С того момента как человек начал изучение космоса, и до сих пор, всегда использовались ракеты. Но ведь за последние 60 лет, человечество сделало огромный скачек в технологиях, а знакомство с космосом до сих пор проходит с помощью старых технологий. Сегодня можно с уверенностью сказать что дальнейшее использование ракет на химическом топливе, может завести нас в тупик, но как мы сказали выше, технологии не стоят на месте, и темп их развития увеличивается с каждым днем. Сегодня мы поговорим о том, какие технологии, и методы исследования космической вселенной, были сделаны за последнее время, и будут использоваться уже в скором будущем.
Что случилось с ракетами?
Ракеты могут быть тупиком в исследовании космоса, поскольку они чрезвычайно неэффективны и дорогостоящие. Чтобы доставить шаттл на орбиту Земли (для достижения 17500 миль в час), у них должно быть топлива, в 15 раз больше собственного веса. Чтобы избежать притяжения Земли и выйти в нашу Солнечную систему (эта скорость составит 25000 миль в час), нам потребуется значительно больше топлива.
Иногда такие проблемы решаются, использованием гравитационных передач от планет. Мы используем гравитацию других планет подобно рогатке, существенно ускоряя его.
Для того чтобы воспользоваться такими хитростями, необходим точный расчет, планета должна быть в определенном месте, в определенное время. Космические зонды Voyager, которые исследуют планеты в нашей солнечной системе, воспользовались случаем, когда наши планеты стали в ряд, такое явление происходит лишь раз в 176 лет.
Средняя стоимость доставки космического объекта на орбиту составляет 450 млн долларов США. Это огромная ценна за то чтобы просто достичь околоземную орбиту. Если бы мы хотели выйти за пределы нашей орбиты и исследовать нашу Солнечную систему с такими неэффективными технологиями (без гравитационных передач), ситуация бы значительно усложнилась. Потому что космический корабль должен нести все свое топливо с собой, которое не только дорогостоящее, но и тяжелое.
Для того, чтобы выйти за пределы нашей Солнечной системы и полететь к нашей ближайшей звезде, которая находится на расстоянии 4.2 световых лет от нас, используя стандартные ракеты на химическом топливе, это потребует более 9 000 тонн специального ракетного топлива - это больше, чем существует на нашей планете. Исходя из этого мы часто задаем вопрос о развитии наших космических технологий, и пребываем в постоянном поиске более эффективного способа изучения космоса.
Солнечные паруса
Солнечные паруса работают по принципу всем известных судовых парусов. Они двигаются под солнечным ветром. Фактически никакого ветра в космосе нет, потому что все пространство является вакуумом, но есть нечто подобное, что космический аппарат может использовать, чтобы привести себя в движение. Космические суда, оснащенные гигантским парусом сделаны из ультра-тонких зеркал, которые могут достигать невероятных скоростей, используя свет выбрасываемый солнцем (фотоны).
Однако, у них есть свои недостатки. По мере удаления от Солнца, судно будет замедляться, и потеряет управляемость.
Солнечный парус для космических аппаратов стал реальностью, когда, еще в мае 2010 года, японская компания запустила пробный образец Ikaros. Он успешно развернул свои солнечные паруса и в настоящее время он движется в сторону Юпитера.
Ионный двигатель
Ионный двигатель, изобретение не менее захватывающее, чем в научных книгах фантастики или фильмах. Он работает на схожем принципе, что и солнечные паруса, с использованием малой тяги, но в течение длительного периода времени. Он получает силу тяги за счет выбрасывания заряженных ионов газа из его электрического двигателя, который двигает космический корабль. Корабль оснащенный такими двигателями сможет работать только в безвоздушном пространстве, так как тяга настолько низка, что не способна преодолевать силу сопротивления воздуха. Тем не менее, топлива для двигателя требуется намного меньше, чем ракетам.
Такая технология, уже рассматривается для использования ее на новейших космических судах, и уже доказала свое преимущество в безвоздушном пространстве. В 1998 году НАСА запустили зонд Deep Space, который был оснащен ионным двигателем, и успешно прошел все испытания в космосе. В 2003 году Япония запустила зонд Hayabusa, который был оснащен четырьмя ионными двигателями. Его миссия была направлена на сбор образцов с астероида. Он завершил свою миссию и вернулся на Землю в июне 2010 года.
Ядерный привод
Если бы стояла задача, добраться до нашей ближайшей звезды используя лучшие технологии, которые нам доступны, то выбор бы пал на ядерные установки. Корабль, приводимый в движение ядерным импульсом, теоретически может достигать 12% от скорости света. С такой скоростью мы могли бы облететь нашу землю за 12 секунд. Или добраться до Луны заняло бы всего лишь 13 секунд – для сравнения, у Аполон-12 это заняло 4 дня.
Использование ядерных энергетических установок звучит немного странно, но это возможно, доказано, и относительно просто. Чтобы проще было понять, можно представить корабль, в задней части которого будут падать небольшие ядерные бомбы, и взрываться. Результирующая сила от взрыва бомб будет ускорять корабль. И взрывы будут происходить до тех пор, пока корабль не наберет нужную ему скорость.
Американские военные начали искать в ядерном импульсе двигательную силу еще в 1958 году. Одним из исследований был проект под названием "Орион". Проект был заморожен в 1963 благодаря Договору о частичном запрете ядерных испытаний, который коснулся взрывов ядерных устройств в пространстве.
Одним из очевидных недостатков ядерного привода в том, что вы должны везти свое топливо с собой. Все эти ядерные бомбы должны будут находится на борту корабля. Еще одна проблема это радиоактивные осадки.
Покойный Карл Саган однажды предположил, что двигательная сила ядерного импульса будет отличным вариантом использования наших запасов ядерного оружия.
Антивещество
Антивещество является самым мощным источником топлива, о котором мы знаем. Оно также является наиболее эффективным, чем другие виды. Когда античастица вступает в реакцию с частицей, они атакуют друг друга, в следствии чего происходит взрыв с огромным выпуском энергии. Небольшой кусочек антивещества размером с монету содержит достаточно энергии для отправки полностью загруженного шатла на орбиту. После того как объект будет на орбите, ему понадобится около 10 миллиграмм такого топлива, для достижения Марса. Но не все так просто. Антивещество очень дорогостоящее, и является самым дорогим на планете. Один грамм такого антивещества (а конкретней речь идет об антиводороде) стоил бы 63 триллиона долларов США. Учитывая такую цену, ни одно государство в мире, не может начать его разработку.
Но давайте представим космический корабль, с антивеществом в виде топлива.
Двигатель с антивеществом довольно прост в эксплуатации. Пучок анти-электронов выделяется в качестве основного вещества, где оно соприкасается с поверхностью металлической пластины. Это создает небольшой взрыв, который продвигает корабль вперед. По данным НАСА, корабль оснащенный антивеществом сможет развивать скорость до 70% скорости света. Это означает, что мы могли бы достичь Проксима Центавра менее чем за 6 лет.
Недостатком использования антивещества, конечно является его производство. Также не маловажный вопрос его хранение и эксплуатация. Поскольку антиматерия критично реагирует при контакте с обычной материей, она должна храниться в специальном вакуумном контейнере при невероятно низкой температуре. Это достаточно проблемно, потому что анти-электроны (позитроны) отталкиваются друг от друга, часто со взрывом. Но некоторые ученые убежденны что могут создать вещество пазитроний, который позволит хранить позитроны бесконечно долго.
Подводя итог данной статьи, мы приходим к выводу, как и в других областях науки и техники развитие технологий не обходит стороной и космическую отрасль. С каждым годом мы находим новые возможности и средства на освоение космоса. Конечно, нам пока рано говорить о других Солнечных системах, а тем более о других галактиках, но что касается изучения нашей, мы с уверенностью можем сказать, что уже в ближайшем будущем привычные нам космические ракеты станут прошлым веком, на смену которым придет более модернизированные и практичные технологии.