Jedným z najväčších aktív ľudstva je medzinárodnosť vesmírna stanica alebo ISS. Pre jeho vznik a pôsobenie na obežnej dráhe sa zjednotilo niekoľko štátov: Rusko, niektoré európske krajiny, Kanada, Japonsko a USA. Tento aparát svedčí o tom, že veľa sa dá dosiahnuť, ak budú krajiny neustále spolupracovať. Všetci ľudia na planéte vedia o tejto stanici a mnohí sa pýtajú, v akej výške ISS letí a na akej obežnej dráhe. Koľko astronautov tam bolo? Je pravda, že turisti tam majú povolený vstup? A to nie je všetko, čo je pre ľudstvo zaujímavé.
Štruktúra stanice
ISS pozostáva zo štrnástich modulov, ktoré obsahujú laboratóriá, sklady, oddychové miestnosti, spálne, technické miestnosti. Stanica má dokonca aj telocvičňu s cvičebnými pomôckami. Celý komplex je poháňaný solárnou energiou. Sú obrovské, majú veľkosť štadióna.
Fakty o ISS
Stanica počas svojej činnosti vyvolala veľký obdiv. Tento prístroj je najväčším výdobytkom ľudskej mysle. Svojím dizajnom, účelom a vlastnosťami ho možno nazvať dokonalosťou. Samozrejme, možno o 100 rokov na Zemi začnú stavať vesmírne lode iného plánu, ale doteraz je dnes tento aparát majetkom ľudstva. Dôkazom toho sú nasledujúce fakty o ISS:
- Počas jej existencie navštívilo ISS asi dvesto astronautov. Našli sa aj turisti, ktorí jednoducho prileteli, aby sa na vesmír pozreli z orbitálnej výšky.
- Stanica je viditeľná zo Zeme voľným okom. Táto štruktúra je najväčšia medzi umelými satelitmi a možno ju ľahko vidieť z povrchu planéty bez akéhokoľvek zväčšovacieho zariadenia. Existujú mapy, na ktorých vidíte, v akom čase a kedy zariadenie prelietava nad mestami. Pomocou nich je ľahké nájsť informácie o vašej lokalite: pozrite si letový poriadok nad regiónom.
- Aby astronauti zostavili stanicu a udržali ju v prevádzkyschopnom stave, vyšli von viac ako 150-krát vonkajší priestor strávil tam asi tisíc hodín.
- Prístroj obsluhuje šesť astronautov. Systém podpory života zabezpečuje nepretržitú prítomnosť ľudí na stanici od okamihu jej prvého spustenia.
- Medzinárodná vesmírna stanica je jedinečným miestom, kde sa vykonáva široká škála laboratórnych experimentov. Vedci robia unikátne objavy v oblasti medicíny, biológie, chémie a fyziky, fyziológie a meteorologických pozorovaní, ako aj v iných oblastiach vedy.
- Zariadenie využíva obrie solárne panely, ktorých veľkosť dosahuje plocha futbalového ihriska s jeho koncovými zónami. Ich hmotnosť je takmer tristotisíc kilogramov.
- Batérie sú schopné plne zabezpečiť prevádzku stanice. Ich práca je prísne monitorovaná.
- Na stanici je minidomček vybavený dvoma kúpeľňami a telocvičňou.
- Let je monitorovaný zo Zeme. Na ovládanie boli vyvinuté programy pozostávajúce z miliónov riadkov kódu.
astronautov
Od decembra 2017 posádku ISS tvoria títo astronómovia a astronauti:
- Anton Shkaplerov - veliteľ ISS-55. Stanicu navštívil dvakrát - v rokoch 2011-2012 a v rokoch 2014-2015. Na 2 lety prežil na stanici 364 dní.
- Skeet Tingle - letový inžinier, astronaut NASA. Tento astronaut nemá žiadne skúsenosti s vesmírnym letom.
- Norishige Kanai je japonský astronaut a palubný inžinier.
- Alexander Misurkin. Prvý let sa uskutočnil v roku 2013 a trval 166 dní.
- Makr Vande Hay nemá žiadne skúsenosti s lietaním.
- Jozef Akaba. Prvý let sa uskutočnil v roku 2009 v rámci Discovery a druhý let sa uskutočnil v roku 2012.
zem z vesmíru
Z vesmíru sa otvárajú jedinečné pohľady na Zem. Svedčia o tom fotografie, videá astronautov a kozmonautov. Môžete vidieť prácu stanice, vesmírne krajiny, ak budete sledovať online prenosy zo stanice ISS. Niektoré kamery sú však kvôli technickým prácam vypnuté.
Náš čitateľ Nikita Ageev sa pýta: aký je hlavný problém medzihviezdnych letov? Odpoveď, ako napríklad , bude vyžadovať veľký článok, aj keď na otázku možno odpovedať jedným znakom: c .
Rýchlosť svetla vo vákuu, c, je asi 300 000 kilometrov za sekundu a nemožno ju prekročiť. Preto je nemožné dosiahnuť hviezdy za menej ako niekoľko rokov (svetlu trvá 4,243 roka, kým dosiahne Proximu Centauri, takže kozmická loď nemôže doraziť rýchlejšie). Ak k tomu pripočítame čas na zrýchlenie a spomalenie s pre človeka viac-menej prijateľným zrýchlením, tak sa k najbližšej hviezde dostaneme približne o desať rokov.
Aké sú podmienky na lietanie?
A toto obdobie je už samo o sebe výraznou prekážkou, aj keď pominieme otázku „ako zrýchliť na rýchlosť blízku rýchlosti svetla“. Teraz neexistujú žiadne vesmírne lode, ktoré by posádke umožnili tak dlho autonómne žiť vo vesmíre – astronautom neustále privážajú čerstvé zásoby zo Zeme. Zvyčajne sa rozhovor o problémoch medzihviezdneho cestovania začína zásadnejšími otázkami, no začneme čisto aplikovanými problémami.
Ani pol storočia po Gagarinovom lete inžinieri nedokázali vytvoriť práčku a celkom praktickú sprchu pre kozmické lode a toalety určené pre stav beztiaže sa na ISS rozpadávajú so závideniahodnou pravidelnosťou. Let aspoň na Mars (22 svetelných minút namiesto 4 svetelných rokov) už predstavuje pre inštalatérskych dizajnérov netriviálnu úlohu: cestovanie ku hviezdam si teda bude vyžadovať aspoň vynájdenie vesmírnej toalety s dvadsaťročnou zárukou a to isté. práčka.
Vodu na umývanie, umývanie a pitie si tiež budete musieť vziať so sebou alebo ju znova použiť. Rovnako ako vzduch a potraviny sa musia skladovať alebo pestovať na palube. Experimenty na vytvorenie uzavretého ekosystému na Zemi už prebehli, no ich podmienky sú stále veľmi odlišné od podmienok vo vesmíre, aspoň v prítomnosti gravitácie. Ľudstvo vie, ako premeniť obsah hrnca na čistý pitná voda, no v tomto prípade sa vyžaduje, aby to bolo možné zvládnuť v nulovej gravitácii, s absolútnou spoľahlivosťou a bez nákladného auta Zásoby: vyviezť kamión filtračných vložiek ku hviezdam je príliš drahé.
Pranie ponožiek a ochrana pred črevnými infekciami sa môže zdať ako príliš banálne, „nefyzické“ obmedzenia medzihviezdnych letov – každý skúsený cestovateľ však potvrdí, že „maličkosti“ ako nepohodlná obuv alebo podráždený žalúdok z neznámeho jedla na autonómnej expedícii sa môžu zmeniť na ohrozenie života.
Riešenie aj elementárnych každodenných problémov si vyžaduje rovnako seriózny technologický základ ako vývoj zásadne nových vesmírnych motorov. Ak sa na Zemi dá kúpiť opotrebované tesnenie v záchodovej mise v najbližšom obchode za dva ruble, potom už na marťanskej kozmickej lodi je potrebné poskytnúť buď rezervu všetky podobných dielov, alebo trojrozmerná tlačiareň na výrobu náhradných dielov z univerzálnych plastových surovín.
V americkom námorníctve v roku 2013 vážne zaoberajúca sa 3D tlačou po posúdení času a nákladov na opravu vojenskej techniky tradičnými metódami v terénne podmienky. Armáda usúdila, že je jednoduchšie vytlačiť nejaké vzácne tesnenie pre zostavu vrtuľníka, ktorá bola prerušená pred desiatimi rokmi, ako objednať súčiastku zo skladu na inej pevnine.
Jeden z Korolevových najbližších spolupracovníkov, Boris Čertok, vo svojich spomienkach „Rakety a ľudia“ napísal, že v určitom bode sovietsky vesmírny program čelil nedostatku zástrčkových kontaktov. Spoľahlivé konektory pre viacžilové káble museli byť vyvinuté samostatne.
Okrem náhradných dielov na vybavenie, jedlo, vodu a vzduch budú astronauti potrebovať energiu. Energiu bude potrebovať motor a palubné vybavenie, takže problém výkonného a spoľahlivého zdroja bude treba riešiť samostatne. Solárne panely nie sú vhodné, už len kvôli vzdialenosti od svietidiel počas letu, rádioizotopové generátory (napájajú Voyagery a New Horizons) neposkytujú energiu potrebnú pre veľkú kozmickú loď s ľudskou posádkou a stále sa nenaučili, ako vyrobiť plnú energiu. nové jadrové reaktory pre vesmír.
Sovietsky satelitný program s jadrovým pohonom bol poznačený medzinárodným škandálom po páde Kosmos-954 v Kanade, ako aj sériou zlyhaní s menej dramatickými následkami; podobné diela v USA sa vrátili ešte skôr. Teraz majú Rosatom a Roskosmos v úmysle vytvoriť vesmírnu jadrovú elektráreň, ale stále ide o zariadenia na krátke lety a nie o dlhodobú cestu do iného hviezdneho systému.
Možno namiesto toho nukleárny reaktor tokamaky nájdu uplatnenie v budúcich medzihviezdnych kozmických lodiach. O tom, aké ťažké je aspoň správne určiť parametre termonukleárnej plazmy, na Moskovskom inštitúte fyziky a technológie toto leto. Mimochodom, projekt ITER na Zemi úspešne napreduje: aj tí, ktorí dnes vstúpili do prvého ročníka, majú šancu zapojiť sa do práce na prvom experimentálnom termonukleárnom reaktore s pozitívnou energetickou bilanciou.
Čo lietať?
Bežné raketové motory nie sú vhodné na zrýchlenie a spomalenie medzihviezdnej kozmickej lode. Tí, ktorí poznajú kurz mechaniky, ktorý sa vyučuje na Moskovskom inštitúte fyziky a technológie v prvom semestri, môžu nezávisle vypočítať, koľko paliva bude raketa potrebovať na dosiahnutie aspoň stotisíc kilometrov za sekundu. Pre tých, ktorí ešte nie sú oboznámení s Tsiolkovského rovnicou, okamžite oznámime výsledok - hmotnosť palivových nádrží je výrazne vyššia ako hmotnosť slnečnej sústavy.
Znížiť prísun paliva je možné zvýšením rýchlosti, ktorou motor vystreľuje pracovnú tekutinu, plyn, plazmu alebo niečo iné, až po zväzok elementárnych častíc. V súčasnosti sa plazmové a iónové trysky aktívne využívajú na prelety automatických medziplanetárnych staníc v rámci Slnečnej sústavy alebo na korekciu obežnej dráhy geostacionárnych družíc, majú však množstvo iných nevýhod. Najmä všetky takéto motory dávajú príliš malý ťah, takže zatiaľ nedokážu lodi udeliť zrýchlenie niekoľko metrov za sekundu na druhú.
Prorektor MIPT Oleg Gorshkov patrí medzi uznávaných odborníkov v oblasti plazmových motorov. Motory radu SPD sa vyrábajú v Fakel Design Bureau, ide o sériové produkty na korekciu obežnej dráhy komunikačných satelitov.
V 50. rokoch 20. storočia vznikal projekt motora, ktorý by využíval impulz jadrového výbuchu (Projekt Orion), no ani zďaleka sa nestáva hotovým riešením pre medzihviezdne lety. Ešte menej rozvinutá je konštrukcia motora, ktorý využíva magnetohydrodynamický efekt, to znamená, že sa zrýchľuje v dôsledku interakcie s medzihviezdnou plazmou. Vesmírna loď by teoreticky mohla „nasať“ plazmu a hodiť ju späť, aby vytvorila prúdový ťah, ale je tu ďalší problém.
Ako prežiť?
Medzihviezdnu plazmu tvoria predovšetkým protóny a jadrá hélia, ak vezmeme do úvahy ťažké častice. Všetky tieto častice pri pohybe rýchlosťou rádovo stoviek tisíc kilometrov za sekundu získavajú energiu v megaelektrónvoltoch alebo dokonca desiatkach megaelektronvoltov – teda v rovnakom množstve, aké majú produkty jadrových reakcií. Hustota medzihviezdneho média je asi sto tisíc iónov na meter kubický, čo znamená, že za sekundu meter štvorcový koža lode dostane asi 10 13 protónov s energiami desiatok MeV.
Jeden elektrónvolt, eV,― je to energia, ktorú elektrón získa pri prelete z jednej elektródy na druhú s potenciálovým rozdielom jedného voltu. Takúto energiu majú svetelné kvantá a ultrafialové kvantá s vyššou energiou sú už schopné poškodiť molekuly DNA. Žiarenie alebo častice s energiami v megaelektrónvoltoch sprevádzajú jadrové reakcie a navyše sú samy schopné ich vyvolať.
Takéto ožiarenie zodpovedá absorbovanej energii (za predpokladu, že všetku energiu absorbuje pokožka) v desiatkach joulov. Navyše táto energia nebude pochádzať len vo forme tepla, ale môže sa čiastočne minúť na iniciovanie jadrových reakcií v materiáli lode s tvorbou izotopov s krátkou životnosťou: inými slovami, koža sa stane rádioaktívnou.
Časť dopadajúcich protónov a jadier hélia môže byť magnetickým poľom vychýlená nabok, komplexný obal mnohých vrstiev môže byť chránený pred indukovaným žiarením a sekundárnym žiarením, ale tieto problémy tiež ešte nie sú vyriešené. Okrem toho sa základné ťažkosti formulára „aký materiál najmenej zničí ožiarenie“ vo fáze údržby lode počas letu zmenia na konkrétne problémy – „ako odskrutkovať štyri skrutky o 25 v priestore s pozadím päťdesiat milisievertov za hodinu."
Pripomeňme, že pri poslednej oprave Hubbleovho teleskopu sa astronautom najskôr nepodarilo odskrutkovať štyri skrutky, ktoré upevňujú jednu z kamier. Po porade so Zemou nahradili momentový kľúč bežným kľúčom a použili hrubú silu. Skrutky sa dali do pohybu, kamera bola úspešne vymenená. Ak by sa súčasne odtrhla zaseknutá skrutka, druhá výprava by stála pol miliardy amerických dolárov. Alebo by sa to vôbec nestalo.
Existujú nejaké riešenia?
V sci-fi (často viac fantasy ako veda) sa medzihviezdne cestovanie uskutočňuje prostredníctvom „subpriestorových tunelov“. Formálne niečo podobné skutočne umožňujú Einsteinove rovnice, ktoré opisujú geometriu časopriestoru v závislosti od hmoty a energie rozloženej v tomto časopriestore – len odhadované náklady na energiu sú ešte deprimujúcejšie ako odhady množstva raketového paliva pre let do Proximy Centauri. Nielenže je potrebné veľa energie, ale aj hustota energie musí byť záporná.
Otázka, či je možné vytvoriť stabilný, veľký a energeticky možný " červiu dieru» - sa viaže na základné otázky o štruktúre vesmíru ako celku. Jedným z neriešených fyzických problémov je nedostatok gravitácie pri tzv štandardný model- teória popisujúca správanie elementárnych častíc a tri zo štyroch základných fyzikálnych interakcií. Drvivá väčšina fyzikov je skôr skeptická, že v kvantovej teórii gravitácie je miesto pre medzihviezdne „skoky cez hyperpriestor“, ale prísne vzaté, nikto nezakazuje hľadať riešenie pre lety ku hviezdam.
Prieskum vesmíru je už dlho bežnou záležitosťou ľudstva. Ale lety na obežnú dráhu blízko Zeme a k iným hviezdam sú nemysliteľné bez zariadení, ktoré umožňujú prekonať zemskú gravitáciu – rakiet. Koľko z nás vie: ako je nosná raketa usporiadaná a funguje, odkiaľ štart prichádza a aká je jej rýchlosť, ktorá umožňuje prekonať gravitáciu planéty aj v bezvzduchovom priestore. Pozrime sa na tieto problémy bližšie.
Zariadenie
Aby ste pochopili, ako funguje nosná raketa, musíte pochopiť jej štruktúru. Začnime s popisom uzlov zhora nadol.
CAC
Prístroj, ktorý vynáša satelit na obežnú dráhu alebo nákladný priestor, sa vždy líši od nosiča, ktorý je určený na prepravu posádky, svojou konfiguráciou. Tá má úplne hore špeciálny núdzový záchranný systém, ktorý slúži na evakuáciu priestoru pred astronautmi v prípade poruchy nosnej rakety. Toto neštandardný tvar vežička umiestnená úplne hore je miniatúrna raketa, ktorá vám za mimoriadnych okolností umožňuje „vytiahnuť“ kapsulu s ľuďmi nahor a presunúť ju do bezpečnej vzdialenosti od miesta zlyhania. To je dôležité v počiatočnej fáze letu, kde je stále možné zoskočiť kapsulu. Vo vesmíre sa úloha SAS stáva menej dôležitou.V blízkozemskom priestore funkcia, ktorá umožňuje oddeliť zostupové vozidlo od nosnej rakety, umožní astronautom byť uložené.
nákladný priestor
Pod SAS je priestor pre náklad: vozidlo s posádkou, satelit, nákladný priestor. V závislosti od typu a triedy nosnej rakety sa hmotnosť nákladu vyneseného na obežnú dráhu môže pohybovať od 1,95 do 22,4 tony. Všetok náklad prepravovaný loďou je chránený hlavovou kapotážou, ktorá sa po prechode atmosférickými vrstvami odhodí.
udržiavací motor
Ďaleko od vesmíru si ľudia myslia, že ak bola raketa vo vzduchoprázdne, vo výške sto kilometrov, kde začína stav beztiaže, potom sa jej misia skončila. V skutočnosti, v závislosti od úlohy, môže byť cieľová dráha nákladu vypúšťaného do vesmíru oveľa ďalej. Napríklad telekomunikačné satelity je potrebné dopraviť na obežnú dráhu umiestnenú vo výške viac ako 35-tisíc kilometrov. Na dosiahnutie potrebného odstránenia je potrebný udržiavací motor alebo, ako sa to nazýva inak, urýchľovacia jednotka. Ak chcete vstúpiť do plánovanej medziplanetárnej alebo odletovej trajektórie, musíte zmeniť rýchlosť letu viac ako raz, vykonať určité činnosti, preto sa tento motor musí opakovane spúšťať a vypínať, čo je jeho nepodobnosť s inými podobnými komponentmi rakiet.
Viacstupňové
V nosnej rakete zaberá prepravovaný náklad len malý zlomok jej hmotnosti, všetko ostatné sú motory a palivové nádrže, ktoré sú umiestnené v rôznych stupňoch aparátu. Konštrukčným znakom týchto jednotiek je možnosť ich oddelenia po spotrebovaní paliva. Potom zhoria v atmosfére skôr, ako sa dostanú na zem. Pravda, podľa spravodajského portálu reaktor.space v posledné roky bola vyvinutá technológia, ktorá umožňuje vrátiť oddelené kroky nepoškodené do bodu, ktorý je na to určený, a znovu ich vypustiť do vesmíru. V raketovej vede sa pri vytváraní viacstupňových lodí používajú dve schémy:
- Prvý, pozdĺžny, umožňuje umiestniť okolo trupu niekoľko rovnakých motorov s palivom, ktoré sa súčasne zapínajú a po použití synchrónne resetujú.
- Druhý - priečny umožňuje usporiadať kroky vo vzostupnom poradí, jeden nad druhým. V tomto prípade k ich zaradeniu dôjde až po resetovaní spodného, vyčerpaného stupňa.
Dizajnéri však často uprednostňujú kombináciu priečneho pozdĺžneho vzoru. Raketa môže mať veľa stupňov, ale zvyšovanie ich počtu je do určitej hranice racionálne. Ich rast znamená zvýšenie hmotnosti motorov a adaptérov, ktoré fungujú iba v určitej fáze letu. Preto moderné nosné rakety nie sú vybavené viac ako štyrmi stupňami. Palivové nádrže etáp pozostávajú v podstate zo zásobníkov, v ktorých sú čerpané rôzne komponenty: okysličovadlo (kvapalný kyslík, oxid dusnatý) a palivo (kvapalný vodík, heptyl). Iba ich interakciou je možné raketu urýchliť na požadovanú rýchlosť.
Ako rýchlo letí raketa vo vesmíre?
V závislosti od úloh, ktoré musí nosná raketa vykonávať, sa jej rýchlosť môže meniť, rozdelená do štyroch hodnôt:
- Prvý priestor. Umožňuje vám vystúpiť na obežnú dráhu, kde sa stane satelitom Zeme. V prepočte na bežné hodnoty je to rovných 8 km/s.
- Druhý priestor. Rýchlosť 11,2 km/s. umožňuje lodi prekonať gravitáciu pri štúdiu planét našej slnečnej sústavy.
- Tretí priestor. Dodržiavanie rýchlosti 16,650 km/s. je možné prekonať gravitáciu slnečnej sústavy a opustiť jej hranice.
- Štvrtý priestor. Po vyvinutí rýchlosti 550 km / s. raketa je schopná vyletieť z galaxie.
Ale bez ohľadu na to, aká veľká je rýchlosť kozmických lodí, sú príliš malé na medziplanetárne cestovanie. S takýmito hodnotami bude trvať 18 000 rokov, kým sa dostanete k najbližšej hviezde.
Ako sa volá miesto, odkiaľ štartujú rakety do vesmíru?
Pre úspešné dobytie vesmíru sú potrebné špeciálne odpaľovacie rampy, odkiaľ možno rakety vypúšťať do vesmíru. V každodennom používaní sa nazývajú vesmírne prístavy. Tento jednoduchý názov však zahŕňa celý komplex budov, ktoré zaberajú obrovské územia: odpaľovaciu rampu, priestory na záverečný test a montáž rakety a budovy súvisiacich služieb. To všetko je umiestnené v určitej vzdialenosti od seba, aby sa v prípade havárie nepoškodili ostatné konštrukcie kozmodrómu.
Záver
Čím viac sa vesmírne technológie zdokonaľujú, tým zložitejšia je štruktúra a prevádzka rakety. Možno o pár rokov vzniknú nové zariadenia na prekonávanie gravitácie Zeme. A nasledujúci článok bude venovaný princípom fungovania pokročilejšej rakety.
Moderné technológie a objavy posúvajú prieskum vesmíru na úplne inú úroveň, no medzihviezdne cestovanie je stále len snom. Je to však také nereálne a nedosiahnuteľné? Čo môžeme urobiť teraz a čo môžeme očakávať v blízkej budúcnosti?
Štúdiom údajov z Keplerovho teleskopu astronómovia objavili 54 potenciálne obývateľných exoplanét. Tieto vzdialené svety sú v obývateľnej zóne, tzn. v určitej vzdialenosti od centrálnej hviezdy, čo umožňuje udržiavať tekutú vodu na povrchu planéty.
Odpoveď na hlavnú otázku, či sme vo vesmíre sami, je však ťažké získať - kvôli obrovskej vzdialenosti oddeľujúcej slnečnú sústavu a našich najbližších susedov. Napríklad „sľubná“ planéta Gliese 581g je vzdialená 20 svetelných rokov, čo je na vesmírne štandardy dostatočne blízko, no pre pozemské prístroje stále príliš ďaleko.
Množstvo exoplanét v okruhu 100 alebo menej svetelných rokov od Zeme a obrovský vedecký a dokonca civilizačný záujem, ktorý pre ľudstvo predstavujú, nás nútia pozrieť sa nanovo na doteraz fantastickú myšlienku medzihviezdnych letov.
Lietanie k iným hviezdam je, samozrejme, technologická záležitosť. Okrem toho existuje niekoľko možností na dosiahnutie takého vzdialeného cieľa a výber v prospech jednej alebo druhej metódy ešte nebol urobený.
Ľudstvo už vyslalo do vesmíru medzihviezdne vozidlá: sondy Pioneer a Voyager. V súčasnosti opustili slnečnú sústavu, no ich rýchlosť neumožňuje hovoriť o nejakom rýchlom dosiahnutí cieľa. Voyager 1, ktorý sa pohybuje rýchlosťou asi 17 km/s, dokonca aj k najbližšej hviezde Proxima Centauri (4,2 svetelných rokov) poletí neuveriteľne dlhý termín- 17 tisíc rokov.
Je zrejmé, že s modernými raketovými motormi sa nikam ďalej ako do slnečnej sústavy nedostaneme: na prepravu 1 kg nákladu aj do neďalekej Proximy Centauri sú potrebné desiatky tisíc ton paliva. Súčasne s nárastom hmotnosti lode sa zvyšuje množstvo potrebného paliva a na jeho prepravu je potrebné ďalšie palivo. Začarovaný kruh, ktorý ukončuje chemické palivové nádrže – stavba vesmírnej lode vážiacej miliardy ton sa zdá byť absolútne neuveriteľným počinom. Jednoduché výpočty pomocou Tsiolkovského vzorca demonštrujú, že na zrýchlenie kozmickej lode poháňanej chemickým palivom na približne 10 % rýchlosti svetla je potrebné viac paliva, ako je dostupné v známom vesmíre.
Fúzna reakcia produkuje energiu na jednotku hmotnosti v priemere miliónkrát viac ako chemické procesy spaľovanie. Aj preto v 70. rokoch NASA upozornila na možnosť využitia termonukleárnych raketových motorov. Projekt bezpilotnej kozmickej lode Daedalus zahŕňal vytvorenie motora, v ktorom by sa malé pelety termonukleárneho paliva privádzali do spaľovacej komory a zapaľovali by sa elektrónovými lúčmi. Produkty termonukleárnej reakcie vyletujú z dýzy motora a dávajú lodi zrýchlenie.
Vesmírna loď Daedalus v porovnaní s Empire State Building
Daedalus mal vziať na palubu 50-tisíc ton palivové pelety 4 a 2 mm v priemere. Granule pozostávajú z jadra s deutériom a tríciom a obalu z hélia-3. Ten tvorí iba 10-15% hmotnosti palivovej pelety, ale v skutočnosti je palivom. Hélium-3 je na Mesiaci hojné a deutérium je široko používané v jadrovom priemysle. Deutériové jadro slúži ako rozbuška na zapálenie fúznej reakcie a vyvoláva silnú reakciu s uvoľnením reaktívneho plazmového prúdu, ktorý je riadený silným magnetickým poľom. Hlavná molybdénová spaľovacia komora motora Daedalus mala mať hmotnosť viac ako 218 ton, komora druhého stupňa - 25 ton. Magnetické supravodivé cievky sa hodia aj k obrovskému reaktoru: prvý váži 124,7 ton a druhý - 43,6 ton Pre porovnanie: suchá hmotnosť raketoplánu je menšia ako 100 ton.
Let Daedalus bol plánovaný ako dvojstupňový: motor prvého stupňa mal pracovať viac ako 2 roky a spáliť 16 miliónov palivových peliet. Po oddelení prvého stupňa pracoval motor druhého stupňa takmer dva roky. Za 3,81 roka nepretržitého zrýchľovania by teda Daedalus dosiahol maximálnu rýchlosť 12,2 % rýchlosti svetla. Vzdialenosť k Barnardovej hviezde (5,96 svetelných rokov) takáto loď prekoná za 50 rokov a bude môcť, preletom cez vzdialený hviezdny systém, vysielať výsledky svojich pozorovaní rádiom na Zem. Celá misia teda potrvá približne 56 rokov.
Napriek veľkým ťažkostiam pri zabezpečovaní spoľahlivosti mnohých systémov Daedalus a jeho obrovským nákladom sa tento projekt realizuje moderná úroveň technológie. Okrem toho v roku 2009 tím nadšencov oživil prácu na projekte termonukleárnej lode. V súčasnosti projekt Icarus zahŕňa 20 vedeckých tém o teoretickom vývoji systémov a materiálov pre medzihviezdnu kozmickú loď.
Už dnes sú teda možné bezpilotné medzihviezdne lety do vzdialenosti 10 svetelných rokov, čo zaberie približne 100 rokov letu plus čas, kým rádiový signál doputuje späť na Zem. Do tohto polomeru zapadajú hviezdne sústavy Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 a 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Ako môžete vidieť, v blízkosti Zeme je dostatok objektov na štúdium pomocou bezpilotných misií. Čo ak však roboti nájdu niečo naozaj nezvyčajné a jedinečné, ako napríklad komplexnú biosféru? Podarí sa expedícii zahŕňajúcej ľudí vydať sa na vzdialené planéty?
Životný let
Ak dnes môžeme začať stavať loď bez posádky, tak s tou s posádkou je situácia zložitejšia. V prvom rade je akútna otázka času letu. Zoberme si tú istú Barnardovu hviezdu. Astronauti budú musieť byť vyškolení na pilotovaný let zo školy, pretože aj keď sa štart zo Zeme uskutoční na ich 20. narodeniny, loď dosiahne cieľ letu do 70. alebo dokonca 100. výročia (vzhľadom na potrebu brzdenia, čo je nie sú potrebné pri bezpilotnom lete). Výber posádky v mladom veku je plný psychologickej nezlučiteľnosti a medziľudské konflikty, a vek 100 rokov nedáva nádej na plodnú prácu na povrchu planéty a na návrat domov.
Má však zmysel vrátiť sa? Početné štúdie NASA vedú k neuspokojivému záveru: dlhodobý pobyt v nulovej gravitácii nenávratne zničí zdravie astronautov. Z práce profesora biológie Roberta Fittsa s astronautmi ISS teda vyplýva, že aj napriek intenzívnej fyzickej námahe na palube kozmickej lode po trojročnej misii na Mars ochabnú veľké svaly, ako napríklad lýtka, o 50 %. Podobne klesá aj minerálna hustota kostí. V dôsledku toho sa výrazne znižuje schopnosť pracovať a prežiť v extrémnych situáciách a obdobie adaptácie na normálnu gravitáciu bude najmenej rok. Lietanie v nulovej gravitácii po celé desaťročia spochybní samotný život astronautov. Snáď sa ľudské telo dokáže zotaviť napríklad v procese brzdenia s postupne narastajúcou gravitáciou. Riziko úmrtia je však stále príliš vysoké a vyžaduje si radikálne riešenie.
Stanford Tor je kolosálna stavba s celými mestami vo vnútri rotujúceho okraja.
Bohužiaľ nie je také ľahké vyriešiť problém beztiaže na medzihviezdnej kozmickej lodi. Možnosť, ktorú máme k dispozícii na vytvorenie umelej gravitácie otáčaním obývateľného modulu, má množstvo ťažkostí. Na vytvorenie zemskej príťažlivosti sa bude musieť aj koleso s priemerom 200 m otáčať rýchlosťou 3 otáčky za minútu. Pri takejto rýchlej rotácii bude Cariolisova sila vytvárať záťaže, ktoré sú pre ľudský vestibulárny aparát úplne neznesiteľné, spôsobujúce nevoľnosť a akútne záchvaty morskej choroby. Jediným riešením tohto problému je Stanford Tor, ktorý vyvinuli vedci na Stanfordskej univerzite v roku 1975. Ide o obrovský prstenec s priemerom 1,8 km, v ktorom by mohlo žiť 10 000 kozmonautov. Vďaka svojej veľkosti poskytuje gravitáciu 0,9-1,0 g a je celkom komfortné ubytovanie z ľudí. Avšak aj pri rýchlosti otáčania nižšej ako jedna otáčka za minútu budú ľudia stále pociťovať mierne, ale znateľné nepohodlie. Navyše, ak je postavený taký obrovský obytný priestor, aj malé posuny v rozložení hmotnosti torusu ovplyvnia rýchlosť otáčania a spôsobia vibrácie celej konštrukcie.
Problém žiarenia zostáva zložitý. Dokonca aj blízko Zeme (na palube ISS) nestrávia astronauti viac ako šesť mesiacov z dôvodu nebezpečenstva vystavenia žiareniu. Medziplanetárna loď bude musieť byť vybavená ťažkou ochranou, no otázka vplyvu žiarenia na ľudský organizmus zostáva. Najmä na riziko onkologických ochorení, ktorých vývoj v stave beztiaže sa prakticky neskúma. Vedec Krasimir Ivanov z nemeckého leteckého a kozmického centra v Kolíne nad Rýnom začiatkom tohto roka zverejnil výsledky zaujímavej štúdie o správaní sa buniek melanómu (najnebezpečnejšia forma rakoviny kože) v nulovej gravitácii. V porovnaní s rakovinovými bunkami pestovanými pri normálnej gravitácii majú bunky, ktoré strávili 6 a 24 hodín v beztiažovom stave, menšiu pravdepodobnosť metastázovania. Zdá sa, že je to dobrá správa, ale len na prvý pohľad. Faktom je, že takáto „vesmírna“ rakovina môže ležať ladom desiatky rokov a neočakávane sa šíriť vo veľkom meradle, ak je narušený imunitný systém. Štúdia navyše jasne ukazuje, že o reakcii ľudského tela na dlhý pobyt vo vesmíre vieme stále málo. Astronauti dnes zdraví silných ľudí, strávia tam príliš málo času na to, aby preniesli svoje skúsenosti na dlhý medzihviezdny let.
Loď pre 10 tisíc ľudí je v každom prípade pochybný podnik. Na vytvorenie spoľahlivého ekosystému pre taký veľký počet ľudí potrebujete obrovské množstvo rastlín, 60 tisíc kurčiat, 30 tisíc králikov a stádo dobytka. Len to môže poskytnúť diétu na úrovni 2400 kalórií za deň. Všetky experimenty na vytvorenie takýchto uzavretých ekosystémov však vždy končia neúspechom. V priebehu najväčšieho experimentu „Biosphere-2“ od Space Biosphere Ventures bola vybudovaná sieť hermetických budov. s celkovou plochou 1,5 hektára s 3 tisíckami druhov rastlín a živočíchov. Celý ekosystém sa mal stať samoobslužnou malou „planétkou“, v ktorej žilo 8 ľudí. Experiment trval 2 roky, no po niekoľkých týždňoch sa začali vážne problémy: mikroorganizmy a hmyz sa začali nekontrolovateľne množiť a príliš spotrebovávali kyslík a rastliny. veľké množstvá, tiež sa ukázalo, že bez vetra sú rastliny príliš krehké. V dôsledku miestnej environmentálnej katastrofy ľudia začali chudnúť, množstvo kyslíka sa znížilo z 21 % na 15 % a vedci museli porušiť podmienky experimentu a dodať ôsmim „kozmonautom“ kyslík a jedlo.
Vytváranie zložitých ekosystémov sa teda zdá byť chybným a nebezpečným spôsobom, ako poskytnúť posádke medzihviezdnej kozmickej lode kyslík a výživu. Riešenie tohto problému si bude vyžadovať špeciálne upravené organizmy so zmenenými génmi, ktoré sa môžu živiť svetlom, odpadom a jednoduchými látkami. Napríklad veľké moderné závody na produkciu potravinových rias chlorella dokážu vyprodukovať až 40 ton suspenzie denne. Jeden úplne autonómny bioreaktor s hmotnosťou niekoľkých ton dokáže vyrobiť až 300 litrov suspenzie chlorelly denne, čo stačí na nakŕmenie posádky niekoľkých desiatok ľudí. Geneticky modifikovaná chlorella dokázala uspokojiť nielen nutričné potreby posádky, ale aj spracovať odpad vr oxid uhličitý. Dnes sa proces genetického inžinierstva mikrorias stal bežným a existuje množstvo návrhov vyvinutých na čistenie. Odpadová voda, výroba biopalív atď.
Zamrznutý sen
Takmer všetky vyššie uvedené problémy medzihviezdneho letu s ľudskou posádkou by mohla vyriešiť jedna veľmi sľubná technológia – pozastavená animácia, alebo ako sa tomu hovorí aj kryostáza. Anabióza je spomalenie ľudských životných procesov aspoň niekoľkokrát. Ak je možné človeka ponoriť do takej umelej letargie, ktorá 10x spomalí metabolizmus, tak pri 100-ročnom lete zostarne v spánku len o 10 rokov. To uľahčuje riešenie problémov výživy, prísunu kyslíka, duševných porúch, deštrukcie tela v dôsledku stavu beztiaže. Okrem toho je jednoduchšie chrániť priestor so zavesenými animačnými komorami pred mikrometeoritmi a žiarením ako veľkú obývateľnú zónu.
Bohužiaľ, spomalenie procesov ľudského života je extrémne náročná úloha. Ale v prírode existujú organizmy, ktoré sa môžu uspať a zvýšiť dĺžku života stokrát. Napríklad malá jašterica zvaná salamander sibírsky sa dokáže v ťažkých časoch uspať a zostať nažive desiatky rokov, aj keď zamrzne do bloku ľadu s teplotou mínus 35 – 40 °C. Sú prípady, keď sa salamandry uložili na zimný spánok asi na 100 rokov a akoby sa nič nestalo, rozmrzli a ušli prekvapeným výskumníkom. Zároveň zvyčajná "nepretržitá" dĺžka života jašterice nepresahuje 13 rokov. Úžasná schopnosť salamandra sa vysvetľuje skutočnosťou, že jeho pečeň syntetizuje veľké množstvo glycerolu, takmer 40% jeho telesnej hmotnosti, ktorý chráni bunky pred nízkymi teplotami.
Hlavnou prekážkou ponorenia človeka do kryostázy je voda, ktorá tvorí 70 % nášho tela. Keď zamrzne, zmení sa na ľadové kryštály, ktorých objem sa zväčší o 10%, vďaka čomu sa bunková membrána zlomí. Okrem toho, keď mrzne, látky rozpustené vo vnútri bunky migrujú do zvyšnej vody, čím narúšajú intracelulárne procesy výmeny iónov, ako aj organizáciu proteínov a iných medzibunkových štruktúr. Vo všeobecnosti ničenie buniek pri zmrazovaní znemožňuje človeku návrat do života.
Existuje však sľubný spôsob, ako tento problém vyriešiť – klatrát hydratuje. Boli objavené už v roku 1810, keď britský vedec Sir Humphry Davy vstrekol do vody chlór pod vysokým tlakom a bol svedkom tvorby pevných štruktúr. Išlo o hydráty klatrátov – jednu z foriem vodného ľadu, v ktorej je obsiahnutý cudzí plyn. Na rozdiel od ľadových kryštálov sú klatrátové mriežky menej tvrdé, nemajú ostré hrany, ale majú dutiny, v ktorých sa môžu „ukryť“ vnútrobunkové látky. Technológia klatrátovej suspendovanej animácie by bola jednoduchá: inertný plyn, ako je xenón alebo argón, teplota tesne pod nulou a bunkový metabolizmus sa začne postupne spomaľovať, až sa človek dostane do kryostázy. Bohužiaľ, tvorba klatrátových hydrátov vyžaduje vysoký tlak (asi 8 atmosfér) a veľmi vysokú koncentráciu plynu rozpusteného vo vode. Ako vytvoriť takéto podmienky v živom organizme je stále neznáme, hoci v tejto oblasti existujú určité úspechy. Klatráty sú teda schopné chrániť tkanivo srdcového svalu pred deštrukciou mitochondrií aj pri kryogénnych teplotách (pod 100 stupňov Celzia), ako aj zabrániť poškodeniu bunkových membrán. O experimentoch s klatrátovou anabiózou u ľudí sa zatiaľ nehovorí, pretože komerčný dopyt po technológii kryostázy je malý a výskum na túto tému vykonávajú najmä malé spoločnosti ponúkajúce služby zmrazovania tiel mŕtvych.
Let na vodík
V roku 1960 fyzik Robert Bassard navrhol pôvodný koncept náporového fúzneho motora, ktorý rieši mnohé z problémov medzihviezdneho cestovania. Základom je využiť vodík a medzihviezdny prach prítomný vo vesmíre. Kozmická loď s takýmto motorom najskôr zrýchli na vlastné palivo a potom rozvinie obrovský lievik magnetického poľa s priemerom tisícok kilometrov, ktorý zachytáva vodík z vesmíru. Tento vodík sa používa ako nevyčerpateľný zdroj paliva pre fúzny raketový motor.
Použitie Bussardovho motora sľubuje obrovské výhody. V prvom rade sa vďaka „bezplatnému“ palivu dá pohybovať s konštantným zrýchlením 1 g, čím odpadávajú všetky problémy spojené s beztiažovým stavom. Okrem toho vám motor umožňuje zrýchliť na obrovskú rýchlosť - 50% rýchlosti svetla a ešte viac. Teoreticky pri pohybe so zrýchlením 1g loď s Bussardovým motorom dokáže prekonať vzdialenosť 10 svetelných rokov za približne 12 pozemských rokov a pre posádku by v dôsledku relativistických efektov ubehlo len 5 rokov lodného času.
Bohužiaľ, na ceste k vytvoreniu lode s Bussardovým motorom je množstvo vážnych problémov, ktoré sa na súčasnej úrovni technológie nedajú vyriešiť. V prvom rade je potrebné vytvoriť obrovský a spoľahlivý lapač vodíka, ktorý generuje magnetické polia gigantickú silu. Zároveň musí zabezpečiť minimálne straty a efektívny transport vodíka do fúzneho reaktora. Samotný proces termonukleárnej reakcie premeny štyroch atómov vodíka na atóm hélia, ktorý navrhol Bussard, vyvoláva mnohé otázky. Faktom je, že túto najjednoduchšiu reakciu je ťažké realizovať v prietokovom reaktore, pretože prebieha príliš pomaly a v zásade je možná len vo vnútri hviezd.
Pokrok v štúdiu termonukleárnej fúzie nám však umožňuje dúfať, že problém možno vyriešiť napríklad použitím „exotických“ izotopov a antihmoty ako katalyzátora reakcie.
Výskum Bussardovho motora zatiaľ leží výlučne v teoretickej rovine. Potrebné sú výpočty založené na skutočných technológiách. V prvom rade je potrebné vyvinúť motor schopný generovať dostatok energie na napájanie magnetickej pasce a udržanie termonukleárnej reakcie, produkovať antihmotu a prekonávať odpor medzihviezdneho média, čo spomalí obrovskú elektromagnetickú „plachtu“.
Antihmota na záchranu
Môže to znieť zvláštne, ale dnes je ľudstvo bližšie k vytvoreniu antihmotového motora ako k intuitívnemu a na prvý pohľad jednoduchému Bussardovmu náporovému motoru.
Sonda vyvinutá spoločnosťou Hbar Technologies bude mať tenkú plachtu vyrobenú z uhlíkových vlákien potiahnutých uránom 238. Pri náraze do plachty antivodík anihiluje a vytvára prúdový ťah.
V dôsledku anihilácie vodíka a antivodíka vzniká mohutný fotónový tok, ktorého rýchlosť výfukových plynov dosahuje maximum pre raketový motor, t.j. rýchlosť svetla. Ide o ideálny indikátor, ktorý vám umožňuje dosiahnuť veľmi vysoké rýchlosti blízko svetla kozmickej lode s fotónovým motorom. Žiaľ, použiť antihmotu ako raketové palivo je veľmi ťažké, keďže počas anihilácie dochádza k zábleskom najsilnejšieho gama žiarenia, ktoré zabije astronautov. Tiež zatiaľ neexistujú žiadne technológie ukladania Vysoké číslo antihmoty a samotná skutočnosť hromadenia ton antihmoty, dokonca aj vo vesmíre ďaleko od Zeme, je vážnou hrozbou, pretože anihilácia čo i len jedného kilogramu antihmoty sa rovná nukleárny výbuch s kapacitou 43 megaton (výbuch takejto sily je schopný premeniť tretinu územia Spojených štátov na púšť). Cena antihmoty je ďalším faktorom, ktorý komplikuje medzihviezdny let poháňaný fotónmi. Moderné technológie na výrobu antihmoty umožňujú vyrobiť jeden gram antivodíka v nákladoch desiatok biliónov dolárov.
Avšak veľké projekty výskum antihmoty prináša svoje ovocie. V súčasnosti sú vytvorené špeciálne skladovacie zariadenia na pozitróny, „magnetické fľaše“, čo sú nádoby chladené tekutým héliom so stenami z magnetických polí. V júni tohto roku sa vedcom z CERN-u podarilo zachovať atómy antivodíka na 2000 sekúnd. Na Kalifornskej univerzite (USA) sa buduje najväčšie úložisko antihmoty na svete, ktoré bude schopné akumulovať viac ako bilión pozitrónov. Jedným z cieľov vedcov z Kalifornskej univerzity je vytvoriť prenosné kontajnery na antihmotu, ktoré sa dajú použiť na vedecké účely mimo veľkých urýchľovačov. Tento projekt je podporovaný Pentagonom, ktorý sa zaujíma o vojenské aplikácie antihmoty, takže je nepravdepodobné, že by najväčšie množstvo magnetických fliaš na svete bolo podfinancované.
Moderné urýchľovače budú schopné vyrobiť jeden gram antivodíka za niekoľko sto rokov. Toto je veľmi dlhé, takže jediným východiskom je rozvíjať sa Nová technológia produkciu antihmoty alebo spojiť úsilie všetkých krajín našej planéty. Ale aj v tomto prípade, moderné technológie o produkcii desiatok ton antihmoty pre medzihviezdne lety s ľudskou posádkou nie je čo snívať.
Všetko však nie je také smutné. Špecialisti NASA vyvinuli niekoľko návrhov kozmických lodí, ktoré by mohli ísť do hlbokého vesmíru len s jedným mikrogramom antihmoty. NASA verí, že vylepšené vybavenie umožní vyrábať antiprotóny s cenou okolo 5 miliárd dolárov za gram.
Americká spoločnosť Hbar Technologies s podporou NASA vyvíja koncept bezpilotných sond poháňaných antivodíkovým motorom. Prvým cieľom tohto projektu je vytvorenie kozmickej lode bez posádky, ktorá by mohla letieť do Kuiperovho pásu na okraji slnečnej sústavy za menej ako 10 rokov. Dnes je nemožné letieť do takých vzdialených bodov za 5-7 rokov, konkrétne sonda NASA New Horizons preletí Kuiperovým pásom 15 rokov po štarte.
Sonda, ktorá prejde vzdialenosť 250 AU o 10 rokov bude velmi maly, s nosnostou len 10 mg, ale bude potrebovat aj trochu antivodika - 30 mg. Toto množstvo vyrobí Tevatron o niekoľko desaťročí a vedci by mohli koncept nového motora otestovať počas skutočnej vesmírnej misie.
Predbežné výpočty tiež ukazujú, že podobným spôsobom je možné poslať malú sondu k Alpha Centauri. Na jeden gram antivodíka doletí k vzdialenej hviezde za 40 rokov.
Môže sa zdať, že všetko spomenuté je fikcia a nemá nič spoločné s blízkou budúcnosťou. Našťastie to tak nie je. Zatiaľ čo pozornosť verejnosti je upriamená na globálne krízy, zlyhania popových hviezd a iné súčasné udalosti, epochálne iniciatívy zostávajú v tieni. Vesmírna agentúra NASA spustila grandiózny projekt 100 Year Starship, ktorý zahŕňa postupné a viacročné vytváranie vedecko-technologickej základne pre medziplanetárne a medzihviezdne lety. Tento program je jedinečný v histórii ľudstva a mal by prilákať vedcov, inžinierov a nadšencov iných profesií z celého sveta. Od 30. septembra do 2. októbra 2011 sa v Orlande na Floride uskutoční sympózium, na ktorom sa bude diskutovať o rôznych technológiách vesmírnych letov. Na základe výsledkov takýchto udalostí vypracujú špecialisti NASA podnikateľský plán na pomoc určitým odvetviam a spoločnostiam, ktoré vyvíjajú technológie, ktoré zatiaľ nie sú dostupné, ale sú potrebné pre budúci medzihviezdny let. Ak bude ambiciózny program NASA úspešný, do 100 rokov bude ľudstvo schopné postaviť medzihviezdnu kozmickú loď a slnečná sústava budeme sa presúvať s rovnakou ľahkosťou, ako dnes letíme z pevniny na pevninu.
