Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде

Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью?

Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде
Kosmos Time

Еще Сергей Королев обещал в скором времени полеты в космос «по профсоюзной путевке», но этой фразе уже полвека, а космическая одиссея по-прежнему удел избранных — слишком дорогое удовольствие.

Однако же два года назад NASA запустило грандиозный проект 100 Year Starship, который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технического фундамента для космических полетов.

 

Эта беспрецедентная программа должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов со всего мира. Если все увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться, как на трамваях.

Так какие же проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?

Время и скорость относительны

Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей, как это ни странно. И это при том, что совершенно нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным (для таких неведомых дорог) оснащением.

Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с ними уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды… через 2 миллиона лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Пионер-10

Итак, независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Впрочем, это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.

«Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света, — писал К. Феоктистов, — время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше».

Согласно теории относительности, ход времени в двух движущихся одна относительно другой системах различен. Так как на больших расстояниях корабль успеет развить скорость очень близкую к скорости света, разница во времени на Земле и на корабле будет особенно велика.

Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) — наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.

Помните знаменитую «Туманность Андромеды» Ивана Ефремова? Там полет измеряется годами, причем земными. Красивая сказка, ничего не скажешь. Однако эта вожделенная туманность (точнее, галактика Андромеды) находится от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет. 

По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле-то пройдет целая эра. Как встретят космических «неадертальцев» их далекие потомки? Да и будет ли жива Земля вообще? То есть возвращение в принципе бессмысленно.

Впрочем, как и сам полет: надо помнить, что мы видим галактику туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад — столько идет до нас ее свет.

Какой смысл лететь к неизвестной цели, которой, может, уже давно и не существует, во всяком случае, в прежнем виде и на старом месте?

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованны только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории, которая напоминает фантастику, правда, научную.

Корабль размером с планету

Естественно, в первую очередь ученым пришла мысль использовать в двигателе корабля наиболее эффективную термоядерную реакцию — как уже частично освоенную (в военных целях).

Однако для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к световой, даже при идеальной конструкции системы, требуется отношение начальной массы к конечной не менее чем 10 в тридцатой степени. То есть звездолет будет походить на огромный состав с топливом величиной с маленькую планету.

Запустить такую махину в космос с Земли невозможно. Да и собрать на орбите — тоже, недаром ученые не обсуждают этот вариант.

https://www.youtube.com/watch?v=MfEwJKxjVq0

Весьма популярна идея фотонного двигателя, использующего принцип аннигиляции материи. 

Аннигиляция — это превращение частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных.

Наиболее изучена аннигиляция электрона и позитрона, порождающая фотоны, энергия которых и будет двигать звездолет.

Расчеты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70% от скорости света.

Однако дальше начинаются сплошные проблемы. К сожалению, применить антивещество в качестве ракетного топлива очень непросто. Во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, губительного для космонавтов.

Кроме того, контакт позитронного топлива с кораблем чреват фатальным взрывом.

Наконец, пока еще нет технологий для получения достаточного количества антивещества и его длительного хранения: например, атом антиводорода «живет» сейчас менее 20 минут, а производство миллиграмма позитронов обходится в 25 миллионов долларов.

Но, предположим, со временем эти проблемы удастся разрешить. Однако топлива все равно понадобится очень-очень много, и стартовая масса фотонного звездолета будет сравнима с массой Луны (по оценке Константина Феоктистова).

Порвали парус!

Наиболее популярным и реалистичным звездолетом на сегодняшний день считается солнечный парусник, идея которого принадлежит советскому ученому Фридриху Цандеру.

Солнечный (световой, фотонный) парус — это приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.

В 1985 году американским физиком Робертом Форвардом была предложена конструкция межзвездного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звезд за 21 год.

На XXXVI Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолета, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчетам, путь звездолета этой конструкции до звезды эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

«Маловероятно, что по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании мира, в котором мы живем. Естественно, мысль обращается к звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам нашей Солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей». 
Эти слова принадлежат не фантасту, а конструктору космических кораблей и космонавту Константину Феоктистову. По мнению ученого, ничего особо нового в Солнечной системе уже не обнаружится. И это при том, что человек пока долетел только до Луны…

Однако за пределами Солнечной системы давление солнечного света приблизится к нулю. Поэтому существует проект разгона солнечного парусника лазерными установками с какого-нибудь астероида.

Все это пока теория, однако первые шаги уже делаются.

В 1993 году на российском корабле «Прогресс М-15» в рамках роекта «Знамя-2» был впервые развернут солнечный парус 20-метровой ширины.

При стыковке «Прогресса» со станцией «Мир» ее экипаж установил на борту «Прогресса» агрегат развертывания отражателя.

В итоге отражатель создал яркое пятно 5 км в ширину, которое прошло через Европу в Россию со скоростью 8 км/с. Пятно света имело светимость, примерно эквивалентную полной Луне.

Итак, преимущество солнечного парусника — отсутствие топлива на борту, недостатки — уязвимость конструкции паруса: по сути, это тонкая фольга, натянутая на каркас. Где гарантия, что по дороге парус не получит пробоин от космических частиц?

Парусный вариант может подойти для запуска автоматических зондов, станций и грузовых кораблей, но непригоден для пилотируемых полетов с возвратом. Существуют и другие проекты звездолетов, однако они, так или иначе, напоминают вышеперечисленные (с такими же масштабными проблемами).

Сюрпризы в межзвездном пространстве

Думается, путешественников во Вселенной поджидает множество сюрпризов. К примеру, едва высунувшись за пределы Солнечной системы, американский аппарат «Пионер-10» начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую слабое торможение.

Высказывалось много предположений, вплоть до о неизвестных пока эффектах инерции или даже времени.

Однозначного объяснения этому феномену до сих пор нет, рассматриваются самые различные гипотезы: от простых технических (например, реактивная сила от утечки газа в аппарате) до введения новых физических законов.

Вояджер-1

Другой аппарат, «Вояджер-1», зафиксировал на границе Солнечной системы область с сильным магнитным полем. В нем давление заряженных частиц со стороны межзвездного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Также аппарат зарегистрировал:

  • рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвездного пространства;
  • резкий рост уровня галактических космических лучей — высокоэнергетических заряженных частиц межзвездного происхождения.

И это только капля в море! Впрочем, и того, что сегодня известно о межзвездном океане, достаточно, чтобы поставить под сомнение саму возможность бороздить просторы Вселенной.

Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, частицы. При попытке движения со скоростью, близкой к скорости света, каждый столкнувшийся с кораблем атом будет подобен частице космических лучей большой энергии. Уровень жесткой радиации при такой бомбардировке недопустимо повысится даже при полетах к ближайшим звездам.

А механическое воздействие частиц при таких скоростях уподобится разрывным пулям.

По некоторым расчетам, каждый сантиметр защитного экрана звездолета будет непрерывно обстреливаться с частотой 12 выстрелов в минуту.

Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета. Или должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн). 

Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны, тем паче, что по дороге можно нарваться не только на пыль, но и на что-то покрупнее, или попасть в ловушку неизвестного гравитационного поля.

И тогда гибель опять-таки неминуема. Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит — слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями.

Но тогда фактор времени делает эти полеты бессмысленными.

Получается, что решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света, нельзя. Бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции.

Кротовая нора

Фантасты, стараясь побороть неумолимое время, сочинили, как «прогрызать дырки» в пространстве (и времени) и «сворачивать» его. Придумали разнообразные гиперпространственные скачки от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области. Теперь к фантастам присоединились ученые.

Физики принялись искать экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной, где можно передвигаться со сверхсветовой скоростью вопреки теории относительности Эйнштейна.

Так появилась идея кротовой норы. Эта нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему два города, разделенные высокой горой. К сожалению, кротовые норы возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти норки крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как туда попадет космический корабль.

Однако для создания стабильных кротовых нор можно использовать эффект, открытый голландцем Хендриком Казимиром. Он заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых колебаний в вакууме. Оказывается, вакуум не совсем пуст, в нем происходят колебания гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы и микроскопические кротовые норы. 

Остается только обнаружить одну из нор и растянуть ее, поместив между двумя сверхпроводящими шарами.

Одно устье кротовой норы останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой скоростью переместит к звезде — конечному объекту. То есть звездолет будет как бы пробивать тоннель.

По достижении звездолетом пункта назначения кротовая нора откроется для реальных молниеносных межзвездных путешествий, продолжительность которых будет исчисляться минутами.

Пузырь искривления

Сродни теории кротовых нор пузырь искривления. В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума.

При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью.

Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль покоится в пузыре искривления, и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время. 

Несмотря на невозможность перемещаться быстрее света, ничто не препятствует перемещению пространства или распространению деформации пространства-времени быстрее света, что, как полагают, и происходило сразу после Большого взрыва при образовании Вселенной. 

Все эти идей пока не укладываются в рамки современной науки, однако в 2012 году представители НАСА заявили о подготовке экспериментальной проверки теории доктора Алькубьерре. Как знать, может, и теория относительности Эйнштейна когда-нибудь станет частью новой глобальной теории. Ведь процесс познания бесконечен. А значит, однажды мы сможем прорваться чрез тернии к звездам.

Next Time – наш второй канал о технологиях и изобретениях, которые в скором будущем изменят наш мир!

Источник: https://telegra.ph/Kakie-problemy-nuzhno-reshit-chtoby-mezhzvezdnye-polety-stali-realnostyu-12-23

Межзвездные путешествия гораздо реальнее чем вы думаете

Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде

Выражение — «Слетать на Луну», у большинства из нас вызывает ассоциации на грани фантастики, сравнимые разве что с проектами наподобие Аполлон-11 (Apollo 11) по доставке человека на поверхность Луны. Проект Breakthrough Starshot Initiative (Прорыв к Звездам) уносит нас гораздо дальше пределов Луны, так как его целью является путешествие к ближайшим солнечным системам.

Детище Юрия Мильнера: миллиардера, техно-новатора, урожденца России, проект Breakthrough Starshot был анонсирован на пресс-конференции в апреле 2016 года с участием таких известных учёных как Стивен Хокинг (Stephen Hawking) и Фримен Дайсон (Freeman Dyson).

Суть технологии заключается в следующем, — тысячи пластино-образных чипов, прикрепленных к большому световому парусу из серебра, разместят на орбите Земли.

Затем этот парус будет, в буквальном смысле, вытолкнут в глубокий космос пучком лазерных лучей направленных с земли.

Уже через две минуты направленного действия лазеров, космический парус достигнет 1/5 скорости света, – это в 1000 раз быстрее скоростей когда-либо развитых макроскопическими объектами.

В течении двадцатилетнего полёта корабль будет собирать данные о межзвездном пространстве. По достижении созвездия Альфа Центавра бортовая камера сделает ряд высокоточных снимков и отправит их на Землю. Это даст нам возможность заглянуть к ближайшим планетарным соседям и понять насколько они могут быть пригодны для колонизации.

Команда проекта Breakthrough Starshot впечатляет не меньше самой идеи. В число совета директоров вошли Мильнер, Хокинг и Марк Цукерберг. Исполнительным директором назначен бывший руководитель Исследователького Центра Амес НАСА (NASA Ames Research Center) — Пит Ворден (S. Pete Worden).

Среди остальных участников имеются Нобелевские лауреаты и другие советники проекта Breakthrough. Мильнер обещает вложить свои собственные 100 миллионов долларов для старта проекта и в течении ближайших лет собрать ещё 10 миллиардов с помощью своих коллег.

На первый взгляд это может показаться научной фантастикой, хотя по-факту нет никаких научных препятствий для реализации данного проекта. Это не значит что всё случится завтра. Для успешного Прорыва к Звёздам необходимо совершить ряд научных открытий.

Участники и консультанты проекта рассчитывают на экспоненциальный рост технологий который позволит воплотить Breakthrough Starshot в течении следующих 20-ти лет.

Далее мы рассмотрим 11 ключевых технологий и предположим их вероятное развитие в ближайшие два десятилетия.

Обнаружение экзопланет

К экзопланетам относят все планеты за пределами нашей солнечной системы. В то время как первые открытия датируются 1988 годом, по состоянию на 1 мая 2017 года было обнаружено 3,608 экзопланет в 2,702 солнечных системах. Некоторые из планет очень подобны нашим, другие имеют ряд уникальностей вроде колец в 200 раз шире чем у нашего Сатурна.

Причиной такого взрыва находок является мощный рывок в усовершенствовании телескопических технологий. Всего лишь 100 лет назад самым большим телескопом в мире был Телескоп Хукера (Hooker Telescope) с линзой диаметром 2,5 метра.

Сегодня, Европейская Южная Обсерватория (European Southern Observatory) имеет комплекс из четырех телескопов, диаметр каждого 8,2 метра.

Она считается самой масштабной наземной структурой по изучению астрономии, в среднем публикующей по одному отрецензированному научному документу в день.

Ученые так же используют ОБТ (Очень Большой Телескоп) и специальный инструментарий для поиска скалистых планет в «жилых» (допускающих жидкую воду) зонах других солнечных систем.

В мае 2016 года при помощи ТРАПИСТа (TRAPPIST – Малый Телескоп для Наблюдения за Транзитными Планетами и Планетезималями) исследователи в Чили обнаружили семь экзопланет размером с Землю, находящихся в пригодной для обитания зоне.

Тем временем, космический аппарат Кеплер (NASA Kepler), созданный специально для этих целей, уже идентифицировал более 2000 экзопланет.

Космический телескоп имени Джеймса Вебба (JWST – James Webb Space Telescope) который планируют запустить в октябре 2018 года, откроет доселе невиданные возможности для проверки экзопланет на наличие жизни. «Если у этих планет есть атмосфера, телескоп Вебба станет ключом к раскрытию их секретов», – говорит Дуг Хадгинс (Doug Hudgins), ученый программы НАСА по изучению экзопланет в штаб-квартире в Вашингтоне.

Стоимость запуска

Материнский корабль Starshot будет поднят с земли ракетой носителем и затем выпустит тысячу маленьких пластинок в космос.

Стоимость выведения полезного груза одноразовыми ракетами слишком велика, но такие компании как SpaceX и Blue Origin подают реальные надежды на использование многоразовых ракет которые позволят значительно сократить стоимость запуска.

SpaceX уже смогла снизить затраты при запуске Falcon 9 на 60 миллионов долларов. С увеличением доли частных космических компаний на мировом рынке запуск многоразовых ракет станет более доступным и дешёвым.

Звёздная пластинка

Каждая 15-ти миллиметровая пластинка должна будет вместить множество сложных электронных приборов, таких как навигатор, камеру, лазер для связи, радиоизотопную батарею, мультиплексовую камеру и камеру для интерфейса. Возможность комплектации целого космического корабля на крохотную пластину, объясняется экспоненциальным уменьшением размеров датчиков и чипов.

В 1960-х годах первые компьютерные чипы состояли из целой горсти транзисторов. Сегодня, благодаря закону Мура, мы можем вмещать миллиарды транзисторов на один чип. Первая цифровая камера весила 8 фунтов и снимала 0,01 мегапикселя.

Теперь цифровые камеры, делают высококачественные 12-мегапиксельные цветные изображения, помещаются в смартфон с кучей других датчиков, таких как GPS, акселерометр и гироскоп. С появлением более мелких спутников, обеспечивающих лучшие данные мы наблюдаем как все эти усовершенствования применяются в освоении космоса.

Для успеха Starshot нам понадобится чтобы масса чипа составляла около 0,22 грамма к 2030 году. Если темпы совершенствования продолжатся, прогнозы предполагают, что это вполне возможно.

Световой парус

Парус должен быть изготовлен из материала, с высокой отражательной способностью (чтобы получить максимальное ускорение от лазера), минимально поглощающий (чтобы он не горел от тепла), а также очень легкий по весу (позволяющий быстрое ускорение). Это чрезвычайно сложное сочетание и в настоящее время подходящего материала ещё не найдено.

Применение автоматизации искусственного интеллекта позволит ускорить открытие подобных материалов. Суть автоматизации заключается в том что машина сможет генерировать библиотеку из десяток тысяч материалов для тестирования. Это существенно облегчит инженерам задачу отбора лучших вариантов для исследований и разработок.

Аккумулятор

Хоть Starchip и будет использовать крошечную ядерную радиоизотопную батарею для 24-летнего путешествия, нам все равно понадобятся обычные химические батареи для лазеров.

Лазеры будут расходовать огромную энергию за короткий промежуток времени, а это значит, что мощность должна храниться максимально близко.

Емкость батарей растёт в среднем на 5-8% в год; мы часто этого не замечаем, потому что потребление энергии гаджетами растёт пропорционально, оставляя в целом срок службы прежним.

Если динамика улучшения батарей сохраниться, через 20 лет они должны иметь прирост в 3-5 раз от их нынешней емкости. Эти ожидания полагаются на инновации Tesla-Solar City (Город Тесла-Солар) от инвестиций в аккумуляторные технологии. Компании в Кауаи уже установили около 55 000 батарей для питания значительной части своей инфраструктуры.

Лазеры

Тысячи мощнейших лазеров будут использоваться для разгона паруса до световых скоростей. Лазерные технологии подчинялись закону Мура с такой же скоростью как и интегральные схемы, снижая соотношение затрат к мощностям в два раза каждые 18 месяцев.

В особенности, в последнее десятилетие произошел резкий скачок масштабирования мощности диодных и волоконных лазеров, первые смогли выжать 10 киловатт из одномодового волокна в 2010 году и 100-киловатт месяцами позже.

Наряду с обычной мощностью, нам также нужно совершенствовать технологии объединения фазированных матричных лазеров.

Скорость

Наша способность двигаться быстро, двигалась быстро… В 1804 году был изобретен первый паровоз, развив невиданную на то время скорость в 110 км/ч. Космический корабль «Гелиос 2» побил этот рекорд в 1976 году, удаляясь от Земли со скоростью 356 040 км/ч.

Спустя 40 лет, космический аппарат Новые Горизонты (New Horizons) достиг гелиоцентрической скорости почти 45 км/с или 160 000 км/ч.

Но даже с этими скоростями, понадобится очень много времени чтобы добраться до Альфы Центавра, находящейся на расстоянии более чем четырех световых лет.

В то время как разгон субатомных частиц до скорости света является привычным делом для ускорителей частиц, никогда ранее это не достигалось макроскопическими объектами. Достижение всего 20% скорости света для Starshot, означало бы 1000-кратный прирост скорости для объекта когда-либо построенного человеком.

Хранение данных

Основой для вычислительной техники является способность хранить информацию. Starshot полагается на продолжение снижения стоимости и размеров цифровой памяти, чтобы обеспечить достаточный объём для хранения своих программ и изображений, отснятых в системе Альфы Центавра и ее планет.

Стоимость памяти снижалась экспоненциально в течение десятилетий: в 1970 году мегабайт стоил около миллиона долларов; Сейчас около 0.1 цента. Размер хранилищ также уменьшился: от 5-мегабайтного жесткого диска, загружаемого вилочным погрузчиком в 1956 году, до ныне доступных 512-гигабайтных USB-накопителей весом в несколько граммов.

Связь

Как только будут получены первые изображения, Starchip отправит их на Землю для обработки.

С тех пор как Александр Белл (Alexander Graham Bell) изобрел телефон в 1876 году телекоммуникации шагнули далеко вперед.

Средняя скорость интернета в США на сегодняшний день составляет около 11 мегабит в секунду.

Ширина канала и скорость, необходимые Starshot для отправки цифровых изображений на расстоянии четырёх световых лет (или 20 триллионов миль), потребуют использования новейших разработок в сфере коммуникаций.

Одной из перспективных технологий является Li-Fi, беспроводная связь в 100 раз быстрее Wi-Fi. Второй — оптические волокна, которые теперь позволяют пропускать 1.125 терабит в секунду. Помимо этих есть наработки в области квантовых коммуникаций, которые не только сверхбыстры, но и абсолютно безопасны.

Обработка данных

Последним шагом в проекте Starshot является анализ данных, полученных с космического корабля. Ставка делается на экспоненциальное увеличение вычислительных мощностей с приростом в триллион раз в последующие 60 лет.

Стремительное удешевление этого момента в значительной степени связывают с развитием облачных вычислений.

Заглядывая в будущее, квантовые методы обработки информации обещают тысячекратный прирост мощностей к моменту получения первых данных от Starshot.

Такие продвинутые процессоры дадут возможность выполнять сложные научные моделирования и анализ ближайших звездных систем.

Благодарности: автор хотел бы поблагодарить Пита Уордена и Грегга Мэриньяка за правки и комментарии.

Оригинал статьи SingularityHub, перевод Cosmos.Agency

Источник: https://cosmos.agency/interstellar_travel_starshot/

Скорость ракеты в космосе км/ч для межзвездного полета

Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде

Вырвавшись в космос, люди не остановились на путешествиях вокруг Земли. Следующей целью явилась Луна и  чтобы туда долететь надо было прежде преодолеть притяжение Земли. Для этого  скорость ракеты была  11,2 км/с или 40 000 км/ч.

Скорость ракеты  7,9 км/с (29 тыс.км/ч) необходимо чтобы попасть на околоземную орбиту,   11,2 км/с (40 тыс. км/ч) – если нужно отправить корабль в межпланетное путешествие.

 Скорость корабля для полета на Луну

Для полёта на Луну космический корабль стартовал до орбитальной скорости в 29 000 км/ч, а затем  разогнан до скорости примерно до 40 000 километров в час.  При такой скорости космический корабль может удалиться на расстояние, на котором на него уже притяжение Луны сильнее притяжения Земли.

Современная техника позволяет создавать корабли, достигающие упомянутой быстроте перемещения.Однако если не будут действовать двигатели корабля, он разгонится притяжением Луны и упадет на нее с огромной силой, и всё живое внутри корабля погибнет.

Поэтому, если в начале пути Земля-Луна реактивные двигатели ускоряют корабль в направлении к Луне, то после того как лунное притяжение сравняется с земным, двигатели будут действовать в противоположном направлении. Так обеспечивается мягкая посадка на Луну, при которой все люди внутри корабля остаются невредимыми.

Воздуха на Луне нет поэтому находиться на ней люди могут только в специальных скафандрах. Первым человеком, ступившим на поверхность Луны, был американец Армстронг, и произошло это в 1969 году, тогда первое знакомство с составом лунного грунта состоялось.

Изучение его поможет лучше понять историю образования солнечной системы. Геологи не исключают нахождение на Луне таких ценных веществ, которые будет целесообразно добывать.

Масса Луны существенно меньше массы Земли. Значит, взлететь с нее легче и дорога в дальний космос легче осуществится с нее. Не исключено что эту возможность человечество в дальнейшем будет использует. Скорость вылета на орбиту Луны гораздо меньше и составляет  – 1,7 км/с или 6120 км/ч.

Полеты на Марс и другие планеты

Расстояние до Марса порядка 56 000 000 км. С учетом возможностей существующих технологий лететь до Марса минимум 210 дней.

Это 266 666 км в день или со скоростью 11 111 километров в час 3 км в секунду.

Одной из основных существующих проблем при полете на другие планеты является  скорость ракеты в космосе км/ч которой не достаточно. Пока что более реальней планируется полёт на Марс за марсианскими образцами.

Если до самой ближайшей планеты Марс лететь минимум 210 дней, что физически трудно, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты невозможны из-за физиологических возможностей людей.

Скорость ракеты в космосе км/ч зависит от двигателя. Чем с большей быстротой вырываются газы из сопла реактивного двигателя, тем быстрее летит ракета.

Газ, образующийся при сгорании современного химического топлива, имеет скорость 3-4 километра в секунду (10 800-14 400 километров в час).

И этим ограничивается максимальная быстрота перемещения, которую они могут сообщить ракете с космическим кораблем.

Ионные двигатели для космических аппаратов

А вот ионы и электроны в специальных ускорителях могут быть разогнаны до быстроты близкой к скорости света – 300 000 километров в секунду. Однако такие ускорители – это пока  массивные сооружения не подходящие для летательных аппаратов.

Но установки, у которых скорость истечения заряженных частиц около 100 километров в секунду, могут быть на ракетах установлены. Следовательно, они могут сообщить соединенному с ними телу быстроту перемещения большую, чем может достигнуть ракета с химическим топливом.

К сожалению, у созданных к настоящему времени ионных космических двигателях сила тяги мала, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем пока они не могут.Однако их целесообразно устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, когда корабль уже летает по орбите.

Находясь на корпусе корабля, они могут непрерывно поддерживать его ориентацию и постепенно слабым воздействием увеличивать скорость корабля выше той, которую ему сообщили с помощью химического горючего.

Разработка таких, действующих на орбите, электрореактивных двигателей ведется, используя различные физические явления. Одна из задач, стоящих перед разработчиками ионных космических двигателей, сделать их пригодными для полетов на другие планеты.

Возможность достичь с такими двигателями значительно больших скоростей ракеты в космосе, чем с химическим топливом, делает более реальным создание кораблей для полетов на ближайшие планеты.

2018-10-28

Источник: https://v-nayke.ru/?p=12933

10 проблем, связанных с межзвездными путешествиями

Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде

Звезды над нами настолько красивы, что люди даже строили целые мифологии на их основе. Они действительно зрелищны, и теперь, когда мы добрались до Луны и скоро доберемся до Марса, нашим естественным стремлением будет путь к звездам.

Такое путешествие легло в основу бесчисленных историй научной фантастики и фильмов. Многим уже кажется, что путешествовать от звезды к звезде легко — нужно просто нажать гашетку, однако не все так просто.

Остается несколько серьезных проблем, которые нужно решить.

Быстрее света

В основу многих космических путешествий в научной фантастике ложится перемещение быстрее скорости света. В реальности же физика препятствует такой возможности. И нет никаких возможностей обойти это фундаментальное ограничение.

Даже путешествие с близкой к световой скоростью сталкивается с разного рода интересными релятивистскими проблемами, связанными с массой и энергией. Наша единственная возможность заключается в использовании порталов — червоточин.

Червоточину нужно тщательно контролировать, что в данный момент находится за пределами наших возможностей, и нам нужно как-нибудь создать вторую червоточину в пункте назначения. Необходимость отправить кого-то на тот конец для создания червоточины — не лучший повод для первого межзвездного путешествия.

К тому же физические эффекты при путешествии сквозь постоянную или временную червоточину могут привести к уничтожению любой материи. Вы вполне можете добраться до пункта назначения в виде плазмы.

Телепортация

Классическая телепортация подразумевает наличие человека, который активирует устройство и исчезает с тем, чтобы появиться в пункте назначения. Однако в реальности телепортация работает куда сложнее, чем показано в фильмах.

Даже если допустить возможность такого принципа, вдумайтесь: человек разбирается на атомы в машине для телепортации, физически переносится в пункт назначения и собирается заново.

Одна только сборка требует наличия невероятных машин в пункте назначения, да и элементарные физические законы не дадут нам с точностью манипулировать материей на таком гигантском расстоянии — вплоть до другой звезды. Подобная телепортация будет возможна только в те места, где мы уже были.

Сборка атомов нам пока недоступна, но вполне возможна. Нужно просто отправить атомы к другой звезде, и это можно сделать со скоростью света — явно быстрее, чем отправлять тело, но все равно займет годы.

Другой вариант — собрать на том конце точную копию человека, а предыдущего уничтожить. Но такой вариант едва ли кого устроит.

Корабль-колония

Если путешествие быстрее скорости света невозможно, мы можем построить корабли поколений. Свет достигает ближайшей к нам звезды за четыре года, но тяжелому объекту понадобится намного больше времени.

До большинства звезд придется лететь минимум сотни лет. На кораблях поколений население может рождаться и умирать, пока, много лет спустя, не достигнет пункта назначения. Но у таких кораблей есть ряд проблем.

Потомки элементарно могут забыть об изначальной цели миссии, поскольку она превратится в легенду за сотни лет.

Разумная компьютерная система могла бы обучать людей, рождающихся на корабле, чтобы избежать подобного провала, но все равно — весьма трудно предугадать, что случится за то время, пока поколение сменится другим поколением.

Если с кораблем что-нибудь случится, едва ли поколение, забывшее тонкости инженерного ремесла за долгие годы, сможет чем-либо помочь.

Материнский корабль

Чтобы устранить максимум неопределенностей в кораблях поколений, можно использовать корабли яйцеклеток.

Они будут везти замороженные оплодотворенные человеческие яйцеклетки, которые будут выращены и воспитаны тщательно продуманными машинами, а те выступят их матками, родителями и педагогами.

Яйцеклетки можно превратить в людей по достижении далекой звезды или планеты, а компьютеры научат будущих завоевателей космоса всему, что нужно знать.

Проектирование таких машин может быть невозможно на данный момент, но в будущем — почему бы и нет? В любом случае, как и корабль поколения, корабль яйцеклеток не сможет помочь человеку, который хочет отправиться на поиски новых звезд. А искусственно выращенным людям может не понравиться их миссия или они вовсе могут родиться без жажды к путешествиям.

Долголетие

Альтернативой кораблю поколений может стать генетическая модификация людей, которые смогут жить в течение сотен или тысяч лет и совершить путешествие в ходе своей жизни. Все вопросы жизни в космосе были бы исчерпаны.

Долголетие и бессмертие тщательно изучаются наукой, однако самым большим препятствием в этих вопросах остаются теломеры — концевые участки хромосом, которые становятся короче каждый раз, когда ваши клетки делятся.

В конце концов длина теломеров будет съедена напрочь, а клетки начнут повреждать свою собственную жизнеспособную ДНК по мере деления. Это означает, что в саму ДНК заложено количество делений клеток, которое может произойти.

Клетки делятся, чтобы заменить старые или поврежденные клетки вроде ресниц, или кожи, или участков желудка (вы же знаете о высоком уровне кислотности в желудке).

Казалось бы, ответ прост: нужно хранить длину теломеров. Но дело в том, что единственные взрослые клетки, способные это делать, канцерогены.

Спячка

Раз долголетие и новое поколение не стали ответом на важный вопрос, может помочь анабиоз. Во многих фильмах и книгах людей удерживали в состоянии сна, чтобы доставить на длительное расстояние. В таком состоянии люди не стареют, или же стареют очень медленно, это такой своеобразный «режим сна». К сожалению, теломеры и тут представляют проблему.

Наши тела всегда содержат небольшое число радиоактивных элементов. Они излучают небольшие порции радиации, которая безвредна для нас, поскольку новые клетки постоянно заменяют поврежденные.

Если человек не стареет во время анабиоза, его теломеры не уменьшаются, а клетки не делятся. Любые радиоактивные элементы в таком состоянии будут наносить постоянный вред телу, что в конечном итоге приведет к смерти.

Даже медленное старение не спасет от радиации в течение длительных периодов времени. Нужно, чтобы клетки делились в обычном темпе.

Движение

Даже если человеческие проблемы путешествия к другим звездам будут решены, останутся проблемы движения. Обычные системы включают сжигание топлива или реактивной массы, но чтобы добраться до другой звезды, понадобятся невероятные запасы топлива, что крайне неэффективно. Как решение — можно набирать топливо по пути.

В космосе между звезд нет обычных астероидов или планет, на которые можно сесть и добыть топлива. К счастью, космос — это далеко не вакуум, в нем есть множество рассеянных крошечных атомов, преимущественно водорода.

Если двигаться с большой скоростью, эти атомы можно собрать и использовать как топливо в реакциях вроде синтеза (разумеется, если мы доберемся до него). Чтобы собрать водород, нужен мощный «совок», по предварительным расчетам в 2000 квадратных километров площадью.

Такой размер существенно увеличит сопротивление корабля и снизит скорость до обычной ракеты. Подобная система будет крайне неэффективной и нежизнеспособной. Но ее рассматривали.

Повреждения

Ближайшая к нам звезда — это Альфа Центавра. Она находится в четырех световых годах от Земли. Если добираться к ней на обычном автомобиле со скоростью 60 км/ч, понадобится 72 миллиона лет.

Даже если допустить, что такой автомобиль будет создан, за этот срок истекут все мыслимые периоды распада и естественного износа, не говоря уж о почти нулевой вероятности прибытия спустя такое длительное время. Нужна скорость, даже если она будет ограничена скоростью света.

Из-за крошечных атомов, разбросанных по всему космосу, любое судно на большой скорости будет бомбардироваться ими с такой силой, что они пробьют даже самую прочную сталь.

Есть два варианта: люди или машины будут постоянно латать дыры и чинить повреждения, а значит понадобится огромное количество материалов для ремонта, которые придется везти с собой, либо корабль будет сделан из эластичных материалов, которые будут чинить себя самостоятельно. Именно такие материалы сейчас и разрабатываются в космических агентствах. Плохая новость заключается в том, что ученые не верят в возможность существования таких материалов.

Гравитация

Строение нашего тела серьезно зависит от гравитации. Когда люди не живут в условиях обычной земной гравитации, их организмы начинают страдать. Спустя несколько недель или месяцев кости становятся ломкими, мышцы — слабыми, а долгосрочные последствия вообще фатальны.

Люди могут бороться с такими последствиями путем различных упражнений и диет, но спустя несколько лет или десятилетий в космосе человеческое тело будет необратимо повреждено. Даже в течение относительно коротких полетов ужасно ухудшается зрение.

Именно эту проблему, кстати, хочет решить NASA, прежде чем отправлять людей на Марс.

Вместо того, чтобы жить в невесомости, можно создать искусственную гравитацию путем вращения космического объекта. К сожалению, на это потребуется огромное количество энергии и топлива, а само вращение неизбежно будет вызывать тошноту — в краткосрочные периоды. Что будет в долгосрочные периоды — пока неизвестно, не изучалось.

Еда, воздух и вода

Людям, живущим на корабле в течение длительного периода, понадобится система жизнеобеспечения. Им нужно будет есть, пить, дышать, мочиться, испражняться, мыться и спать. Многое из этого уже можно делать в космосе с текущими технологиями.

Но в случае длительных поездок количество воды и еды станет слишком большим, чтобы его можно было взять с собой. Самым разумным решением было бы взять на корабль самоподдерживаемую экосистему. Растения производят воздух, успешно съедаются и потребляют человеческие отходы.

Любая экосистема достаточно неэффективна, но сможет продлить время поддержания жизни до прибытия в пункт назначения.

Оборудование корабля будет серьезно повреждено газами, которые будут обращаться, однако это можно было бы решить путем создания умных материалов.

Тщательно изучаются водоросли, поскольку они обладают огромным потенциалом в поддержании экосистем. Но и у них есть проблемы — если питаться водорослями в огромных количествах, можно серьезно отравиться.

И опять же — генетическая модификация может решить и этот вопрос.

Останется только разрешить предыдущие девять проблем.

Источник: https://Hi-News.ru/space/10-problem-svyazannyx-s-mezhzvezdnymi-puteshestviyami.html

Межзвездное космическое путешествие: насколько человечество готово к покорению дальнего космоса | Экспресс-Новости

Средняя скорость ракеты в космосе км ч. Какие проблемы нужно решить, чтобы межзвездные полеты стали реальностью? Полет на водороде

Межзвездные космические путешествия – это фантазия каждого пятилетнего ребенка внутри нас. Но, по мере того, как мы совершенствуемся с нашими ракетами и космическими зондами, возникает вопрос: а можем ли мы когда-нибудь надеяться колонизировать звезды? Или сможем ли мы хотя бы отправить космические зонды к инопланетным поселениям?

По информации, имеющейся в распоряжении ИА «Экспресс-Новости», вся правда состоит в том, что межзвездные путешествия и исследования технически возможны уже прямо сейчас.

Там нет закона физики, который прямо запрещает это. Но это не обязательно делает это легким, и это, конечно, не означает, что мы достигнем этого в нашей жизни, не говоря уже об этом столетии.

Межзвездное космическое путешествие – это настоящая проблема.

Путешествие наружу

На самом деле, мы уже достигли статуса межзвездной разведки. У нас есть несколько космических кораблей на траекториях спасения. То есть, они покидают Солнечную систему и никогда не возвращаются.

Миссии НАСА «Пионер», «Вояджер» и совсем недавно «Новые горизонты» начали свои длительные путешествия за пределы нашей галактики.

Путешественники особенно теперь рассматриваются за пределами Солнечной системы, определяемой как область, где солнечный ветер, исходящий от Солнца, уступает место обычным галактическим фоновым частицам и пыли.

В настоящее время у нас есть межзвездные космические зонды, однако проблема в том, что они никуда конкретно не стремятся. Каждый из этих межзвездных исследователей путешествует со скоростью десятки тысяч километров в час, что звучит довольно быстро.

Но они не движутся в направлении какой-либо конкретной звезды, потому что их миссии были предназначены для исследования планет внутри Солнечной системы.

Но если какой-либо из этих космических кораблей направится к нашему ближайшему соседу Проксиме Центавре, находящемуся всего в 4 световых годах, они достигнут его примерно через 80 000 лет.

Бюджеты НАСА не рассчитаны для таких сроков. Кроме того, к тому времени, когда эти зонды станут где-то на полпути интересными, их ядерные батареи будут уже давно мертвы и будут просто бесполезными кусками металла, несущимися сквозь пустоту. Это своего рода успех, но это не совсем то, на что было рассчитано межзвездное космическое путешествие.

Гонщик

Чтобы сделать межзвездный космический полет более разумным, зонд должен идти очень быстро. Порядка не менее одной десятой скорости света.

На такой скорости космический корабль может достичь Проксимы Центавра за несколько десятков лет и отправить фотографии в течение одной человеческой жизни. Однако переход на эти скорости требует огромного количества энергии.

Один из вариантов – хранить эту энергию на борту космического корабля в качестве топлива. Но если это так, то дополнительное топливо добавит массу, что приведет к еще более трудному разгону до этих скоростей.

Есть проекты и эскизы для атомных космических кораблей, которые пытаются достичь этого, но нам нужно придумать другие идеи.

Возможно, одна из наиболее многообещающих идей – сохранить источник энергии космического корабля и каким-то образом передавать эту энергию во время его движения. Один из способов сделать это с помощью лазеров.

Излучение хорошо переносит энергию из одного места в другое, особенно на огромные расстояния пространства. Космический корабль может затем захватить эту энергию и двигаться вперед.

Это основная идея проекта Breakthrough Starshot, целью которого является разработка космического корабля, способного достичь ближайших звезд за несколько десятилетий.

В самом простом изложении этого проекта гигантский лазер порядка 100 гигаватт стреляет в космический корабль на орбите Земли.

У этого космического корабля есть большой солнечный парус, от которого лазер отражается, давая импульс самому космическому кораблю.

Космический корабль для муравьев

Именно здесь «резина» встречается с межзвездной «дорогой», когда речь идет о том, чтобы заставить космический корабль двигаться с необходимой скоростью.

Сам лазер мощностью 100 гигаватт является более мощным, чем любой лазер, который мы когда-либо разрабатывали.

Чтобы дать вам представление о масштабе, 100 гигаватт – это полная мощность каждой отдельной атомной электростанции, работающей в Соединенных Штатах вместе взятых.

А космический корабль, масса которого должна быть не больше скрепки, должен включать в себя камеру, компьютер, источник питания, схему, оболочку, антенну для связи и весь световой парус.

Этот световой парус должен быть почти идеально отражающим. Если он поглощает даже крошечную часть этого входящего лазерного излучения, он преобразует эту энергию в тепло, а не в импульс.

При 100 гигаваттах это означает прямую плавку с последующим уничтожением космического корабля.

Когда скорость света увеличится до одной десятой, начинается настоящее путешествие. В течение 40 лет этому небольшому космическому кораблю придется выдерживать испытания межзвездного пространства.

На него будут влиять частицы пыли с такой огромной скоростью, которая может нанести невероятный урон. Космические лучи, которые являются высокоэнергетическими частицами, испускаемыми объектами от Солнца до далекой сверхновой, могут испортить тонкую электрическую схему внутри.

Космический корабль будет бомбардироваться этими космическими лучами без остановки, как только начнется путешествие.

Возможен ли прорыв? – задаются вопросом корреспонденты ИА «Экспресс-Новости». В принципе да. Ведь нет закона физики, который мешает этому стать реальностью.

Но это не делает его легким, или даже вероятным, или правдоподобным, или даже выполнимым, используя наши текущие технологические уровни (или разумные прогнозы на ближайшее будущее нашей технологии).

Можем ли мы сделать космический корабль таким маленьким и легким? Можем ли мы сделать лазер настолько мощным? Может ли такая миссия действительно пережить проблемы дальнего космоса? Ответ и не да, и не нет. Реальный вопрос заключается в следующем: готовы ли мы потратить достаточно денег, чтобы выяснить, возможно ли это?

#Космос #Путешествие #Звезды #Галактика #Космический корабль #Скорость света #Солнечная система #Лазер

Подпишитесь на наши аккаунты в Яндекс Дзен, ВКонтакте, , , , Instagram, , Pinterest. Будьте в курсе последних новостей!

Источник: https://express-novosti.ru/interesting/facts/2147502040-mezhzvezdnoe-kosmicheskoe-puteshestvie-naskolko-chelovechestvo-gotovo-k-pokoreniyu-dalnego-kosmosa.html

Правсила
Добавить комментарий