공간, 그곳에서 약 천 시간을 보냈습니다.
4. 이 장치는 6명의 우주비행사에 의해 조종됩니다. 생명 유지 시스템은 첫 번째 발사 이후 역에 사람들의 지속적인 존재를 보장합니다.
5. 국제 우주 정거장은 다양한 실험실 실험이 수행되는 독특한 장소입니다. 과학자들은 의학, 생물학, 화학, 물리학, 생리학, 기상 관측 분야는 물론 다른 과학 분야에서도 독특한 발견을 합니다.
6. 이 장치는 끝 부분이 있는 축구장 크기의 거대한 태양 전지판을 사용합니다. 그들의 무게는 거의 30만 킬로그램에 달합니다.
7. 배터리는 스테이션의 작동을 완벽하게 보장할 수 있습니다. 그들의 작업은 주의 깊게 모니터링됩니다.
8. 역에는 욕실 2개와 체육관을 갖춘 미니하우스가 있습니다.
9. 비행은 지구에서 모니터링됩니다. 수백만 줄의 코드로 구성된 프로그램이 제어를 위해 개발되었습니다.

우주비행사

2017년 12월부터 ISS 승무원은 다음과 같은 천문학자와 우주비행사로 구성됩니다.

• 안톤 슈카플레로프 - ISS-55 사령관. 그는 2011~2012년, 2014~2015년 두 차례 이 역을 방문했다. 2번의 비행 동안 그는 364일 동안 역에서 살았습니다.
• Skeet Tingle - 비행 엔지니어, NASA 우주 비행사. 이 우주 비행사는 우주 비행 경험이 없습니다.
• 카나이 노리시게 - 비행 엔지니어, 일본 우주 비행사.
• 알렉산더 미수르킨. 2013년에 첫 비행을 하여 166일 동안 비행했습니다.
• Macr Vande Hai는 비행 경험이 없습니다.
• 조셉 아카바. 디스커버리호의 첫 번째 비행은 2009년에 이뤄졌고, 두 번째 비행은 2012년에 이뤄졌다.

우주에서 본 지구

우주에서 지구를 바라보는 독특한 풍경이 있습니다. 이것은 우주 비행사와 우주 비행사의 사진과 비디오로 입증됩니다. ISS 관측소에서 온라인 방송을 시청하면 관측소의 작업과 우주 풍경을 볼 수 있다. 단, 유지보수 작업으로 인해 일부 카메라의 전원이 꺼지는 경우가 있습니다.

독자 Nikita Ageev가 묻습니다. 성간 여행의 주요 문제는 무엇입니까? 와 같은 답변에는 긴 기사가 필요하지만 질문은 단일 기호로 답변할 수 있습니다. 기음 .

진공에서 빛의 속도 c는 초당 약 30만 킬로미터이며 이를 초과하는 것은 불가능합니다. 따라서 몇 년보다 더 빨리 별에 도달하는 것은 불가능합니다(빛은 프록시마 센타우리까지 4.243년을 이동하므로 우주선은 더 빨리 도착할 수 없습니다). 인간이 어느 정도 허용할 수 있는 가속도에 가속 ​​및 감속 시간을 더하면 가장 가까운 별까지 약 10년이 걸립니다.

비행할 수 있는 조건은 무엇입니까?

그리고 이 기간은 "빛의 속도에 가까운 속도로 가속하는 방법"이라는 질문을 무시하더라도 이미 그 자체로 중요한 장애물입니다. 이제 승무원이 오랫동안 우주에서 자율적으로 생활할 수 있는 우주선은 없습니다. 우주비행사는 지속적으로 지구에서 신선한 공급품을 가져옵니다. 일반적으로 성간 여행의 문제에 대한 대화는 보다 근본적인 질문으로 시작되지만, 우리는 순수하게 적용된 문제부터 시작하겠습니다.

가가린이 비행한 지 반세기가 지나도 엔지니어들은 우주선에 사용할 만큼 실용적인 세탁기와 샤워 시설을 만들 수 없었고, 무중력을 위해 설계된 화장실은 부러울 만큼 규칙적으로 ISS에서 고장났습니다. 최소 화성(4광년 대신 22광분)으로의 비행은 이미 배관 설계자에게 중요한 작업을 제시합니다. 따라서 별을 여행하려면 최소한 20년짜리 우주 화장실을 발명해야 합니다. 보증과 동일 세탁기.

씻고, 씻고, 마시는 데 필요한 물도 가지고 가거나 재사용해야 합니다. 공기뿐만 아니라 음식도 기내에서 저장하거나 재배해야 합니다. 지구상에 폐쇄된 생태계를 만들기 위한 실험이 이미 수행되었지만, 적어도 중력이 존재하는 경우에는 그 조건이 여전히 우주 환경과 매우 달랐습니다. 인류는 변기의 내용물을 깨끗하게 바꾸는 방법을 알고 있습니다. 식수, 하지만 이 경우에는 무중력 상태에서 절대적인 신뢰성과 트럭 없이 작업을 수행할 수 있어야 합니다. 소모품: 한 트럭 분량의 필터 카트리지를 별까지 가져가는 것은 너무 비쌉니다.

양말을 세탁하고 장 감염을 예방하는 것은 성간 비행에서 너무 진부하고 "비물리적"인 제한처럼 보일 수 있습니다. 그러나 숙련된 여행자라면 자율 탐사에서 불편한 신발이나 익숙하지 않은 음식으로 인한 배탈과 같은 "사소한 것"이 변할 수 있음을 확인할 것입니다. 생명의 위협에 빠지게 됩니다.

기본적인 일상적인 문제조차 해결하려면 근본적으로 새로운 우주 엔진의 개발만큼 심각한 기술 기반이 필요합니다. 지구상에서 변기 물통의 낡은 개스킷을 가장 가까운 상점에서 2루블에 구입할 수 있는 경우 화성 선박에서는 예비품 중 하나를 제공해야 합니다. 모든 사람유사한 부품 또는 범용 플라스틱 원료로 예비 부품을 생산하기 위한 3차원 프린터.

2013년 미 해군에서 본격적으로 3D 프린팅을 시작했습니다 전통적인 방법을 사용하여 군사 장비를 수리하는 데 드는 시간과 비용을 평가한 후 현장 조건. 군대에서는 10년 전에 단종된 헬리콥터 부품에 대한 희귀한 개스킷을 인쇄하는 것이 다른 대륙의 창고에서 부품을 주문하는 것보다 쉽다고 판단했습니다.

Korolev의 가장 가까운 동료 중 한 명인 Boris Chertok은 회고록 "Rockets and People"에서 어느 시점에서 소련 우주 프로그램이 플러그 접점 부족에 직면했다고 썼습니다. 다중 코어 케이블을 위한 안정적인 커넥터는 별도로 개발되어야 했습니다.

장비, 음식, 물, 공기의 예비 부품 외에도 우주비행사에게는 에너지가 필요합니다. 엔진과 탑재 장비에는 에너지가 필요하므로 강력하고 안정적인 소스 문제는 별도로 해결해야 합니다. 태양광 패널비행 중인 별과의 거리 때문에 방사성 동위원소 생성기(보이저호와 뉴 호라이즌스호에 전력을 공급함)가 대형 유인 우주선에 필요한 전력을 제공하지 못하고 아직 본격적인 우주선을 만드는 방법을 배우지 못한 경우에는 적합하지 않습니다. 우주용 원자로.

소련의 원자력 위성 프로그램은 캐나다에서 코스모스 954호가 추락한 후 국제적인 스캔들과 덜 극적인 결과를 가져온 일련의 실패로 인해 손상되었습니다. 비슷한 작품미국에서는 더 일찍 멈췄습니다. 이제 Rosatom과 Roscosmos는 우주 원자력 발전소를 만들 계획이지만 이는 여전히 단거리 비행을 위한 설치일 뿐 다른 별 시스템으로의 다년간의 여정은 아닙니다.

아마도 대신 원자로토카막은 미래의 성간 우주선에 사용될 것입니다. 이번 여름 MIPT에서 열핵 플라즈마의 매개변수를 정확하게 결정하는 것이 얼마나 어려운지에 대해 설명합니다. 그건 그렇고, 지구상의 ITER 프로젝트는 성공적으로 진행되고 있습니다. 오늘 첫해에 들어간 사람들조차도 양의 에너지 균형을 갖춘 최초의 실험용 열핵 원자로 작업에 참여할 모든 기회가 있습니다.

무엇을 날까요?

기존의 로켓 엔진은 성간 우주선을 가속 및 감속하는 데 적합하지 않습니다. 첫 학기에 MIPT에서 가르치는 기계 과정에 익숙한 사람들은 로켓이 초당 최소 10만 킬로미터에 도달하는 데 필요한 연료의 양을 독립적으로 계산할 수 있습니다. 아직 Tsiolkovsky 방정식에 익숙하지 않은 분들을 위해 결과를 즉시 발표하겠습니다. 연료 탱크의 질량은 태양계의 질량보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다.

엔진이 작동 유체, 가스, 플라즈마 또는 기타 입자를 방출하는 속도를 기본 입자 빔까지 증가시켜 연료 공급을 줄일 수 있습니다. 현재 플라즈마 및 이온 엔진은 태양계 내 자동 행성 간 관측소의 비행이나 정지 위성의 궤도 수정에 활발히 사용되고 있지만 다른 여러 가지 단점도 있습니다. 특히, 이러한 모든 엔진은 너무 적은 추력을 제공하므로 아직 선박에 초당 수 미터의 가속도를 제공할 수 없습니다.

MIPT 부총장 Oleg Gorshkov는 플라즈마 엔진 분야에서 인정받는 전문가 중 한 명입니다. SPD 시리즈 엔진은 Fakel Design Bureau에서 생산되며 통신 위성의 궤도 수정을 위한 직렬 제품입니다.

1950년대에 핵폭발의 충격을 이용하는 엔진 프로젝트(오리온 프로젝트)가 개발되었지만, 성간 비행을 위한 기성 솔루션이 되려면 아직 멀었습니다. 자기유체역학 효과, 즉 성간 플라즈마와의 상호작용으로 인해 가속되는 엔진의 설계는 더욱 덜 개발되었습니다. 이론적으로 우주선은 플라즈마를 내부로 "흡입"하여 다시 밖으로 내보낼 수 있습니다. 제트 추력, 그러나 여기서 또 다른 문제가 발생합니다.

살아남는 방법?

성간 플라즈마는 무거운 입자를 고려하면 주로 양성자와 헬륨 핵입니다. 초당 수십만 킬로미터의 속도로 움직일 때, 이 모든 입자는 핵반응의 산물과 같은 양인 메가전자볼트 또는 심지어 수십 메가전자볼트의 에너지를 얻습니다. 성간 물질의 밀도는 대략 10만 이온이다. 입방미터, 이는 곧 평방미터선박의 선체는 수십 MeV의 에너지를 갖는 약 10 13 양성자를 받게 됩니다.

1전자볼트, eV,― 이는 1V의 전위차를 두고 한 전극에서 다른 전극으로 이동할 때 전자가 획득하는 에너지입니다. 가벼운 양자는 이 에너지를 가지고 있으며, 더 높은 에너지를 가진 자외선 양자는 이미 DNA 분자를 손상시킬 수 있습니다. 메가전자볼트 에너지를 가진 방사선이나 입자는 핵반응을 수반하며, 또한 그 자체로 핵반응을 일으킬 수 있습니다.

이러한 방사선 조사는 수십 줄의 흡수된 에너지(모든 에너지가 피부에 흡수된다고 가정)에 해당합니다. 더욱이, 이 에너지는 단지 열의 형태로 나오는 것이 아니라 부분적으로 단기간 동위원소를 형성하여 선박의 물질에서 핵반응을 시작하는 데 사용될 수 있습니다. 즉, 라이닝이 방사성이게 됩니다.

입사된 양성자와 헬륨 핵 중 일부는 자기장에 의해 편향될 수 있으며, 유도 방사선과 2차 방사선은 여러 층의 복잡한 껍질에 의해 보호될 수 있지만 이러한 문제에도 아직 해결책이 없습니다. 또한, 비행 중인 선박을 정비하는 단계에서 "방사선 조사 시 어떤 물질이 가장 적게 파괴될 것인가"라는 형태의 근본적인 어려움은 "1당 50밀리시버트의 배경을 가진 구획에 있는 4개의 25볼트를 푸는 방법"과 같은 특별한 문제로 바뀔 것입니다. 시간."

허블 망원경을 마지막으로 수리하는 동안 우주 비행사들은 처음에 카메라 중 하나를 고정하는 4개의 볼트를 푸는 데 실패했습니다. 지구와 협의한 후 토크 제한 키를 일반 키로 교체하고 무차별 대입을 가했습니다. 볼트가 제자리에서 벗어났고 카메라가 성공적으로 교체되었습니다. 붙어 있는 볼트를 제거했다면 두 번째 원정에는 5억 달러의 비용이 들었을 것입니다. 아니면 전혀 일어나지 않았을 것입니다.

해결 방법이 있나요?

공상 과학 소설(종종 과학보다 환상적임)에서 성간 여행은 "부분 공간 터널"을 통해 이루어집니다. 공식적으로, 이 시공간에 분포된 질량과 에너지에 따라 시공의 기하학을 설명하는 아인슈타인의 방정식은 비슷한 것을 허용합니다. 추정된 에너지 비용만이 로켓 연료의 양에 대한 추정보다 훨씬 더 우울합니다. 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)로 가는 비행기. 에너지가 많이 필요할 뿐만 아니라, 에너지 밀도도 음수여야 합니다.

문제는 안정적이고 크고 에너지적으로 가능한 공간을 만드는 것이 가능한지 여부입니다." 벌레 구멍" -우주 전체의 구조에 대한 근본적인 질문과 관련이 있습니다. 해결되지 않은 물리적 문제 중 하나는 소위 중력이 부족하다는 것입니다. 표준 모델- 기본 입자의 거동과 4가지 기본 물리적 상호작용 중 3가지를 설명하는 이론입니다. 대다수의 물리학자들은 양자 중력 이론에 성간 "초공간 점프"를 위한 장소가 있을 것이라는 점에 매우 회의적입니다. 그러나 엄밀히 말하면 아무도 별까지의 비행에 대한 해결 방법을 찾는 것을 금지하지 않습니다.

우주 탐사는 오랫동안 인류에게 매우 흔한 일이 되었습니다. 그러나 지구 저궤도와 다른 별들로의 비행은 중력을 극복할 수 있는 장치, 즉 로켓 없이는 상상할 수 없습니다. 우리 중 얼마나 많은 사람들이 발사체가 어떻게 작동하고 기능하는지, 발사가 이루어지는 위치와 속도가 무엇인지, 이를 통해 행성과 공기가 없는 공간에서 중력을 극복할 수 있는지 알고 있습니다. 이러한 문제를 자세히 살펴보겠습니다.

장치

발사체의 작동 방식을 이해하려면 발사체의 구조를 이해해야 합니다. 위에서 아래로 노드에 대한 설명을 시작하겠습니다.

CAC

위성이나 화물칸을 궤도로 발사하는 장치는 구성에 따라 승무원을 수송하는 캐리어와 항상 구별됩니다. 후자는 발사체가 고장날 경우 우주 비행사로부터 구획을 대피시키는 역할을 하는 특수 비상 구조 시스템을 맨 위에 갖추고 있습니다. 이것 비표준 모양맨 꼭대기에 위치한 포탑은 비상 상황에서 사람을 태운 채 캡슐을 '당겨' 사고 지점에서 안전한 거리까지 이동할 수 있는 소형 로켓이다. 이는 사고 초기에 중요하다. 캡슐 공간에서 여전히 낙하산 강하가 가능한 비행에서는 SAS의 역할이 덜 중요해진다. 우주 비행사를 구출할 수 있습니다.

화물칸

SAS 아래에는 유인 차량, 위성, 화물칸 등 페이로드를 운반하는 구획이 있습니다. 발사체의 유형과 등급에 따라 궤도로 발사되는 화물의 질량은 1.95톤에서 22.4톤까지 다양합니다. 선박으로 운송되는 모든 화물은 헤드 페어링으로 보호되며 대기층을 통과한 후 폐기됩니다.

메인 엔진

우주에서 멀리 떨어진 사람들은 로켓이 무중력 상태가 시작되는 고도 100km의 공기 없는 우주에 도달하면 임무가 종료된다고 생각합니다. 실제로 임무에 따라 우주로 발사되는 화물의 목표 궤도는 훨씬 더 멀어질 수도 있다. 예를 들어, 통신 위성은 고도 35,000km 이상의 궤도로 이동해야 합니다. 필요한 제거를 달성하려면 추진 엔진, 즉 상부 스테이지가 필요합니다. 계획된 행성 간 또는 출발 궤적에 도달하려면 비행 속도 모드를 두 번 이상 변경하여 특정 작업을 수행해야 하므로 이 엔진을 반복적으로 시동하고 꺼야 합니다. 이것이 다른 유사한 로켓 구성 요소와의 차이점입니다.

다단계

발사체에서는 질량의 작은 부분만이 운반된 탑재량에 의해 점유되며 나머지는 차량의 여러 단계에 위치한 엔진과 연료 탱크입니다. 이러한 장치의 설계 특징은 연료 소진 후 분리가 가능하다는 것입니다. 그 후 그들은 땅에 닿지 않고 대기 중에서 불타 버립니다. 뉴스 포털인 Reactor.space에서 말했듯이 사실입니다. 최근 몇 년분리된 스테이지를 지정된 지점까지 무사히 돌려보내 우주로 다시 발사할 수 있는 기술이 개발됐다. 로켓 과학에서는 다단계 선박을 만들 때 두 가지 구성표가 사용됩니다.

• 첫 번째는 세로형으로, 연료가 포함된 여러 개의 동일한 엔진을 차체 주위에 배치할 수 있으며, 이 엔진은 사용 후 동시에 켜지고 동기식으로 재설정됩니다.


• 두 번째는 가로형이므로 계단을 다른 것보다 높게 오름차순으로 배열할 수 있습니다. 이 경우, 더 낮은 소비 단계가 재설정된 후에만 켜집니다.

그러나 종종 디자이너는 가로 및 세로 디자인의 조합을 선호합니다. 로켓에는 여러 단계가 있을 수 있지만 특정 한도까지는 숫자를 늘리는 것이 합리적입니다. 그들의 성장은 특정 비행 단계에서만 작동하는 엔진 및 어댑터의 질량 증가를 수반합니다. 따라서 현대 발사체에는 4단 이상의 스테이지가 장착되어 있지 않습니다. 기본적으로 단계 연료 탱크는 산화제(액체 산소, 사산화질소)와 연료(액체 수소, 헵틸) 등 다양한 구성 요소가 펌핑되는 저장소로 구성됩니다. 상호 작용을 통해서만 로켓을 필요한 속도로 가속할 수 있습니다.

로켓은 우주에서 얼마나 빨리 날아갈까요?

발사체가 수행해야 하는 작업에 따라 속도가 달라질 수 있으며 다음 네 가지 값으로 나뉩니다.

• 첫 번째 우주. 그것은 당신이 지구의 위성이 되는 궤도로 올라갈 수 있게 해줍니다. 기존 값으로 변환하면 8km/s와 같습니다.


• 두 번째 공간. 속도 11.2km/s. 우주선이 중력을 극복하고 태양계 행성을 탐험하는 것이 가능해졌습니다.


• 세 번째는 우주적이다. 16,650km/s의 속도를 유지합니다. 당신은 태양계의 중력을 극복하고 그 한계를 벗어날 수 있습니다.


• 네 번째 공간. 550km/s의 속도를 개발했습니다. 로켓은 은하계 너머로 날아갈 수 있습니다.

그러나 우주선의 속도가 아무리 빨라도 행성 간 여행에는 너무 느립니다. 이러한 값을 사용하면 가장 가까운 별에 도달하는 데 18,000년이 걸립니다.

로켓이 우주로 발사되는 장소의 이름은 무엇입니까?

우주를 성공적으로 정복하려면 로켓을 우주 공간으로 발사할 수 있는 특수 발사대가 필요합니다. 일상적으로는 우주 비행장(cosmodromes)이라고 불립니다. 그러나이 단순한 이름에는 발사대, 로켓 최종 테스트 및 조립 공간, 관련 서비스 건물 등 광대 한 영토를 차지하는 건물 전체가 포함됩니다. 이 모든 것은 서로 멀리 떨어져 있으므로 사고가 발생하더라도 우주 비행장의 다른 구조물이 손상되지 않습니다.

결론

우주기술이 발전할수록 로켓의 구조와 작동은 더욱 복잡해진다. 아마도 몇 년 안에 지구의 중력을 극복할 수 있는 새로운 장치가 만들어질 수도 있을 것입니다. 그리고 다음 기사에서는 더욱 발전된 로켓의 작동 원리에 대해 다룰 것입니다.

현대 기술과 발견은 우주 탐사를 완전히 다른 수준으로 끌어올리고 있지만 성간 여행은 여전히 ​​꿈입니다. 하지만 그렇게 비현실적이고 달성할 수 없는 일인가요? 우리는 지금 무엇을 할 수 있으며 가까운 미래에 무엇을 기대할 수 있습니까?

천문학자들은 케플러 망원경에서 얻은 데이터를 연구하여 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성 54개를 발견했습니다. 이 먼 세계는 거주 가능 구역에 있습니다. 중심 별로부터 일정한 거리에 있어 물이 행성 표면에 액체 형태로 유지될 수 있습니다.

그러나 태양계와 가장 가까운 이웃을 분리하는 엄청난 거리로 인해 우리가 우주에 혼자인지 여부라는 주요 질문에 대한 답을 얻기가 어렵습니다. 예를 들어, "유망한" 행성 Gliese 581g는 20광년 거리에 위치해 있습니다. 이는 우주 기준으로는 충분히 가깝지만 지상 관측 장비로는 여전히 너무 멀습니다.

지구로부터 100광년 이하의 반경 내에 있는 풍부한 외계 행성과 그들이 인류를 위해 나타내는 엄청난 과학적, 심지어 문명적 관심으로 인해 우리는 성간 여행에 대한 지금까지의 환상적인 아이디어를 새롭게 살펴보게 됩니다.

다른 별들로의 비행은 물론 기술의 문제입니다. 더욱이, 그러한 먼 목표를 달성할 수 있는 가능성은 여러 가지가 있으며, 어느 한 방법을 선호하는 선택은 아직 이루어지지 않았습니다.

인류는 이미 파이오니어(Pioneer)와 보이저(Voyager) 탐사선과 같은 성간 차량을 우주로 보냈습니다. 현재 그들은 태양계를 떠났지만 그들의 속도로 인해 목표 달성의 빠른 달성에 대해 이야기할 수 없습니다. 따라서 약 17km/s의 속도로 이동하는 보이저 1호는 가장 가까운 별 프록시마 센타우리(4.2광년)까지 믿을 수 없을 정도로 날아갈 것입니다. 장기간- 17,000년.

현대 로켓 엔진을 사용하면 태양계보다 더 멀리 갈 수 없다는 것이 분명합니다. 1kg의 화물을 인근 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)까지 운송하려면 수만 톤의 연료가 필요합니다. 동시에, 선박의 질량이 증가함에 따라 필요한 연료량이 증가하고, 이를 운송하기 위해서는 추가 연료가 필요합니다. 화학 연료 탱크를 종식시키는 악순환 - 수십억 톤에 달하는 우주선을 건설하는 것은 정말 놀라운 일인 것 같습니다. 간단한 계산 Tsiolkovsky의 공식을 사용하면 화학적으로 추진되는 우주선을 빛의 속도의 약 10%까지 가속하려면 알려진 우주에서 사용할 수 있는 것보다 더 많은 연료가 필요하다는 것을 보여줍니다.

열핵융합 반응은 단위질량당 에너지를 평균 100만배 이상 생산한다. 화학 공정연소. 이것이 바로 1970년대 NASA가 열핵 로켓 엔진의 사용 가능성에 관심을 돌린 이유입니다. 다이달로스(Daedalus) 무인 우주선 프로젝트에는 열핵연료의 작은 알갱이가 연소실로 공급되어 전자빔에 의해 점화되는 엔진 제작이 포함되었습니다. 열핵 반응의 생성물은 엔진 노즐 밖으로 날아가 선박에 가속을 줍니다.

우주선 다이달루스를 엠파이어 스테이트 빌딩과 비교

Daedalus는 50,000톤을 탑승하기로 되어 있었습니다. 연료 펠렛직경이 4mm와 2mm입니다. 과립은 중수소와 삼중수소를 포함하는 핵과 헬륨-3 껍질로 구성됩니다. 후자는 연료 펠렛 질량의 10-15%만을 차지하지만 실제로는 연료입니다. 헬륨-3은 달에 풍부하며 중수소는 원자력 산업에서 널리 사용됩니다. 중수소 코어는 핵융합 반응을 점화하는 기폭 장치 역할을 하며 강력한 자기장에 의해 제어되는 반응성 플라즈마 제트의 방출로 강력한 반응을 유발합니다. 다이달로스 엔진의 주 몰리브덴 연소실의 무게는 218톤 이상, 2단계 연소실의 무게는 25톤으로 예상되었습니다. 자기 초전도 코일도 거대한 원자로와 일치합니다. 첫 번째 무게는 124.7톤이고 두 번째 무게는 43.6톤입니다. 비교를 위해 셔틀의 건조 중량은 100톤 미만입니다.

다이달로스의 비행은 2단계 비행으로 계획되었습니다. 1단계 엔진은 2년 이상 작동하고 1,600만 개의 연료 알갱이를 연소해야 했습니다. 1단 분리 후 2단 엔진은 거의 2년 동안 작동됐다. 따라서 3.81년 동안 연속 가속을 하면 다이달로스는 광속의 12.2%에 달하는 최대 속도에 도달하게 됩니다. 이러한 우주선은 50년 안에 바나드 별(5.96광년)까지의 거리를 주행할 수 있으며 먼 항성계를 통과하여 관측 결과를 무선을 통해 지구로 전송할 수 있습니다. 따라서 전체 임무는 약 56년이 걸릴 것이다.

다이달로스의 수많은 시스템의 신뢰성을 보장하는 데 큰 어려움과 막대한 비용이 소요됨에도 불구하고 이 프로젝트는 현대 수준기술. 게다가 2009년에는 열정적인 팀이 열핵 선박 프로젝트 작업을 재개했습니다. 프로젝트 이카루스에는 현재 성간 우주선 시스템 및 재료의 이론적 개발에 관한 20가지 과학 주제가 포함되어 있습니다.

따라서 오늘날 최대 10광년 거리의 무인 성간 비행이 이미 가능하며, 이를 위해서는 비행에 약 100년, 무선 신호가 지구로 다시 도달하는 데 걸리는 시간이 더 필요합니다. 별 시스템 Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 및 248, CN Leo, WISE 1541-2250이 이 반경에 맞습니다. 보시다시피 지구 근처에는 무인 임무를 사용하여 연구할 수 있는 물체가 충분합니다. 하지만 로봇이 복잡한 생물권과 같이 정말로 독특하고 독특한 것을 발견한다면 어떻게 될까요? 인간이 참여하는 탐험대가 먼 행성까지 갈 수 있을까요?

평생 비행

오늘 무인 선박 건조를 시작할 수 있다면 유인 선박의 경우 상황은 더욱 복잡해집니다. 우선 비행시간 문제가 심각하다. 동일한 Barnard 별을 사용합시다. 우주 비행사는 학교에서 유인 비행을 준비해야 합니다. 왜냐하면 지구에서 발사가 20주년이 되더라도 우주선은 70주년 또는 심지어 100주년까지 임무 목표에 도달할 것이기 때문입니다(제동의 필요성을 고려하여, 무인 비행에서는 필요하지 않습니다). 어린 나이에 승무원을 선발하는 것은 심리적인 부적합성을 안고 있으며, 대인관계 갈등, 그리고 100세는 지구 표면에서 유익한 일을 하고 집으로 돌아갈 희망을 주지 않습니다.

그러나 돌아와야 할 이유가 있습니까? NASA의 수많은 연구는 실망스러운 결론에 이르렀습니다. 무중력 상태에 장기간 머무르면 우주비행사의 건강이 돌이킬 수 없을 정도로 파괴될 것입니다. 따라서 생물학 교수인 로버트 피츠(Robert Fitts)가 ISS 우주비행사들과 함께한 연구에 따르면 우주선에서 격렬한 신체 운동을 하더라도 3년 간의 화성 탐사 후에는 종아리 근육과 같은 큰 근육이 50% 더 약해질 것입니다. 골밀도도 비슷하게 감소합니다. 결과적으로 극한 상황에서 작업 능력과 생존 능력이 크게 감소하고 정상 중력에 적응하는 기간은 최소 1년이 됩니다. 수십 년 동안 무중력 상태에서의 비행은 우주비행사의 삶 자체에 의문을 제기하게 될 것입니다. 예를 들어 점차적으로 중력이 증가하면서 제동하는 과정에서 인체가 회복될 수도 있습니다. 그러나 사망위험은 여전히 ​​너무 높아 근본적인 해결이 필요하다.

스탠포드 토르(Stanford Tor)는 도시 전체가 회전하는 테두리 안에 있는 거대한 구조물입니다.

불행하게도 성간 우주선의 무중력 문제를 해결하는 것은 그리 간단하지 않습니다. 주거용 모듈을 회전시켜 인공 중력을 생성하는 기능에는 여러 가지 어려움이 있습니다. 지구 중력을 생성하려면 직경 200m의 바퀴라도 분당 3회전의 속도로 회전해야 합니다. 이러한 빠른 회전으로 카리올리스 힘은 인간의 전정기관이 완전히 견딜 수 없는 하중을 생성하여 메스꺼움과 급성 뱃멀미를 유발합니다. 이 문제에 대한 유일한 해결책은 1975년 스탠포드 대학의 과학자들이 개발한 스탠포드 토르(Stanford Tor)입니다. 이것은 1만 명의 우주비행사가 거주할 수 있는 직경 1.8km의 거대한 고리이다. 크기로 인해 0.9-1.0g의 중력을 제공하며 상당히 편안한 숙소사람들. 그러나 분당 1회전 미만의 회전 속도에서도 사람들은 여전히 ​​경미하지만 눈에 띄는 불편함을 느낄 것입니다. 더욱이 이렇게 거대한 거실이 건설되면 토러스의 무게 분포가 조금만 바뀌어도 회전 속도에 영향을 미치고 전체 구조물의 진동이 발생하게 됩니다.

방사선 문제도 여전히 복잡하다. 지구 근처(ISS 탑승)에서도 방사선 노출 위험으로 인해 우주비행사는 6개월 이상 머물지 않습니다. 행성 간 우주선은 강력한 보호 장치를 갖추어야 하지만 방사선이 인체에 미치는 영향에 대한 의문은 남아 있습니다. 특히 무중력 상태에서 발생하는 암의 위험은 실제로 연구되지 않았습니다. 올해 초 쾰른에 있는 독일 항공우주센터의 과학자 크라시미르 이바노프(Krasimir Ivanov)는 무중력 상태에서 흑색종 세포(가장 위험한 형태의 피부암)의 행동에 대한 흥미로운 연구 결과를 발표했습니다. 일반 중력에서 자란 암세포와 비교하여 무중력 상태에서 6시간과 24시간 동안 자란 세포는 전이될 가능성이 적었습니다. 이것은 좋은 소식인 것 같지만 언뜻 보기에 그렇습니다. 사실 이러한 "우주" 암은 수십 년 동안 휴면 상태를 유지할 수 있으며, 면역 체계가 붕괴되면 예기치 않게 대규모로 퍼질 수 있습니다. 게다가 이번 연구는 우리가 우주에 장기간 노출될 때 인체가 반응하는 방식에 대해 아직 아는 바가 거의 없다는 사실을 분명히 보여줍니다. 오늘도 우주비행사들은 건강합니다 강한 사람들, 그들의 경험을 긴 성간 비행으로 옮기기에는 너무 적은 시간을 보냅니다.

어쨌든 1만명을 태울 수 있는 배는 모호한 생각이다. 많은 사람들이 신뢰할 수 있는 생태계를 만들려면 엄청난 수의 식물, 6만 마리의 닭, 3만 마리의 토끼, 소 떼가 필요합니다. 이것만으로도 하루 2,400칼로리의 식단을 제공할 수 있습니다. 그러나 이렇게 폐쇄적인 생태계를 만들기 위한 모든 실험은 어김없이 실패로 끝난다. 따라서 Space Biosphere Ventures의 최대 규모 실험인 "Biosphere-2" 동안 밀폐형 건물 네트워크가 구축되었습니다. 총면적 1.5헥타르에 3,000종의 식물과 동물이 서식합니다. 전체 생태계는 8명이 거주하는 자립형 작은 "행성"이 되어야 했습니다. 실험은 2년 동안 지속되었지만 불과 몇 주 후에 심각한 문제가 시작되었습니다. 미생물과 곤충이 통제할 수 없을 정도로 번식하기 시작하여 산소와 식물을 너무 많이 소모했습니다. 대량, 바람이 없으면 식물이 너무 부서지기 쉬운 것으로 나타났습니다. 지역 환경 재해로 인해 사람들의 체중이 감소하기 시작했고 산소량이 21%에서 15%로 감소했으며 과학자들은 실험 조건을 위반하고 8명의 "우주 비행사"에게 산소와 음식을 공급해야 했습니다.

따라서 복잡한 생태계를 조성하는 것은 성간 우주선의 승무원에게 산소와 영양분을 공급하는 잘못되고 위험한 방법인 것 같습니다. 이 문제를 해결하려면 빛, 폐기물, 단순 물질을 먹을 수 있도록 변형된 유전자를 가지고 특별히 설계된 유기체가 필요합니다. 예를 들어, 식용 조류 클로렐라 생산을 위한 대규모 현대식 작업장은 하루 최대 40톤의 현탁액을 생산할 수 있습니다. 무게가 몇 톤에 달하는 하나의 완전 자율 생물반응기는 하루에 최대 300리터의 클로렐라 현탁액을 생산할 수 있으며, 이는 수십 명의 승무원이 먹을 수 있는 양입니다. 유전자 변형 클로렐라는 승무원의 영양 요구를 충족할 수 있을 뿐만 아니라 다음을 포함한 폐기물을 재활용할 수도 있습니다. 이산화탄소. 오늘날에는 미세조류를 유전자 조작하는 과정이 보편화되었으며, 이를 정제하기 위해 고안된 수많은 샘플이 있습니다. 폐수, 바이오 연료 생산 등

얼어붙은 꿈

유인 성간 비행과 관련된 위의 거의 모든 문제는 매우 유망한 기술인 정지 애니메이션 또는 극저온 유지 장치로 해결될 수 있습니다. Anabiosis는 인간의 삶의 과정이 적어도 여러 번 느려지는 것입니다. 사람을 그러한 인공 무기력 상태에 빠뜨려 신진대사를 10배로 늦추는 것이 가능하다면, 100년 비행 동안 그는 잠을 자는 동안 겨우 10년만 나이를 먹게 될 것입니다. 이를 통해 무중력 효과로 인한 영양, 산소 공급, 정신 장애 및 신체 파괴 문제를 더 쉽게 해결할 수 있습니다. 또한, 대형 거주 가능 구역보다 미세 운석과 방사선으로부터 정지된 애니메이션 챔버가 있는 구획을 보호하는 것이 더 쉽습니다.

불행히도 인간의 삶의 과정이 극도로 느려지고 있습니다. 어려운 일. 그러나 자연에는 동면을 하고 수명을 수백 배 늘릴 수 있는 유기체가 있습니다. 예를 들어, 시베리아 도롱뇽이라고 불리는 작은 도마뱀은 어려운 시기에도 동면을 할 수 있으며 영하 35~40°C의 얼음 덩어리에 얼어붙어도 수십 년 동안 살아남을 수 있습니다. 도롱뇽이 약 100년 동안 동면 상태에 있다가 아무 일도 없었다는 듯 해동되어 놀란 연구자들을 피해 달아난 사례도 알려져 있습니다. 더욱이, 도마뱀의 일반적인 "지속적인" 기대 수명은 13년을 초과하지 않습니다. 도롱뇽의 놀라운 능력은 간에서 체중의 거의 40%에 해당하는 다량의 글리세롤을 합성하여 저온으로부터 세포를 보호한다는 사실로 설명됩니다.

사람을 저온 유지 장치에 담그는 데 가장 큰 장애물은 우리 몸의 70%를 차지하는 물입니다. 얼리면 얼음결정으로 변해 부피가 10% 증가해 세포막이 파열된다. 또한, 세포가 얼면서 세포 내부에 용해된 물질이 남은 물로 이동하여 세포 내 이온 교환 과정은 물론 단백질 및 기타 세포 간 구조의 구성을 방해합니다. 일반적으로 냉동 중에 세포가 파괴되면 사람이 다시 살아날 수 없습니다.

그러나 이 문제를 해결할 수 있는 유망한 방법이 있습니다. 바로 포접 수화물입니다. 1810년 영국 과학자 험프리 데이비 경(Sir Humphry Davy)이 고압 염소를 물에 도입하고 고체 구조가 형성되는 것을 목격했을 때 발견되었습니다. 이것은 외부 가스를 포함하는 얼음 형태 중 하나인 포접 수화물이었습니다. 얼음 결정과 달리 포접 격자는 덜 단단하고 모서리가 날카롭지 않지만 세포 내 물질이 "숨길" 수 있는 구멍이 있습니다. 포접 정지 애니메이션 기술은 간단합니다. 크세논이나 아르곤과 같은 불활성 가스, 온도가 영하 바로 아래에 있고 세포 대사가 사람이 냉동 상태에 빠질 때까지 점차 느려지기 시작합니다. 불행하게도 포접 수화물을 형성하려면 높은 압력(약 8기압)과 물에 용해된 매우 높은 농도의 가스가 필요합니다. 살아있는 유기체에서 그러한 조건을 만드는 방법은 아직 알려져 있지 않지만 이 분야에서는 어느 정도 성공을 거두었습니다. 따라서 포접물은 극저온(섭씨 100도 이하)에서도 미토콘드리아 파괴로부터 심장 근육 조직을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 세포막 손상도 예방할 수 있습니다. 냉동 유지 기술에 대한 상업적 수요가 적고 이 주제에 대한 연구는 주로 시체 냉동 서비스를 제공하는 소규모 회사에서 수행되기 때문에 인간의 포접 혐기증에 대한 실험에 대해서는 아직 이야기가 없습니다.

수소 비행

1960년에 물리학자 Robert Bussard는 성간 여행의 많은 문제를 해결하는 램제트 열핵 엔진의 독창적인 개념을 제안했습니다. 우주 공간에 존재하는 수소와 성간 먼지를 활용한다는 아이디어다. 이러한 엔진을 장착한 우주선은 먼저 자체 연료로 가속한 다음 직경이 수천 킬로미터에 달하는 거대한 자기장의 깔때기를 펼쳐 우주 공간에서 수소를 포획합니다. 이 수소는 핵융합 로켓 엔진의 무진장 연료원으로 사용됩니다.

Bussard 엔진의 사용은 엄청난 이점을 약속합니다. 우선, '무료' 연료 덕분에 1g의 일정한 가속도로 이동할 수 있으며, 이는 무중력과 관련된 모든 문제가 사라진다는 의미입니다. 또한 엔진을 사용하면 빛의 속도의 50% 이상인 엄청난 속도로 가속할 수 있습니다. 이론적으로 1g의 가속도로 이동하는 Bussard 엔진을 장착한 선박은 약 12지구년 동안 10광년의 거리를 이동할 수 있으며, 승무원의 경우 상대론적 효과로 인해 선박 시간은 5년만 지나게 됩니다.

불행하게도 Bussard 엔진을 탑재한 선박을 만드는 과정에는 현재의 기술 수준으로는 해결할 수 없는 여러 가지 심각한 문제에 직면해 있습니다. 우선, 생성되는 거대하고 안정적인 수소 트랩을 만드는 것이 필요합니다. 자기장거대한 힘. 동시에 다음을 제공해야 합니다. 최소한의 손실그리고 수소를 핵융합로로 효율적으로 수송하는 것입니다. Bussard가 제안한 4개의 수소 원자를 헬륨 원자로 변환하는 열핵 반응 과정 자체가 많은 의문을 제기합니다. 사실 이 간단한 반응은 너무 느리게 진행되고 원칙적으로 별 내부에서만 가능하기 때문에 일회성 반응로에서 구현하기가 어렵습니다.

그러나 열핵융합 연구의 진전은 예를 들어 "외계" 동위원소와 반물질을 반응 촉매로 사용하여 문제를 해결할 수 있다는 희망을 줍니다.

지금까지 Bussard 엔진 주제에 대한 연구는 전적으로 이론적인 측면에만 있었습니다. 실제 기술을 기반으로 한 계산이 필요합니다. 우선, 자기 트랩에 전력을 공급하고 열핵 반응을 유지하며 반물질을 생성하고 성간 물질의 저항을 극복하여 거대한 전자기 "돛"의 속도를 늦추기에 충분한 에너지를 생산할 수 있는 엔진을 개발해야 합니다.

구출을 위한 반물질

이상하게 들릴 수도 있지만 오늘날 인류는 직관적이고 단순해 보이는 Bussard 램제트 엔진보다는 반물질 엔진을 만드는 데 더 가깝습니다.

Hbar Technologies가 개발한 탐사선은 우라늄 238로 코팅된 얇은 탄소 섬유 돛을 갖게 됩니다. 항수소가 돛에 부딪히면 소멸되어 제트 추진력이 생성됩니다.

수소와 반수소가 소멸된 결과, 강력한 광자 흐름이 형성되고, 그 유출 속도는 로켓 엔진의 경우 최대치에 도달합니다. 빛의 속도. 이는 광자 구동 우주선의 빛에 가까운 매우 빠른 속도를 달성할 수 있는 이상적인 지표입니다. 불행하게도 반물질을 로켓 연료로 사용하는 것은 매우 어렵습니다. 소멸 중에 우주 비행사를 죽일 강력한 감마선이 폭발하기 때문입니다. 또한 아직 스토리지 기술도 없습니다. 대량반물질, 그리고 지구에서 멀리 떨어진 우주에서도 수많은 반물질이 축적된다는 사실은 심각한 위협입니다. 왜냐하면 1kg의 반물질이 소멸되는 것은 동등하기 때문입니다. 핵폭발용량이 43메가톤에 달합니다(이러한 힘이 폭발하면 미국의 3분의 1이 사막으로 변할 수 있습니다). 반물질 비용은 광자를 이용한 성간 비행을 복잡하게 만드는 또 다른 요소입니다. 현대 반물질 생산 기술을 사용하면 수십조 달러의 비용으로 1g의 반수소를 생산할 수 있습니다.

하지만 큰 프로젝트반물질 연구가 결실을 맺고 있습니다. 현재 특수 양전자 저장 시설인 '자기병'이 만들어졌습니다. 이 용기는 자기장으로 벽을 이루고 액체 헬륨으로 냉각되는 용기입니다. 올해 6월 CERN 과학자들은 반수소 원자를 2000초 동안 보존하는 데 성공했습니다. 미국 캘리포니아대학교에 세계 최대 규모의 반물질 저장시설이 건설되고 있는데, 이 시설에는 1조개 이상의 양전자를 축적할 수 있게 된다. UC 과학자들의 목표 중 하나는 대형 가속기에서 벗어나 과학적 목적으로 사용할 수 있는 휴대용 반물질 탱크를 만드는 것입니다. 이 프로젝트는 반물질의 군사적 응용에 관심이 있는 미 국방부의 지원을 받고 있으므로 세계 최대 규모의 자기 병 어레이에 자금이 부족할 가능성은 없습니다.

현대의 가속기는 수백 년 안에 1g의 항수소를 생산할 수 있습니다. 이것은 매우 오랜 시간이므로 유일한 탈출구는 개발하는 것입니다. 새로운 기술반물질 생산 또는 지구상의 모든 국가의 노력을 통합합니다. 하지만 이런 경우에도 언제 현대 기술성간 유인 비행을 위한 수십 톤의 반물질을 생산하는 것은 꿈도 꾸지 못합니다.

그러나 모든 것이 그렇게 슬프지는 않습니다. NASA 전문가들은 단 1 마이크로그램의 반물질만으로 깊은 우주로 갈 수 있는 우주선을 위한 여러 설계를 개발했습니다. NASA는 개선된 장비를 통해 그램당 약 50억 달러의 비용으로 반양성자를 생산하는 것이 가능해질 것이라고 믿습니다.

미국 회사인 Hbar Technologies는 NASA의 지원을 받아 반수소로 작동하는 엔진으로 구동되는 무인 탐사선 개념을 개발하고 있습니다. 이 프로젝트의 첫 번째 목표는 10년 이내에 태양계 외곽에 있는 카이퍼대까지 비행할 수 있는 무인 우주선을 만드는 것입니다. 특히 NASA의 뉴 호라이즌스 탐사선은 발사 후 15년 후에 카이퍼 벨트를 통과할 예정이다.

250AU의 거리를 이동하는 탐사선. 10년 후에는 페이로드가 10mg에 불과하여 매우 작을 것이지만 약간의 항수소(30mg)도 필요할 것입니다. Tevatron은 수십 년 내에 그 정도의 양을 생산할 것이며 과학자들은 실제 우주 임무에서 새로운 엔진 개념을 테스트할 수 있습니다.

예비 계산에 따르면 비슷한 방식으로 소형 탐사선을 알파 센타우리로 보낼 수도 있습니다. 반수소 1g이면 40년 안에 먼 별에 도달할 수 있습니다.

위의 모든 내용은 환상이며 가까운 미래와는 아무런 관련이 없는 것처럼 보일 수 있습니다. 다행히도 그렇지 않습니다. 대중의 관심은 글로벌 위기, 팝스타의 실패, 기타 시사 문제에 집중되어 있지만 획기적인 계획은 여전히 ​​어둠 속에 남아 있습니다. NASA 우주국은 행성 간 및 성간 비행을 위한 과학 및 기술 기반을 점진적이고 다년간 구축하는 야심찬 100년 우주선 프로젝트를 시작했습니다. 이 프로그램은 인류 역사상 유사한 것이 없으며 전 세계의 과학자, 엔지니어 및 다른 직업의 열성팬을 끌어들여야 합니다. 다양한 우주 비행 기술을 논의하기 위해 2011년 9월 30일부터 10월 2일까지 플로리다주 올랜도에서 심포지엄이 개최됩니다. 이러한 사건의 결과를 바탕으로 NASA 전문가들은 현재는 없지만 미래의 성간 여행에 필요한 기술을 개발하고 있는 특정 산업과 회사를 지원하기 위한 사업 계획을 개발할 것입니다. NASA의 야심찬 프로그램이 성공한다면 100년 안에 인류는 성간 우주선을 만들 수 있을 것이며, 태양계우리는 오늘날처럼 쉽게 대륙에서 대륙으로 이동할 것입니다.