Juno. Erdvėlaivis „Juno“ buvo paleistas 2011 m., o į orbitą aplink Jupiterį turėtų įskristi 2016 m. Jis atliks ilgą kilpą aplink dujų milžiną, rinkdamas duomenis apie atmosferos sudėtį ir magnetinį lauką, taip pat fiksuodamas vėjus. „Juno“ yra pirmasis NASA erdvėlaivis, kuriame nenaudojama plutonio šerdis, o yra įrengtos saulės baterijos.

2020 m. Marsas. Kitas marsaeigis, išsiųstas į raudonąją planetą, daugeliu atžvilgių bus gerai pasiteisinusio „Curiosity“ kopija. Tačiau jo užduotis bus kitokia – būtent Marse ieškoti bet kokių gyvybės pėdsakų. Programa prasidės 2020 m. pabaigoje.

Erdvė atominis laikrodis NASA planuoja paleisti jį į orbitą giliosios erdvės navigacijai 2016 m. Šis įrenginys teoriškai turėtų veikti kaip GPS būsimiems erdvėlaiviams. Kosminis laikrodis žada būti 50 kartų tikslesnis nei bet kuris jo atitikmuo Žemėje.

InSight. Vienas iš svarbių klausimų, susijusių su Marsu, yra tai, ar jame yra geologinio aktyvumo, ar ne? „InSight“ misija, planuojama 2016 m., į tai atsakytų su roveriu su grąžtu ir seismometru.

Urano orbita. Žmonija Uraną ir Neptūną aplankė tik kartą, per „Voyager 2“ misiją 1980 m., tačiau tikimasi, kad per ateinantį dešimtmetį tai bus ištaisyta. Orbitinio Urano programa sumanyta kaip Cassini skrydžio į Jupiterį analogas. Problemos yra finansavimas ir plutonio trūkumas kurui. Tačiau paleidimas planuojamas 2020 m., o transporto priemonė į Uraną atvyks 2030 m.

„Europa Clipper“. 1979 m. vykusios „Voyager“ misijos dėka sužinojome, kad po vieno iš Jupiterio palydovų – Europos – ledu yra didžiulis vandenynas. O ten, kur tiek daug skysto vandens, gyvybė įmanoma. „Europa Clipper“ skris 2025 m. su galingu radaru, galinčiu žiūrėti giliai po Europos ledu.

OSIRIS-REx. Asteroidas (101955) Bennu nėra pats garsiausias kosminis objektas. Tačiau, pasak Arizonos universiteto astronomų, jis turi labai realią galimybę atsitrenkti į Žemę maždaug 2200 m. 2019 m. OSIRIS-REx keliaus į Beną paimti dirvožemio mėginių ir sugrįš 2023 m. Gautų duomenų tyrimas galėtų padėti išvengti nelaimės ateityje.

LISA yra bendras NASA ir Europos kosmoso agentūros eksperimentas gravitacines bangas, kurią skleidžia juodosios skylės ir pulsarai. Matavimai bus atliekami trimis prietaisais, esančiais 5 milijonų km ilgio trikampio viršūnėse. LISA Pathfinder, pirmasis iš trijų palydovų, į orbitą bus išsiųstas 2015 m. lapkritį, o visas programos paleidimas planuojamas 2034 m.

BepiColombo. Ši programa buvo pavadinta XX amžiaus italų matematiko Giuseppe Colombo, sukūrusio gravitacinio manevro teoriją, vardu. BepiColombo yra Europos ir Japonijos kosmoso agentūrų projektas, prasidėjęs 2017 m., kai numatoma, kad prietaisas į Merkurijaus orbitą atkeliaus 2024 m.

James Webb kosminis teleskopas bus paleistas į orbitą 2018 m., pakeisdamas garsųjį Hablo. Teniso aikštelės ir keturių aukštų namo dydžio, kainuojantis beveik 9 milijardus dolerių, teleskopas laikomas geriausia šiuolaikinės astronomijos viltimi.

Iš esmės misijos planuojamos trimis kryptimis – skrydis į Marsą 2020 m., skrydis į Jupiterio mėnulį Europą ir, galbūt, į Urano orbitą. Tačiau sąrašas neapsiriboja jais. Netolimoje ateityje pažvelkime į dešimt kosminių programų.

Jau vyksta preliminaraus ateities erdvėlaivio projektavimo darbai daugiau nei metus. Konkursą laimėjusi „Rocket and Space Corporation“ (RSC) „Energija“ už pirmąjį plėtros etapą gavo 800 mln. rublių ir projektą turi pristatyti birželį. Kosmoso korporacija pateikė išskirtinę vaizdo medžiagą, iliustruojančią, kaip atrodys naujos kartos laivas.

Naujojo laivo projekto darbai vykdomi griežtai paslaptyje, jo eskizai yra visiška RSC Energia paslaptis. Televizijos kanalas „Rossija 24“ disponavo tik preliminariais eskizais. Iš pradžių buvo manoma, kad erdvėlaivis gaus trumpą pavadinimą „Rus“. Dabar tapo žinoma, kad tai yra vienas iš darbinių 20 tonų keliamosios galios raketos pavadinimų. Raketų ir kosmoso korporacijos „Energia“ prezidentas Vitalijus Lopota sakė: „Pavadinimas „Rus“ buvo suteiktas vienam iš nešančiųjų raketų projektų, tačiau tokios iniciatyvos laivui nesugalvojome, nes ji šiuo metu vyksta. preliminarus projektas ir ieškoti išvaizdos. O tiksliau, naujojo laivo išvaizda jau aiški ir susiformavusi. Tikimės pradėti skrydžio bandymus iki 2015 m.

Anksčiau Federalinės kosmoso agentūros vadovas Anatolijus Perminovas sakė: „Šiais laikais laikotarpis yra labai ribotas – 2015 metais pirmasis skrydis turėtų būti atliktas krovinine versija, o 2018 metais – su įgula.

Kol kas laivo pavadinimas yra „Advanced Manned Transport System“, sutrumpintai vadinamas PPTS. Kai kurie taip pat vadina jį „Clipper“ pagal analogiją su. „Roscosmos“ manė, kad projektas neatitinka reikalavimų. Pavyzdžiui, kosminio laivo sparnai nėra būtini ir netgi gali sukelti problemų grįžtant į žemę. Vitalijus Lopota kalbėjo apie naujos plėtros technines detales: „Esame priversti ieškoti formų, ir jas radome. Šios formos šiek tiek primena viršūnę – kūginę formą gamyboje naudos iš esmės naujas medžiagas, bus gana lengvas“.

Remiantis preliminariais įvykiais, laivas bus kūgio formos. Galų gale, kūgis yra optimali forma, norint pereiti per tankius atmosferos sluoksnius. Nusileidžianti transporto priemonė į jas atsitrenkia pirmuoju pabėgimo greičiu – daugiau nei septyniais kilometrais per sekundę. „Erdvėlaivis, įskrendantis į mūsų atmosferą pirmuoju kosminiu greičiu, įkaista iki 2-2,5 tūkst skirtingų nusileidimo sistemų derinys – tai yra parašiutas, reaktyvinis lėktuvas“, – aiškino Vitalijus Lopota.

Maždaug tuo pačiu principu vadovavosi ir amerikiečių NASA kurdama būsimas laivas"Orionas". Pirmasis jo skrydis numatytas 2014 m. Naujos kartos rusiškas erdvėlaivis skirtas 15 eksploatavimo metų ir mažiausiai 10 skrydžių, tačiau ne visos jo dalys bus tinkamos naudoti. „Patekus į atmosferą ir šioje kritinėje situacijoje prietaiso ir surinkimo skyrius bus perteklinis - jis bus nušautas, o kitam naudojimui reikės sumontuoti naują šilumos skydą, kuris įeidamas į atmosferą įgaus maksimalią energiją, o brangiausia – tai grįžtama transporto priemonė, tai žmonės, tai gyvybės palaikymo sistema, valdymo sistema, varomoji sistema“, – sakė RSC Energia prezidentas. išsiaiškinta.

Apie laivus nauja sistemažinoma, kad jos svers nuo 18 iki 20 tonų, priklausomai nuo paskirties. Naujieji laivai į žemąją orbitą galės iškelti iki šešių įgulos narių ir gabenti ne mažiau kaip 500 kilogramų krovinių. Jie į Mėnulio orbitą galės išgabenti keturis astronautus ir 100 kilogramų krovinių. Spėjama, kad nepilotuojama PPTS versija galės į žemąją Žemės orbitą iškelti mažiausiai dvi tonas krovinių ir apie pusę tonos grąžinti į Žemę.

Vitalijus Lopota kalbėjo apie kitas savybes sukurta sistema: „Realiai laivas turėtų užtikrinti kilimą ir greitą susijungimą su ekspediciniu kompleksu, kad būtų galima prisijungti prie stoties, ar skristi į kitas planetas, ar atlikti užduotis orbitoje prijungti buities skyrių.

Kaip anksčiau teigė „Roscosmos“ vadovas Anatolijus Perminovas, laivo įgulą sudarys mažiausiai nuo keturių iki šešių žmonių. „Laivas turi sėkmingai skristi tiek į žemąją Žemės orbitą, tai yra į kitas to paties tipo stotis, į būsimą surinkimo kompleksą žemoje orbitoje, ir sugebėti skristi į orbitą aplink Mėnulį, ir būti autonominiame. skrydžio bent 30 dienų“, – patikslino jis.

Būsimas surinkimo ir eksperimentinis kompleksas žemoje Žemės orbitoje yra pilotuojamos programos tęsinys ateinančius du ar net tris dešimtmečius. Galbūt net tada, kai Tarptautinė kosminė stotis jau tarnavo. „Roscosmos“ su šia programa deda daug vilčių. „Roscosmos“ pilotuojamų programų skyriaus vadovas Aleksejus Krasnovas kalbėjo apie siūlomas užduotis: „Galimybė TKS pagrindu surinkti nedidelį erdvėlaivį, kuris skristų iš kosmoso už artimos Žemės erdvės ribų nebuvo nustatyta, tai dar reikia padaryti, bet tai gali būti Mėnulio orbita, tai gali būti asteroidas. Jis nuskrido ir sugrįžo.

Tikėtina, kad naujasis įrenginys taps Marso programos dalimi. Būsimas tarpplanetinis kompleksas bus surinktas vadinamojoje žemojoje Žemės orbitoje. Jo svoris gali siekti 500 tonų. IN surinkta forma, konstrukcija palaipsniui bus keliama į 200 tūkstančių kilometrų aukštį ir tai užtruks kelis mėnesius. Marso ekspedicijos įgula bus pristatyta į paskutinė akimirka prieš paleidimą, kad astronautai negautų papildomos dozės saulės spinduliuotė, o iš aukštos orbitos kompleksas paleidžiamas link Raudonosios planetos.

Šiuolaikiniai raketų varikliai puikiai iškelia įrangą į orbitą, tačiau yra visiškai netinkami ilgalaikėms kelionėms į kosmosą. Todėl mokslininkai dešimtmečius dirbo kurdami alternatyvą kosminiai varikliai, kuris galėtų paspartinti laivus rekordiniai greičiai. Pažvelkime į septynias pagrindines šios srities idėjas.

EmDrive

Norint pajudėti, reikia nuo kažko atsitraukti – ši taisyklė laikoma vienu iš nepajudinamų fizikos ir astronautikos ramsčių. Nuo ko tiksliai atstumti – žemės, vandens, oro ar reaktyvinės dujų srovės, kaip raketų variklių atveju – nėra taip svarbu.

Gerai žinomas minties eksperimentas: įsivaizduokite, kad astronautas išėjo į kosmosą, tačiau staiga nutrūksta jį su erdvėlaiviu jungiantis laidas ir žmogus pradeda lėtai skristi. Viskas, ką jis turi, yra įrankių dėžė. Kokie jo veiksmai? Teisingas atsakymas: jam reikia išmesti įrankius iš laivo. Pagal judesio tvermės dėsnį, žmogus bus išmestas nuo įrankio lygiai tokia pat jėga, kokia yra atmetamas įrankis nuo žmogaus, todėl jis palaipsniui judės link laivo. Tai yra reaktyvinis varymas – vienintelis galimas būdas judėti tuščioje erdvėje. kosminė erdvė. Tiesa, EmDrive, kaip rodo eksperimentai, turi tam tikrų šansų paneigti šį nepajudinamą teiginį.

Šio variklio kūrėjas – britų inžinierius Rogeris Schaeris, 2001 metais įkūręs savo įmonę „Satellite Propulsion Research“. „EmDrive“ dizainas yra labai ekstravagantiškas ir yra metalinio kibiro formos, užsandarinto iš abiejų galų. Šio kibiro viduje yra magnetronas, kuris skleidžia elektromagnetines bangas, – toks pat kaip ir įprastoje mikrobangų krosnelėje. Ir pasirodo, kad to pakanka sukurti labai mažą, bet gana pastebimą trauką.

Pats autorius savo variklio veikimą aiškina per elektromagnetinės spinduliuotės slėgio skirtumą skirtinguose „kibiro“ galuose - siaurame gale jis mažesnis nei plačiajame. Tai sukuria trauką, nukreiptą į siaurą galą. Tokio variklio veikimo galimybė buvo ginčijama ne kartą, tačiau visuose eksperimentuose Schaer instaliacija rodo traukos buvimą numatyta kryptimi.

Tarp eksperimentatorių, išbandžiusių Schaero „kibirą“, yra tokios organizacijos kaip NASA, Technikos universitetas Drezdenas ir Kinijos mokslų akademija. Išradimas buvo išbandytas daugiausiai skirtingos sąlygos, įskaitant vakuume, kur jis parodė 20 mikroniutonų traukos buvimą.

Tai labai mažai, palyginti su cheminiais reaktyviniais varikliais. Tačiau, atsižvelgiant į tai, kad Shaer variklis gali veikti tiek ilgai, kiek norima, nes jam nereikia degalų tiekimo (magnetroną gali maitinti saulės baterijos), jis gali pagreitinti erdvėlaivius iki didžiulio greičio, matuojant procentais nuo šviesos greitis.

Norint visiškai įrodyti variklio veikimą, būtina atlikti daug daugiau matavimų ir atsikratyti šalutinis poveikis, kurį gali sukurti, pavyzdžiui, išoriniai magnetiniai laukai. Tačiau jau pateikiami alternatyvūs galimi anomalios Shaer variklio traukos paaiškinimai, kurie apskritai pažeidžia įprastus fizikos dėsnius.

Pavyzdžiui, buvo pateiktos versijos, kad variklis gali sukurti trauką dėl sąveikos su fiziniu vakuumu, kuris kvantiniame lygmenyje turi ne nulinę energiją ir yra užpildytas nuolat atsirandančiomis ir nykstančiomis virtualiomis elementariomis dalelėmis. Netolimoje ateityje išsiaiškinsime, kas galiausiai bus teisus – šios teorijos autoriai, pats Shaeris ar kiti skeptikai.

Saulės burė

Kaip minėta aukščiau, elektromagnetinė spinduliuotė daro slėgį. Tai reiškia, kad teoriškai jį galima paversti judėjimu – pavyzdžiui, naudojant burę. Kaip praėjusių amžių laivai savo burėse gaudė vėją, ateities erdvėlaivis savo burėse gaudydavo saulę ar bet kurią kitą žvaigždžių šviesą.

Tačiau problema yra ta, kad šviesos slėgis yra labai mažas ir mažėja didėjant atstumui nuo šaltinio. Todėl, kad tokia burė būtų efektyvi, ji turi turėti labai mažą svorį ir labai didelis plotas. Ir tai padidina visos struktūros sunaikinimo riziką, kai ji susiduria su asteroidu ar kitu objektu.

Bandymai statyti ir paleisti į kosmosą saulės burlaivius jau buvo – 1993 metais Rusija išbandė saulės burę erdvėlaivyje „Progress“, o 2010 metais Japonija atliko sėkmingus bandymus pakeliui į Venerą. Tačiau joks laivas niekada nenaudojo burės kaip pagrindinio pagreičio šaltinio. Kiek perspektyviau šiuo atžvilgiu atrodo kitas projektas – elektrinė burė.

Elektrinė burė

Saulė skleidžia ne tik fotonus, bet ir elektra įkrautas medžiagos daleles: elektronus, protonus ir jonus. Visi jie sudaro vadinamąjį saulės vėją, kuris kas sekundę nuo žvaigždės paviršiaus nuneša apie milijoną tonų medžiagos.

Saulės vėjas plinta milijardus kilometrų ir yra atsakingas už kai kuriuos gamtos reiškiniai mūsų planetoje: geomagnetinės audros ir šiaurės pašvaistė. Žemę nuo saulės vėjo saugo jos pačios magnetinis laukas.

Saulės vėjas, kaip ir oro vėjas, visai tinkamas kelionėms, tik reikia priversti jį pūsti į bures. 2006 metais suomių mokslininko Pekka Janhunen sukurtas elektrinių burių projektas turi mažai ką bendro su saulės buriavimu. Šis variklis susideda iš kelių ilgų plonų laidų, panašių į rato be ratlankio stipinus.

Dėl elektronų pistoleto, spinduliuojančio priešingai judėjimo kryptimi, šie kabeliai įgauna teigiamo krūvio potencialą. Kadangi elektrono masė yra maždaug 1800 kartų mažesnė už protono masę, elektronų sukurta trauka neturės esminio vaidmens. Saulės vėjo elektronai tokiai burei taip pat nėra svarbūs. Tačiau teigiamai įkrautos dalelės - protonai ir alfa spinduliuotė - bus atstumtos nuo kabelių, taip sukurdamos reaktyvinį trauką.

Nors ši trauka bus maždaug 200 kartų mažesnė nei saulės burės, Europos kosmoso agentūra susidomėjo. Faktas yra tas, kad elektrinę burę daug lengviau suprojektuoti, gaminti, įdiegti ir eksploatuoti erdvėje. Be to, gravitacijos pagalba burė taip pat leidžia nukeliauti į žvaigždžių vėjo šaltinį, o ne tik nuo jo. Ir kadangi tokios burės paviršiaus plotas yra daug mažesnis nei saulės burės, ji yra daug mažiau pažeidžiama asteroidų ir kosminių šiukšlių. Galbūt per artimiausius kelerius metus pamatysime pirmuosius eksperimentinius laivus su elektrinėmis burėmis.

Jonų variklis

Įkrautų materijos dalelių, tai yra jonų, srautą skleidžia ne tik žvaigždės. Jonizuotas dujas galima sukurti ir dirbtinai. Paprastai dujų dalelės yra elektriškai neutralios, tačiau kai jų atomai ar molekulės netenka elektronų, jos tampa jonais. Bendroje masėje tokių dujų vis dar nėra elektros krūvis, tačiau atskiros jo dalelės pasikrauna, vadinasi, gali judėti magnetiniame lauke.

Joniniame variklyje tauriosios dujos (dažniausiai ksenonas) jonizuojamos didelės energijos elektronų srautu. Jie išmuša elektronus iš atomų ir įgauna teigiamą krūvį. Tada susidarę jonai elektrostatiniame lauke pagreitinami iki maždaug 200 km/s greičio, kuris yra 50 kartų didesnis nei dujų srauto greitis iš cheminių reaktyvinių variklių. Tačiau šiuolaikiniai joniniai varikliai turi labai mažą trauką – apie 50-100 miliwtonų. Toks variklis net nepajudėtų nuo stalo. Bet tai turi rimtą pranašumą.

Didelis specifinis impulsas leidžia žymiai sumažinti degalų sąnaudas variklyje. Norėdami jonizuoti dujas, energija gaunama iš saulės kolektorių, todėl jonų variklis gali veikti labai ilgai – iki trejų metų be pertrūkių. Per šį laikotarpį jis turės laiko pagreitinti erdvėlaivį iki tokio greičio, apie kurį cheminiai varikliai net nesvajojo.

Joniniai varikliai jau ne kartą klajojo Saulės sistemos platybėse vykdydami įvairias misijas, tačiau dažniausiai kaip pagalbinės, o ne pagrindinės. Šiandien vis dažniau kalbama apie plazminius variklius kaip apie galimą alternatyvą joniniams varikliams.

Plazminis variklis

Jei atomų jonizacijos laipsnis tampa didelis (apie 99%), tada tokia medžiagos agregacijos būsena vadinama plazma. Plazmos būseną galima pasiekti tik naudojant aukšta temperatūra, todėl plazminiuose varikliuose jonizuotos dujos įkaista iki kelių milijonų laipsnių. Šildymas atliekamas naudojant išorinį energijos šaltinį – saulės baterijas arba, realiau, nedidelį branduolinį reaktorių.

Tada karšta plazma išmetama per raketos antgalį, sukuriant dešimtis kartų didesnę trauką nei joninis variklis. Vienas iš plazminio variklio pavyzdžių yra VASIMR projektas, kuris buvo kuriamas nuo praėjusio amžiaus 70-ųjų. Skirtingai nei joniniai varikliai, plazminiai varikliai kosmose dar nebuvo išbandyti, tačiau į juos dedamos didelės viltys. Būtent plazminis variklis VASIMR yra vienas iš pirmaujančių kandidatų į pilotuojamas misijas į Marsą.

Sintezės variklis

Šilumos energijos prisijaukinimas branduolių sintezė vidurio žmonės bandė, bet iki šiol nepavyko. Nepaisant to, valdoma termobranduolinė sintezė vis dar yra labai patraukli, nes ji yra milžiniškos energijos šaltinis, gaunamas iš labai pigaus kuro – helio ir vandenilio izotopų.

Šiuo metu yra keletas reaktyvinio variklio, varomo termobranduolinės sintezės energija, konstrukcijų. Perspektyviausiu iš jų laikomas modelis, paremtas reaktoriumi su magnetine plazma. Termobranduolinis reaktorius tokiame variklyje bus 100–300 metrų ilgio ir 1–3 metrų skersmens neslėginė cilindrinė kamera. Į kamerą turi būti tiekiamas kuras aukštos temperatūros plazmos pavidalu, kuri, esant pakankamam slėgiui, patenka į branduolių sintezės reakciją. Magnetinės sistemos ritės, esančios aplink kamerą, turi saugoti, kad ši plazma liestųsi su įranga.

Termobranduolinės reakcijos zona yra išilgai tokio cilindro ašies. Magnetinių laukų pagalba per reaktoriaus antgalį teka itin karšta plazma, sukurianti milžinišką trauką, daug kartų didesnę nei cheminių variklių.

Antimaterijos variklis

Visa mus supanti medžiaga susideda iš fermionų – elementariųjų dalelių, kurių sukimasis yra pusiau sveikasis skaičius. Tai, pavyzdžiui, kvarkai, sudarantys protonus ir neutronus atomų branduoliuose, taip pat elektronus. Be to, kiekvienas fermionas turi savo antidalelę. Elektronui tai yra pozitronas, kvarkui - antikvarkas.

Antidalelės turi tokią pat masę ir sukimąsi kaip ir paprasti „draugai“, kurios skiriasi visų kitų kvantinių parametrų ženklu. Teoriškai antidalelės gali gaminti antimedžiagą, tačiau iki šiol antimedžiaga nebuvo aptikta niekur Visatoje. Fundamentiniam mokslui kyla didelis klausimas, kodėl jo nėra.

Bet laboratorinėmis sąlygomis galima gauti tam tikrą antimedžiagos kiekį. Pavyzdžiui, neseniai buvo atliktas eksperimentas, siekiant palyginti protonų ir antiprotonų, kurie buvo laikomi magnetinėje gaudyklėje, savybes.

Kai susitinka antimedžiaga ir įprasta medžiaga, įvyksta abipusio susinaikinimo procesas, lydimas milžiniškos energijos antplūdžio. Taigi, jei paimsite kilogramą medžiagos ir antimedžiagos, jų susitikimo metu išsiskiriančios energijos kiekis bus panašus į „caro bombos“ - galingiausios žmonijos istorijoje vandenilio bombos – sprogimą.

Be to, didelė dalis energijos bus išleista elektromagnetinės spinduliuotės fotonų pavidalu. Atitinkamai, šią energiją norima panaudoti kelionėms į kosmosą, sukuriant fotonų variklį, panašų į saulės burė, tik šiuo atveju šviesą generuos vidinis šaltinis.

Tačiau norint efektyviai panaudoti spinduliuotę reaktyviniame variklyje, būtina išspręsti „veidrodžio“, kuris galėtų atspindėti šiuos fotonus, sukūrimo problemą. Galų gale, laivas turi kažkaip atsitraukti, kad sukurtų trauką.

Nr moderni medžiaga jis tiesiog negali atlaikyti tokio sprogimo metu susidarančios radiacijos ir akimirksniu išgaruos. Savo mokslinės fantastikos romanuose broliai Strugackiai išsprendė šią problemą sukurdami „absoliutų reflektorių“. IN tikras gyvenimas Nieko panašaus dar nepasiekta. Ši užduotis, taip pat didelių kiekių antimedžiagos ir jos sukūrimo klausimai ilgalaikis saugojimas, yra ateities fizikos reikalas.

2014 m. birželio 15 d

Mes visi daug kartų esame matę įvairiausių kosminių stočių ir kosminių miestų mokslinės fantastikos filmuose. Bet jie visi yra nerealūs. Brianas Versteegas iš Spacehabs naudojasi realiais moksliniais principais kurdamas kosminių stočių koncepcijas, kurios vieną dieną galėtų būti pastatytos. Viena iš tokių atsiskaitymų stočių yra Kalpana One. Tiksliau, patobulinta, moderni versija aštuntajame dešimtmetyje sukurta koncepcija. Kalpana One yra cilindrinė konstrukcija, kurios spindulys yra 250 metrų, o ilgis - 325 metrai. Apytikslis gyventojų skaičius: 3000 piliečių.

Pažvelkime į šį miestą iš arčiau...

2 nuotrauka.

„Kalpana One Space Settlement yra labai realių didžiulių kosminių gyvenviečių struktūros ir formos tyrimų rezultatas. Nuo septintojo dešimtmečio pabaigos iki 80-ųjų praėjusio amžiaus žmonija įsisavino idėją apie galimų ateities kosminių stočių formas ir dydžius, kurios visą laiką buvo rodomos mokslinės fantastikos filmuose ir per televiziją. įvairios nuotraukos. Tačiau daugelis šių formų turėjo tam tikrų projektavimo trūkumų, dėl kurių iš tikrųjų tokios konstrukcijos nukentėtų dėl nepakankamo stabilumo sukimosi erdvėje metu. Kitose formose nebuvo veiksmingai naudojamas struktūrinės ir apsauginės masės santykis, kad būtų sukurtos tinkamos gyventi teritorijos“, - sako Versteeg.

3 nuotrauka.

„Ieškant formos, kuri leistų susikurti gyvenamąją ir gyvenamąją zoną veikiant perkrovoms ir turėti reikiamą apsauginę masę, buvo nustatyta, kad labiausiai tiktų pailgos formos stoties forma. tinkamas pasirinkimas. Dėl didžiulio tokios stoties dydžio ir konstrukcijos, norint išvengti jos svyravimų, reikėtų labai mažai pastangų ar koregavimo.

4 nuotrauka.

„To paties 250 metrų spindulio ir 325 metrų gylio stotis per minutę padarys du pilnus apsisukimus aplink save ir sukels jausmą, kad žmogus, būdamas joje, patirs jausmą, tarsi atsidurtų žemiškomis sąlygomis. gravitacija. O tai labai svarbus aspektas, nes gravitacija leis mums ilgiau gyventi erdvėje, nes mūsų kaulai ir raumenys vystysis taip pat, kaip ir Žemėje. Kadangi tokios stotys ateityje gali tapti nuolatinė vietažmonių buveinė, labai svarbu sukurti jiems sąlygas, kurios būtų kuo artimesnės mūsų planetos sąlygoms. Padarykite taip, kad žmonės galėtų ne tik dirbti, bet ir atsipalaiduoti. Ir atsipalaiduokite su malonumu“.

5 nuotrauka.

„Ir nors tokioje aplinkoje, tarkime, kamuolio smūgiavimo ar metimo fizika labai skirsis nuo žemiškosios, stotis tikrai pasiūlys įvairiausių sportinių (ir kitų) užsiėmimų bei pramogų.

6 nuotrauka.

Brianas Versteegas yra koncepcijos dizaineris ir daugiausia dėmesio skiria ateities technologijų ir kosmoso tyrinėjimų darbui. Jis dirbo su daugybe privačių kosmoso kompanijų, taip pat spausdintų leidinių, kuriems rodė koncepcijas, ką žmonija panaudos ateityje užkariaujant kosmosą. „Kalpana One“ projektas yra viena iš tokių koncepcijų.

7 nuotrauka.

8 nuotrauka.

9 nuotrauka.

10 nuotrauka.

11 nuotrauka.

Bet, pavyzdžiui, kai kurios senesnės sąvokos:

Mokslinė bazė Mėnulyje. 1959 metų koncepcija

Vaizdas: Žurnalas „Technologija jaunimui“, 1965/10

Toroidinės kolonijos koncepcija

Vaizdas: Don Davis / NASA / Ames tyrimų centras

Sukūrė NASA aviacijos ir kosmoso agentūra 1970 m. Kaip ir planuota, kolonija būtų skirta 10 000 žmonių. Pats dizainas buvo modulinis ir leistų prijungti naujus skyrius. Jais būtų galima keliauti specialia transporto priemone, pavadinta ANTS.

Vaizdas ir pristatymas: Don Davis / NASA / Ames tyrimų centras

Sferos Bernalas

Vaizdas: Don Davis / NASA / Ames tyrimų centras

Dar viena koncepcija buvo sukurta NASA Ames tyrimų centre aštuntajame dešimtmetyje. Gyventojų skaičius: 10 000 Pagrindinė Bernalo sferos idėja yra sferinės gyvenamosios patalpos. Apgyvendinta vietovė yra sferos centre, apsupta žemės ūkio ir žemės ūkio gamybos plotų. Naudojamas kaip gyvenamųjų ir žemės ūkio patalpų apšvietimas saulės šviesa, kuri jiems nukreipiama dėl saulės veidrodžių baterijų sistemos. Specialios plokštės išskiria likutinę šilumą į erdvę. Erdvinių laivų gamyklos ir dokai yra specialiame ilgame vamzdyje sferos centre.

Vaizdas: Rickas Guidys / NASA / Ames tyrimų centras

Vaizdas: Rickas Guidis / NASA / Ames tyrimų centras

Cilindrinės kolonijos koncepcija, sukurta aštuntajame dešimtmetyje

Vaizdas: Rickas Guidys / NASA / Ames tyrimų centras

Skirta daugiau nei vienam milijonui žmonių. Koncepcijos idėja priklauso amerikiečių fizikui Gerardui K. Onilui.

Vaizdas: Don Davis / NASA / Ames tyrimų centras

Vaizdas: Don Davis / NASA / Ames tyrimų centras

Vaizdas ir pristatymas: Rickas Guidys/NASA/Ames tyrimų centras

1975 m Vaizdas iš kolonijos vidaus, kurios idėja priklauso Onilui. Žemės ūkio sektoriai su įvairių tipų daržovės ir augalai yra terasose, kurios įrengtos kiekviename kolonijos lygyje. Šviesą pasėliui suteikia veidrodžiai, atspindintys saulės spindulius.

Vaizdas: NASA / Ames tyrimų centras

Vaizdas: Žurnalas „Jaunimo technologijos“, 1977/4

Tokie didžiuliai orbitiniai ūkiai, kaip šis paveikslėlyje, pagamins pakankamai maisto kosmoso naujakuriams

Vaizdas: Delta, 1980/1

Kasybos kolonija ant asteroido

Vaizdas: Delta, 1980/1

Toroidinė ateities erdvės kolonija. 1982 m

Kosminės bazės koncepcija. 1984 m

Vaizdas: Les Bosinas / NASA / Glenn tyrimų centras

Mėnulio bazės koncepcija. 1989 m

Vaizdas: NASA/JSC

Daugiafunkcinės Marso bazės koncepcija. 1991 m

Vaizdas: NASA / Glenn tyrimų centras

1995 m Mėnulis

Atrodo, kad natūralus Žemės palydovas yra puiki vieta išbandyti įrangą ir mokyti žmones misijoms į Marsą.

Ypatingos Mėnulio gravitacinės sąlygos bus puiki vieta sporto varžyboms.

Vaizdas: Pat Rawlings / NASA

1997 m Ledo kasyba tamsiuose Mėnulio pietų ašigalio krateriuose atveria galimybes žmogui plėstis Saulės sistemoje. Šioje unikalioje vietoje žmonės iš kosminės kolonijos, maitinamos saulės energija, gamins kurą, kad galėtų siųsti erdvėlaivius iš Mėnulio paviršiaus. Vanduo iš galimų ledo šaltinių arba regolitas tekės kupolo ląstelėse ir apsaugo nuo kenksmingos spinduliuotės poveikio.

Vaizdas: Pat Rawlings / NASA

Šiame straipsnyje bus kalbama apie tokią temą kaip ateities erdvėlaiviai: nuotraukos, aprašymai ir techninės specifikacijos. Prieš pereinant tiesiai prie temos, skaitytojui siūlome trumpą ekskursiją į istoriją, kuri padės įvertinti dabartinė būklė kosmoso pramonė.

Šaltojo karo metais kosmosas buvo viena iš arenų, kurioje vyko konfrontacija tarp JAV ir SSRS. Pagrindinis kosmoso pramonės plėtros stimulas tais metais buvo būtent geopolitinė supervalstybių konfrontacija. Didžiuliai ištekliai buvo skirti kosmoso tyrimų programoms. Pavyzdžiui, Jungtinių Valstijų vyriausybė išleido maždaug 25 milijardus dolerių projektui „Apollo“, kurio pagrindinis tikslas buvo išlaipinti žmones ant Mėnulio paviršiaus. Ši suma aštuntajame dešimtmetyje buvo tiesiog milžiniška. Mėnulio programa, kuriai niekada nebuvo lemta įgyvendinti, Sovietų Sąjungos biudžetui kainavo 2,5 milijardo rublių. Erdvėlaivio „Buran“ sukūrimas kainavo 16 milijonų rublių. Tačiau jam buvo lemta atlikti tik vieną skrydį į kosmosą.

Space Shuttle programa

Jo kolegai amerikiečiui pasisekė daug geriau. „Space Shuttle“ atliko 135 paleidimus. Tačiau šis „vežėjas“ tęsėsi ne amžinai. Paskutinis jo paleidimas įvyko 2011 m. liepos 8 d. Amerikiečiai programos metu paleido 6 šautuvus. Vienas iš jų buvo prototipas, kuris niekada nevykdė skrydžių į kosmosą. Kiti 2 buvo visiškai katastrofiški.

„Space Shuttle“ programą vargu ar galima laikyti sėkminga ekonominiu požiūriu. Vienkartiniai laivai pasirodė daug ekonomiškesni. Be to, abejonių sukėlė maršrutinių skrydžių saugumas. Dėl dviejų nelaimių, įvykusių jų operacijos metu, aukomis tapo 14 astronautų. Tačiau tokių dviprasmiškų kelionių rezultatų priežastis yra ne techninis laivų netobulumas, o pačios koncepcijos, skirtos daugkartinio naudojimo erdvėlaivis.

Erdvėlaivio „Sojuz“ svarba šiandien

Dėl to „Sojuz“ – išnaudojamas kosminis laivas iš Rusijos, sukurtas dar septintajame dešimtmetyje, šiandien tapo vienintelėmis transporto priemonėmis, vykdančiomis pilotuojamus skrydžius į TKS. Reikėtų pažymėti, kad tai nereiškia, kad jie yra pranašesni už „Space Shuttle“. Jie turi nemažai reikšmingų trūkumų. Pavyzdžiui, jų keliamoji galia yra ribota. Be to, naudojant tokius prietaisus, kaupiasi orbitos šiukšlės, kurios lieka po jų veikimo. Labai greitai kosminiai skrydžiai „Sojuz“ taps istorija. Šiandien realių alternatyvų nėra. Ateities erdvėlaiviai vis dar kuriami, kurių nuotraukos pateikiamos šiame straipsnyje. Didžiulis potencialas, slypintis daugkartinio naudojimo laivų koncepcijoje, dažnai lieka techniškai neįgyvendinamas net mūsų laikais.

Baracko Obamos pareiškimas

Barackas Obama 2011 metų liepą paskelbė, kad artimiausių dešimtmečių pagrindinis JAV astronautų tikslas – skristi į Marsą. Kosmoso programa„Žvaigždynas“ tapo viena iš programų, kurias NASA įgyvendina vykdydama skrydį į Marsą ir tyrinėdama Mėnulį. Šiems tikslams, žinoma, mums reikia naujų ateities erdvėlaivių. Kaip sekasi jų vystymuisi?

Erdvėlaivis „Orion“.

Pagrindinės viltys dedamos į naujo erdvėlaivio „Orion“ sukūrimą, taip pat nešančiųjų raketų „Ares-5“ ir „Ares-1“ bei „Altair“ mėnulio modulį. 2010 m. JAV vyriausybė nusprendė nutraukti „Constellation“ programą, tačiau nepaisant to, NASA vis tiek gavo galimybę toliau plėtoti „Orion“. Artimiausiu metu planuojamas pirmasis bandomasis nepilotuojamas skrydis. Spėjama, kad šio skrydžio metu įrenginys nuo Žemės nutols 6 tūkst. Tai yra maždaug 15 kartų daugiau nei atstumas, kuriuo TKS yra nuo mūsų planetos. Po bandomojo skrydžio laivas patrauks į Žemę. Naujasis įrenginys į atmosferą gali patekti 32 tūkst. km/h greičiu. „Orionas“ pagal šis rodiklis lenkia legendinį Apoloną 1,5 tūkst.km/val. Pirmasis pilotuojamas paleidimas numatytas 2021 m.

Pagal NASA planus šio laivo nešančiųjų raketų vaidmuo bus „Atlas-5“ ir „Delta-4“. Buvo nuspręsta atsisakyti Areso plėtros. Be to, amerikiečiai kuria naują nešančiąją raketą SLS, skirtą tyrinėti giliąją erdvę.

Oriono koncepcija

„Orion“ yra iš dalies daugkartinio naudojimo erdvėlaivis. Konceptualiai jis yra arčiau „Sojuz“ nei „Shuttle“. Dauguma būsimų erdvėlaivių yra iš dalies pakartotinai naudojami. Ši koncepcija daro prielaidą, kad laivo skysčio kapsulė gali būti pakartotinai panaudota nusileidus Žemėje. Tai leis suderinti „Apollo“ ir „Sojuz“ veikimo efektyvumą su daugkartinio naudojimo erdvėlaivių funkciniu praktiškumu. Šis sprendimas yra pereinamasis etapas. Matyt, tolimoje ateityje visi ateities erdvėlaiviai taps daugkartinio naudojimo. Tai yra kosmoso pramonės plėtros tendencija. Todėl galime sakyti, kad sovietinis „Buran“ yra ateities erdvėlaivio prototipas, kaip ir amerikietiškas „Space Shuttle“. Jie gerokai lenkė savo laiką.

CST-100

Atrodo, kad amerikiečius geriausiai apibūdina žodžiai „apdairumas“ ir „praktiškumas“. Šios šalies valdžia nusprendė neužkrauti visų kosminių ambicijų ant Oriono pečių. Šiandien NASA užsakymu kelios privačios kompanijos kuria savo ateities erdvėlaivius, kurie skirti pakeisti šiandien naudojamus įrenginius. Pavyzdžiui, „Boeing“ kuria CST-100 – iš dalies daugkartinį ir pilotuojamą erdvėlaivį. Jis skirtas trumpoms kelionėms į Žemės orbitą. Pagrindinė jo užduotis bus krovinių ir įgulos pristatymas į TKS.

Planuojami CST-100 paleidimai

Laivo įgulą gali sudaryti iki septynių žmonių. Kuriant CST-100 buvo atkreiptas dėmesys ypatingas dėmesys astronautų komfortas. Jo gyvenamasis plotas buvo žymiai padidintas, palyginti su ankstesnės kartos laivais. Tikėtina, kad CST-100 bus paleistas naudojant Falcon, Delta ar Atlas raketas. „Atlas-5“ yra tinkamiausias variantas. Naudojant oro pagalvės ir parašiutas nusileis laivą. Remiantis „Boeing“ planais, 2015 metais CST-100 laukia visa serija bandomųjų paleidimų. Pirmieji 2 skrydžiai bus nepilotuojami. Pagrindinė jų užduotis – paleisti įrenginį į orbitą ir išbandyti apsaugos sistemas. Trečiojo skrydžio metu planuojamas pilotuojamas prijungimas prie TKS. Sėkmingų bandymų atveju CST-100 labai greitai pakeis Rusijos erdvėlaivius „Progress“ ir „Sojuz“, šiuo metu turinčius pilotuojamų skrydžių į TKS monopolį.

„Drakono“ kūrimas

Kitas privatus laivas, skirtas įgulai ir kroviniams pristatyti į TKS, bus „SpaceX“ sukurtas įrenginys. Tai yra „Drakonas“ – monoblokinis laivas, iš dalies daugkartinio naudojimo. Planuojama pastatyti 3 šio įrenginio modifikacijas: autonominį, krovininį ir pilotuojamą. Kaip ir CST-100, įgulą gali sudaryti iki septynių žmonių. Laivas savo krovinio modifikacijoje gali gabenti 4 žmones ir 2,5 tonos krovinių.

Ateityje jie taip pat nori panaudoti drakoną skrydžiui į Marsą. Šiuo tikslu kuriama speciali šio laivo versija pavadinimu „Raudonasis drakonas“. Nepilotuojamas šio įrenginio skrydis į Raudonąją planetą įvyks, pagal JAV kosmoso vadovybės planus, 2018 m.

„Drakono“ ir pirmųjų skrydžių dizaino bruožas

Daugkartinis naudojimas yra viena iš „Dragon“ savybių. Kuro bakai ir dalis energijos sistemų po skrydžio kartu su gyvąja kapsule nusileis į Žemę. Tada jie vėl gali būti naudojami skrydžiams į kosmosą. Ši dizaino savybė išskiria Dragoną iš daugelio kitų. daug žadančių pokyčių. „Dragon“ ir CST-100 artimiausiu metu papildys vienas kitą ir tarnaus kaip „saugos tinklas“. Jeigu vienas iš šių laivų tipų dėl kokių nors priežasčių negali atlikti jam pavestų užduočių, tada dalį jo darbo imsis kitas.

Dragon pirmą kartą buvo paleistas į orbitą 2010 m. Nepilotuojamas bandomasis skrydis buvo sėkmingai baigtas. O 2012 m., gegužės 25 d., šis įrenginys prijungtas prie TKS. Tuo metu laive nebuvo automatinio prijungimo sistemos, o jai įgyvendinti reikėjo panaudoti kosminės stoties manipuliatorių.

"Svajonių ieškotojas"

„Dream Chaser“ yra dar vienas ateities erdvėlaivių pavadinimas. Neįmanoma nepaminėti šio SpaceDev kompanijos projekto. Taip pat jo kūrime dalyvavo 12 įmonės partnerių, 3 JAV universitetai ir 7 NASA centrai. Šis laivas labai skiriasi nuo kitų kosminių projektų. Jis atrodo kaip miniatiūrinis erdvėlaivis ir gali nusileisti taip pat, kaip įprastas lėktuvas. Pagrindinės jo užduotys yra panašios į tas, kurios susiduria su CST-100 ir Dragon. Įrenginys skirtas įgulai ir kroviniams pristatyti į žemąją Žemės orbitą ir ten bus paleistas naudojant Atlas-5.

Ką mes turime?

Kaip Rusija gali reaguoti? Kokie yra ateities Rusijos erdvėlaiviai? 2000 m. RSC Energia pradėjo projektuoti kosminį kompleksą Clipper, kuris yra daugiafunkcis kosminis kompleksas. Šis erdvėlaivis yra daugkartinis, savo išvaizda šiek tiek primenantis šaudyklą, sumažinto dydžio. Jis skirtas spręsti įvairias problemas, tokias kaip krovinių pristatymas, kosminis turizmas, stoties įgulos evakuacija, skrydžiai į kitas planetas. Į šį projektą buvo dedamos tam tikros viltys.

Buvo manoma, kad netrukus bus pastatyti Rusijos ateities erdvėlaiviai. Tačiau dėl finansavimo trūkumo šių vilčių teko atsisakyti. Projektas buvo uždarytas 2006 m. Per daugelį metų sukurtas technologijas planuojama panaudoti kuriant PTS, dar žinomą kaip Project Rus.

PTS ypatybės

Geriausi ateities erdvėlaiviai, kaip mano ekspertai iš Rusijos, yra PPTS. Būtent tai kosminė sistema bus lemta tapti naujos kartos erdvėlaiviais. Jis galės pakeisti sparčiai senstančias „Progress“ ir „Sojuz“. Šio laivo, kaip ir Clipper praeityje, kūrimą šiandien kuria RSC Energia. PTK NK taps pagrindine šio komplekso modifikacija. Pagrindinė jo užduotis vėl bus įgulos ir krovinių pristatymas į TKS. Tačiau tolimoje ateityje yra kuriamos modifikacijos, kurios galės skristi į Mėnulį, taip pat atlikti įvairias ilgalaikes tyrimų misijas.

Pats laivas turėtų tapti iš dalies pakartotinai naudojamas. Skysčio kapsulė po nusileidimo bus naudojama pakartotinai, bet varomoji dalis – ne. Įdomi šio laivo savybė – galimybė nusileisti be parašiuto. Reaktyvinė sistema bus naudojama stabdymui ir nusileidimui ant žemės paviršiaus.

Naujas kosmodromas

Skirtingai nei Sojuz, kylantys iš Baikonūro kosmodromo, esančio Kazachstane, naujus erdvėlaivius planuojama paleisti iš Amūro regione statomo Vostochny kosmodromo. Įgulą sudarys 6 žmonės. Prietaisas taip pat gali vežti krovinius, sveriančius iki 500 kg. Nepilotuojama laivo versija gali gabenti iki 2 tonų sveriančius krovinius.

Iššūkiai, su kuriais susiduria PTS kūrėjai

Viena iš pagrindinių problemų, su kuriomis susiduria PTS projektas, yra nešančiųjų raketų trūkumas būtinas savybes. Pagrindiniai techniniai erdvėlaivio aspektai dabar yra išnagrinėti, tačiau nesant nešančiosios raketos jos kūrėjai atsiduria labai sunkioje padėtyje. Tikimasi, kad jis savo savybėmis bus artimas Angara, kuri buvo sukurta dar 90-aisiais.

Kita svarbi problema, kaip bebūtų keista, yra PTS dizaino tikslas. Rusija šiandien vargu ar gali sau leisti įgyvendinti ambicingas Marso ir Mėnulio tyrinėjimo programas, panašias į tas, kurias įgyvendina JAV. Net jei kosminis kompleksas bus sėkmingai išplėtotas, greičiausiai vienintelė jo užduotis liks įgulos ir krovinių pristatymas į TKS. PTS bandymų pradžia buvo nukelta iki 2018 m. Iki to laiko perspektyvūs erdvėlaiviai iš JAV greičiausiai jau perims funkcijas, kurias šiandien atlieka Rusijos erdvėlaiviai „Progress“ ir „Sojuz“.

Neaiškios kosminių skrydžių perspektyvos

Faktas, kad pasaulis šiandien vis dar neturi kosminių skrydžių romantikos. Tai, žinoma, ne apie kosminį turizmą ir palydovų paleidimą. Dėl šių astronautikos sričių nerimauti nereikia. Skrydžiai į TKS yra labai svarbūs kosmoso pramonei, tačiau buvimo TKS orbitoje trukmė yra ribota. Šią stotį planuojama likviduoti 2020 m. Ir ateities pilotuojami erdvėlaiviai yra neatskiriama dalis speciali programa. Neįmanoma sukurti naujo įrenginio, jei nėra supratimo apie jam tenkančias užduotis. JAV kuriami nauji ateities erdvėlaiviai, skirti ne tik įguloms ir kroviniams pristatyti į TKS, bet ir skrydžiams į Mėnulį bei Marsą. Tačiau šios užduotys taip toli nuo kasdienių žemiškų rūpesčių, kad artimiausiais metais vargu ar turėtume tikėtis reikšmingų proveržių astronautikos srityje. Kosmoso grėsmės tebėra fantazija, todėl nėra prasmės kurti kovinius ateities erdvėlaivius. Ir, žinoma, Žemės jėgos turi daug kitų rūpesčių, be kovos viena su kita dėl vietos orbitoje ir kitose planetose. Todėl tokių įrenginių, kaip ateities karinių erdvėlaivių, statyba taip pat nepraktiška.