Pe 21 iulie 2011, nava spațială americană Atlantis a făcut ultima sa aterizare, care a pus capăt lungului și interesant program Space Transportation System. Din diverse motive tehnice și economice, s-a decis întreruperea funcționării sistemului navetei spațiale. Cu toate acestea, ideea unei nave spațiale reutilizabile nu a fost abandonată. În prezent, mai multe proiecte similare sunt în curs de dezvoltare simultan, iar unele dintre ele au reușit deja să-și arate potențialul.

Proiectul navetei spațiale avea mai multe obiective principale. Una dintre principalele a fost reducerea costului zborului și pregătirea pentru acesta. Posibilitatea utilizării repetate a aceleiași nave în teorie a oferit anumite avantaje. În plus, aspectul tehnic caracteristic întregului complex a făcut posibilă creșterea semnificativă a dimensiunilor admisibile și a masei sarcinii utile. O caracteristică unică a STS a fost capacitatea de a returna navele spațiale pe Pământ în interiorul depozitului său de marfă.

Cu toate acestea, în timpul operațiunii s-a constatat că nu toate sarcinile au fost finalizate. Deci, în practică, pregătirea navei pentru zbor s-a dovedit a fi prea lungă și costisitoare - conform acestor parametri, proiectul nu se încadra în cerințele inițiale. Într-o serie de cazuri, o navă reutilizabilă nu ar putea, în principiu, să înlocuiască vehiculele de lansare „obișnuite”. În fine, învechirea treptată morală și fizică a echipamentelor a dus la cele mai grave riscuri pentru echipaje.

Ca urmare, s-a decis încetarea funcționării complexului Sistemului de transport spațial. Ultimul zbor 135 a avut loc în vara lui 2011. Cele patru nave disponibile au fost dezafectate și transferate în muzee ca fiind inutile. Cea mai faimoasă consecință a unor astfel de decizii a fost faptul că programul spațial american a rămas fără propria sa navă spațială cu echipaj timp de câțiva ani. Până acum, astronauții trebuie să intre pe orbită cu ajutorul tehnologiei rusești.

În plus, pentru o perioadă nedeterminată, întreaga planetă a rămas fără sisteme reutilizabile în uz. Cu toate acestea, anumite măsuri sunt deja luate. Până în prezent, întreprinderile americane au dezvoltat mai multe proiecte de nave spațiale reutilizabile de un fel sau altul simultan. Toate probele noi au fost deja, cel puțin, puse la încercare. În viitorul previzibil, vor putea intra în funcțiune, de asemenea.

Boeing X-37

Componenta principală a complexului STS a fost o aeronavă orbitală. Acest concept este în prezent aplicat proiectului X-37 al Boeing. La sfârșitul anilor 90, Boeing și NASA au început să studieze tema navelor spațiale reutilizabile capabile să orbiteze și să zboare în atmosferă. La începutul ultimului deceniu, această muncă a dus la lansarea proiectului X-37. În 2006, un prototip de tip nou a ajuns la testele de zbor cu o cădere de la un avion de transport.

Boeing X-37B în carenajul vehiculului de lansare. Foto US Air Force

Programul a interesat Forțele Aeriene ale SUA, iar din 2006 a fost implementat în interesul acestora, deși cu o oarecare asistență din partea NASA. Potrivit datelor oficiale, Forțele Aeriene doresc să obțină o aeronavă orbitală promițătoare, capabilă să lanseze diverse mărfuri în spațiu sau să efectueze diverse experimente. Potrivit diverselor estimări, actualul proiect X-37B poate fi folosit și în alte misiuni, inclusiv în cele legate de recunoaștere sau lucrări de luptă cu drepturi depline.

Primul zbor spațial al X-37B a avut loc în 2010. La sfârșitul lunii aprilie, vehiculul de lansare Atlas V a lansat dispozitivul pe o anumită orbită, unde a stat timp de 224 de zile. Aterizarea „ca un avion” a avut loc la începutul lunii decembrie a aceluiași an. În martie a anului următor, a început al doilea zbor, care a durat până în iunie 2012. În decembrie a avut loc următoarea lansare, iar a treia aterizare a fost efectuată abia în octombrie 2014. Din mai 2015 până în mai 2017, experimentalul X-37B și-a efectuat al patrulea zbor. Pe 7 septembrie anul trecut, a început un alt zbor de probă. Când se termină nu este specificat.

Potrivit unor date oficiale, scopul zborurilor este de a studia funcționarea noii tehnologii pe orbită, precum și de a efectua diverse experimente. Chiar dacă X-37B cu experiență rezolvă sarcini militare, clientul și antreprenorul nu dezvăluie astfel de informații.

În forma sa actuală, produsul Boeing X-37B este un avion rachetă cu un aspect caracteristic. Se distinge printr-un fuselaj mare și avioane de dimensiuni medii. Se folosește un motor rachetă; controlul se realizează automat sau prin comenzi de la sol. Conform datelor cunoscute, fuselajul prevede un compartiment de marfă cu o lungime mai mare de 2 m și un diametru mai mare de 1 m, care poate găzdui până la 900 kg de sarcină utilă.

În acest moment, experimentatul X-37B este pe orbită și rezolvă sarcinile atribuite. Nu se știe când se va întoarce pe Pământ. De asemenea, nu sunt specificate informații despre continuarea proiectului pilot. Aparent, noi mesaje despre cea mai interesantă dezvoltare vor apărea nu mai devreme de următoarea aterizare a unui prototip.

SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser

O altă versiune a aeronavei orbitale este Dream Chaser de la SpaceDev. Acest proiect a fost dezvoltat din 2004 pentru a participa la programul NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), dar nu a putut trece de prima etapă de selecție. Cu toate acestea, compania de dezvoltare a fost de acord în curând să coopereze cu United Launch Alliance, care era gata să ofere vehiculul său de lansare Atlas V. aeronave. Mai târziu, a apărut un acord cu Lockheed Martin privind construcția în comun a echipamentelor experimentale.

Avion orbital cu experiență Dream Chaser. Fotografie de la NASA

În octombrie 2013, prototipul de zbor al Dream Chaser a fost aruncat dintr-un elicopter de transport, după care a intrat într-un zbor de planare și a efectuat o aterizare orizontală. În ciuda defecțiunii în timpul aterizării, prototipul a confirmat caracteristicile de design. În viitor, pe tribune au mai fost efectuate și alte teste. Conform rezultatelor acestora, proiectul a fost finalizat, iar în 2016 a început construcția unui prototip pentru zboruri spațiale. La mijlocul anului trecut, NASA, Sierra Nevada și ULA au semnat un acord pentru a efectua două zboruri orbitale în 2020-21.

Nu cu mult timp în urmă, dezvoltatorii Dream Chaser au primit permisiunea de a se lansa la sfârșitul anului 2020. Spre deosebire de o serie de alte dezvoltări moderne, prima misiune spațială a acestei nave va fi efectuată cu o sarcină reală. Nava va trebui să livreze anumite mărfuri către Stația Spațială Internațională.

În forma sa actuală, nava spațială reutilizabilă Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser este o aeronavă cu un aspect caracteristic, care seamănă în exterior cu unele evoluții americane și străine. Mașina are o lungime totală de 9 m și este echipată cu o anvergură a aripii delta de 7 m. Pentru compatibilitatea cu vehiculele de lansare existente, în viitor va fi dezvoltată o aripă pliabilă. Greutatea la decolare este determinată la 11,34 tone. Dream Chaser va fi capabil să livreze 5,5 tone de marfă către ISS și să returneze până la 2 tone pe Pământ. Deorbitarea „ca un avion” este asociată cu supraîncărcări mai mici, care, așa cum era de așteptat, poate fi util pentru livrarea unor echipamente și mostre ca parte a experimentelor individuale.

Dragonul SpaceX

Din mai multe motive, ideea unui plan orbital nu este în prezent foarte populară printre dezvoltatorii de noi tehnologii spațiale. Mai comodă și mai profitabilă este acum considerată o navă reutilizabilă de aspect „tradițional”, lansată pe orbită cu ajutorul unui vehicul de lansare și care se întoarce pe Pământ fără a folosi aripi. Cea mai de succes dezvoltare de acest gen este produsul Dragon de la SpaceX.

Nava de marfă SpaceX Dragon (misiune CRS-1) lângă ISS. Fotografie de la NASA

Lucrările la proiectul Dragon au început în 2006 și au fost realizate ca parte a programului COTS. Scopul proiectului a fost crearea unei nave spațiale cu posibilitatea de lansări și întoarceri repetate. Prima versiune a proiectului a implicat crearea unei nave de transport, iar în viitor a fost planificată dezvoltarea unei modificări cu echipaj pe baza acesteia. Până acum, Dragon în versiunea „camion” a arătat unele rezultate, în timp ce succesul așteptat al versiunii cu echipaj a navei se schimbă constant în timp.

Prima lansare demonstrativă a navei spațiale de transport Dragon a avut loc la sfârșitul anului 2010. După toate îmbunătățirile necesare, NASA a comandat lansarea cu drepturi depline a unui astfel de dispozitiv pentru a livra mărfuri către Stația Spațială Internațională. Pe 25 mai 2012, Dragon s-a andocat cu succes la ISS. Ulterior, au fost efectuate mai multe lansări noi cu livrarea mărfurilor pe orbită. Cea mai importantă etapă a programului a fost lansarea pe 3 iunie 2017. Pentru prima dată în program a avut loc relansarea navei reparate. În decembrie, o altă navă spațială, care zbura deja către ISS, a intrat în spațiu. Luând în considerare toate testele de până acum, produsele Dragon au efectuat 15 zboruri.

În 2014, SpaceX a anunțat nava spațială cu echipaj Dragon V2. S-a susținut că acest vehicul, care este o evoluție a unui camion existent, va fi capabil să livreze până la șapte astronauți pe orbită sau să se întoarcă acasă. S-a mai raportat că în viitor noua navă ar putea fi folosită pentru a zbura în jurul Lunii, inclusiv cu turiști la bord.

Așa cum se întâmplă adesea cu proiectele SpaceX, proiectul Dragon V2 a fost respins de mai multe ori. Așadar, din cauza întârzierilor cu presupusul transportator Falcon Heavy, data primelor teste s-a mutat în 2018, iar primul zbor cu echipaj s-a „strecurat” treptat până în 2019. În sfârșit, în urmă cu câteva săptămâni, compania de dezvoltare și-a anunțat intenția de a renunța la certificarea noului „Dragon” pentru zborurile cu echipaj. În viitor, astfel de sarcini ar trebui să fie rezolvate folosind un sistem BFR reutilizabil, care nu a fost încă creat.

Vehiculul de transport Dragon are o lungime totală de 7,2 m cu un diametru de 3,66 m. Greutatea uscată este de 4,2 tone. Este capabil să livreze o sarcină utilă cu o greutate de 3,3 tone către ISS și să returneze până la 2,5 tone de marfă. Pentru a găzdui anumite mărfuri, se propune utilizarea unui compartiment etanș cu un volum de 11 metri cubi și un volum nepresurizat de 14 cubi. Compartimentul nepresurizat este scăpat în timpul coborârii și arde în atmosferă, în timp ce al doilea volum de marfă se întoarce pe Pământ și se parașută. Pentru a corecta orbita, dispozitivul este echipat cu 18 motoare Draco. Operabilitatea sistemelor este asigurată de o pereche de panouri solare.

La dezvoltarea unei versiuni cu echipaj a „Dragonului”, au fost folosite anumite unități ale navei de transport de bază. În același timp, compartimentul etanș a trebuit să fie reproiectat vizibil pentru a rezolva noi probleme. Alte elemente ale navei s-au schimbat și ele.

Lockheed Martin Orion

În 2006, NASA și Lockheed Martin au convenit să construiască o navă spațială avansată reutilizabilă. Proiectul a fost numit după una dintre cele mai strălucitoare constelații - Orion. La începutul deceniului, după finalizarea unei părți a lucrării, conducerea Statelor Unite a propus abandonarea acestui proiect, dar după multe dezbateri a fost salvat. Lucrările au continuat și până în prezent au dus la anumite rezultate.

Perspectivă nava Orion în reprezentarea artistului. desen NASA

În conformitate cu conceptul original, nava Orion urma să fie folosită în diferite misiuni. Cu ajutorul lui, trebuia să livreze mărfuri și oameni către Stația Spațială Internațională. Cu echipamentul potrivit, ar putea merge pe Lună. S-a pus la punct și posibilitatea unui zbor către unul dintre asteroizi sau chiar spre Marte. Cu toate acestea, soluția unor astfel de probleme a fost atribuită viitorului îndepărtat.

Conform planurilor din ultimul deceniu, prima lansare de probă a navei spațiale Orion urma să aibă loc în 2013. În 2014, au plănuit să se lanseze cu astronauți la bord. Zborul spre Lună ar putea fi efectuat înainte de sfârșitul deceniului. Programul a fost ulterior ajustat. Primul zbor fără pilot a fost amânat pentru 2014, iar lansarea cu echipajul în 2017. Misiunile lunare au fost amânate în anii douăzeci. Până acum, zborurile cu echipaj au fost, de asemenea, reportate în următorul deceniu.

Pe 5 decembrie 2014 a avut loc prima lansare de probă a lui Orion. Nava cu simulatorul de sarcină utilă a fost lansată pe orbită de un vehicul de lansare Delta IV. La câteva ore după lansare, s-a întors pe Pământ și s-a împroșcat într-o zonă dată. Încă nu s-au făcut lansări noi. Cu toate acestea, specialiștii Lockheed Martin și NASA nu au stat degeaba. În ultimii ani, au fost construite o serie de prototipuri pentru efectuarea anumitor teste în condiții terestre.

Cu doar câteva săptămâni în urmă, a început construcția primei nave spațiale Orion pentru zbor cu echipaj. Lansarea sa este programată pentru anul viitor. Sarcina lansării navei pe orbită va fi încredințată promițătorului vehicul de lansare Space Launch System. Finalizarea lucrării curente va arăta perspectivele reale ale întregului proiect.

Proiectul Orion prevede construirea unei nave cu o lungime de aproximativ 5 m și un diametru de aproximativ 3,3 m. O trăsătură caracteristică a acestui aparat este un volum interior mare. În ciuda instalării echipamentelor și instrumentelor necesare, în interiorul compartimentului etanș rămâne puțin mai puțin de 9 metri cubi de spațiu liber, potrivit pentru instalarea anumitor dispozitive, inclusiv scaune pentru echipaj. Nava va putea lua la bord până la șase astronauți sau o anumită marfă. Masa totală a navei este determinată la nivelul de 25,85 tone.

Sisteme suborbitale

În prezent, sunt implementate mai multe programe interesante care nu prevăd lansarea unei sarcini utile pe orbita Pământului. Modele promițătoare de echipamente de la o serie de companii americane vor putea efectua doar zboruri suborbitale. Această tehnică ar trebui să fie folosită pentru unele cercetări sau în timpul dezvoltării turismului spațial. Noile proiecte de acest fel nu sunt luate în considerare în contextul dezvoltării unui program spațial cu drepturi depline, dar sunt încă de un anumit interes.

Vehiculul suborbital SpaceShipTwo sub aripa aeronavei de transport White Knight Two. Fotografie Virgin Galactic / virgingalactic.com

Proiectele SpaceShipOne și SpaceShipTwo de la Scale Composites și Virgin Galactic propun construirea unui complex format dintr-un avion de transport și o aeronavă orbitală. Din 2003, cele două tipuri de echipamente au efectuat un număr semnificativ de zboruri de testare, în timpul cărora au fost elaborate diverse caracteristici de proiectare și metode de operare. Este de așteptat ca o navă de tip SpaceShipTwo să poată lua la bord până la șase pasageri turistici și să-i ridice la o înălțime de cel puțin 100-150 km, adică. deasupra limitei inferioare a spațiului cosmic. Decolarea și aterizarea trebuie să fie de pe un aerodrom „tradițional”.

Blue Origin a lucrat la o versiune diferită a sistemului spațial suborbital de la mijlocul ultimului deceniu. Ea își propune să efectueze astfel de zboruri folosind o combinație între un vehicul de lansare și o navă spațială de tipul celor utilizate în alte programe. În același timp, atât racheta, cât și nava trebuie să fie reutilizabile. Complexul a fost numit New Shepard. Din 2011, rachetele și navele de un nou tip efectuează în mod regulat zboruri de testare. Deja a fost posibilă trimiterea navei spațiale la o altitudine de peste 110 km, precum și asigurarea întoarcerii în siguranță atât a navei, cât și a vehiculului de lansare. Pe viitor, sistemul New Shepard ar trebui să fie una dintre inovațiile în domeniul turismului spațial.

Viitorul reutilizabil

Timp de trei decenii, de la începutul anilor optzeci ai secolului trecut, principalul mijloc de a livra oameni și mărfuri pe orbită în arsenalul NASA a fost complexul Space Transportation System / Space Shuttle. Din cauza învechirii morale și fizice, precum și din cauza imposibilității de a obține toate rezultatele dorite, funcționarea Navetelor a fost întreruptă. Din 2011, SUA nu a avut nave spațiale reutilizabile operaționale. Mai mult, ei nu au încă propria lor navă spațială cu echipaj, drept urmare astronauții trebuie să zboare pe tehnologie străină.

În ciuda încetării funcționării complexului Sistemului de transport spațial, astronautica americană nu abandonează însăși ideea de nave spațiale reutilizabile. O astfel de tehnică este încă de mare interes și poate fi folosită într-o mare varietate de misiuni. În acest moment, NASA și o serie de organizații comerciale dezvoltă mai multe nave spațiale promițătoare simultan, atât avioane orbitale, cât și sisteme cu capsule. În acest moment, aceste proiecte se află în etape diferite și prezintă succese diferite. În viitorul foarte apropiat, cel târziu la începutul anilor douăzeci, majoritatea noilor evoluții vor ajunge în stadiul de teste sau zboruri cu drepturi depline, ceea ce va face posibilă reexaminarea situației și tragerea de noi concluzii.

Conform site-urilor:
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/

ctrl introduce

Am observat osh s bku Evidențiați text și faceți clic Ctrl+Enter

În noiembrie anul trecut, în cadrul TVIW (Tennessee Astronomy Seminar on Interstellar Travel), Rob Sweeney - fost lider de escadrilă a Royal Air Force, inginer și MSc responsabil cu proiectul Icarus - a prezentat un raport despre munca depusă la proiect în ultima perioadă. Sweeney a reîmprospătat mintea publicului cu privire la istoria lui Icar, de la inspirarea din ideile proiectului Daedalus evidențiate într-un raport BIS (British Interplanetary Society - cea mai veche organizație care susține cercetarea spațială) în 1978, până la decizia comună a BIS și compania entuziastă Tau Zero să reia cercetările în anul 2009 și până la cele mai recente știri despre proiect, din 2014.

Proiectul original din 1978 avea un obiectiv simplu, dar greu de implementat - să răspundă la întrebarea pusă de Enrique Fermi: „Dacă există viață inteligentă în afara Pământului și zborurile interstelare sunt posibile, atunci de ce nu există dovezi ale altor civilizații extraterestre. ?". Cercetarea Daedalus s-a concentrat pe dezvoltarea unui design de navă spațială interstelară folosind tehnologia existentă în extrapolări rezonabile. Iar rezultatele muncii au tuns în întreaga lume științifică: crearea unei astfel de nave este cu adevărat posibilă. Raportul asupra proiectului a fost susținut de un plan detaliat al unei nave care folosește fuziunea termonucleară deuteriu-heliu-3 din pelete pre-preparate. Daedalus a servit apoi drept punct de referință pentru toate evoluțiile ulterioare în călătoriile interstelare timp de 30 de ani.

Cu toate acestea, după atât de mult timp, a fost necesară revizuirea ideilor și soluțiilor tehnice adoptate la Daedalus pentru a evalua cum au rezistat timpului. În plus, în această perioadă au fost făcute noi descoperiri, o modificare a designului în conformitate cu acestea ar îmbunătăți performanța generală a navei. De asemenea, organizatorii au dorit să intereseze tânăra generație în astronomie și construcția de stații spațiale interstelare. Noul proiect a fost numit după Icarus, fiul lui Daedalus, care, în ciuda conotației negative a numelui, corespundea primelor cuvinte din raportul din al 78-lea an:

„Sperăm ca această variantă să înlocuiască viitorul design, asemănător cu Icarus, care va reflecta ultimele descoperiri și inovații tehnice, astfel încât Icarul să poată atinge înălțimi necucerite încă de Daedalus. Sperăm că, datorită dezvoltării ideilor noastre, va veni ziua în care omenirea va atinge literalmente stelele.”

Deci, Icar a fost creat tocmai ca o continuare a lui Daedalus. Indicatorii vechiului proiect până astăzi par foarte promițători, dar încă trebuie să fie finalizați și actualizați:

1) Daedalus a folosit fascicule de electroni relativiste pentru a comprima peletele de combustibil, dar studiile ulterioare au arătat că această metodă nu era capabilă să ofere impulsul necesar. În schimb, fasciculele de ioni sunt folosite în laboratoare pentru fuziunea termonucleară. Cu toate acestea, o astfel de calcul greșit, care a costat Complexul Național de Fuziune 20 de ani de funcționare și 4 miliarde de dolari, a arătat dificultatea de a gestiona fuziunea chiar și în condiții ideale.

2) Principalul obstacol cu ​​care se confruntă Daedalus este Helium-3. Nu există pe Pământ și, prin urmare, trebuie să fie extras de la giganți gazosi îndepărtați de planeta noastră. Acest proces este prea costisitor și complicat.

3) O altă problemă pe care Icar va trebui să o rezolve este căsătoria informațiilor despre reacțiile nucleare. Lipsa de informații a făcut posibilă în urmă cu 30 de ani să se facă calcule foarte optimiste cu privire la impactul iradierii întregii nave cu raze gamma și neutroni, fără a căror eliberare nu poate face un motor de fuziune termonucleară.

4) Tritiul a fost folosit în pelete de combustibil pentru aprindere, dar prea multă căldură a fost eliberată din degradarea atomilor săi. Fără un sistem de răcire adecvat, aprinderea combustibilului va fi însoțită de aprinderea tuturor celorlalte.

5) Decomprimarea rezervoarelor de combustibil din cauza golirii poate provoca o explozie în camera de ardere. Pentru a rezolva această problemă, s-au adăugat greutăți la designul rezervorului pentru a echilibra presiunea în diferite părți ale mecanismului.

6) Ultima dificultate este întreținerea navei. Potrivit proiectului, nava este echipată cu o pereche de roboți similari cu R2D2, care, folosind algoritmi de diagnosticare, vor identifica și repara eventualele daune. Astfel de tehnologii par foarte complexe chiar și acum, în era computerelor, ca să nu mai vorbim despre anii 70.

Noua echipă de proiectare nu se mai limitează la construirea unei nave agile. Pentru a studia obiectele, Icar folosește sonde purtate la bordul navei. Acest lucru nu numai că simplifică sarcina designerilor, ci și reduce semnificativ timpul pentru studierea sistemelor stelare. În loc de deuteriu-heliu-3, noua navă spațială funcționează cu deuteriu-deuteriu pur. În ciuda eliberării mai mari de neutroni, noul combustibil nu numai că va crește eficiența motoarelor, dar va elimina și nevoia de a extrage resurse de pe suprafața altor planete. Deuteriul este extras activ din oceane și utilizat în centralele nucleare cu apă grea.

Cu toate acestea, omenirea nu a reușit încă să obțină o reacție de dezintegrare controlată cu eliberarea de energie. Cursa prelungită a laboratoarelor din întreaga lume pentru fuziunea nucleară exotermă încetinește proiectarea navei. Deci întrebarea combustibilului optim pentru o navă interstelară rămâne deschisă. În încercarea de a găsi o soluție, în 2013 a avut loc un concurs intern între unitățile BRI. Echipa WWAR Ghost de la Universitatea din München a câștigat. Designul lor se bazează pe fuziunea termonucleară folosind un laser, care asigură că combustibilul este încălzit rapid la temperatura necesară.

În ciuda originalității ideii și a unor mișcări de inginerie, concurenții nu au putut rezolva principala dilemă - alegerea combustibilului. În plus, nava câștigătoare este uriașă. Este de 4-5 ori mai mare decât Daedalus, iar alte metode de fuziune pot necesita mai puțin spațiu.

În consecință, s-a decis promovarea a 2 tipuri de motoare: bazate pe fuziune termonucleară și bazată pe Bennett pinch (motor cu plasmă). În plus, în paralel cu deuteriu-deuteriu, se ia în considerare și versiunea veche cu tritiu-heliu-3. De fapt, heliul-3 dă cele mai bune rezultate în orice tip de propulsie, așa că oamenii de știință lucrează la modalități de a-l obține.

O relație interesantă poate fi urmărită în lucrările tuturor participanților la competiție: unele elemente structurale (sonde pentru cercetarea mediului, stocarea combustibilului, sisteme secundare de alimentare cu energie etc.) ale oricărei nave rămân neschimbate. Următoarele pot fi afirmate fără echivoc:

1. Nava va fi fierbinte. Orice metodă de ardere a oricăruia dintre tipurile de combustibil prezentate este însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură. Deuteriul necesită un sistem masiv de răcire datorită eliberării directe de energie termică în timpul reacției. Motorul cu plasmă magnetică va crea curenți turbionari în metalele din jur, încălzindu-le și ele. Radiatoarele există deja pe Pământ cu putere suficientă pentru a răci efectiv corpurile cu temperaturi peste 1000 C, rămâne să le adaptăm la nevoile și condițiile unei nave spațiale.
2. Nava va fi colosală. Una dintre principalele sarcini atribuite proiectului Icarus a fost reducerea dimensiunii, dar în timp a devenit clar că este nevoie de mult spațiu pentru reacțiile termonucleare. Chiar și cele mai mici opțiuni de proiectare în masă cântăresc zeci de mii de tone.
3. Nava va fi lungă. „Dedalus” era foarte compact, fiecare parte a lui era combinată cu alta, ca o păpușă de cuib. În Icarus, încercările de a minimiza impactul radioactiv asupra navei au dus la prelungirea acesteia (acest lucru este bine demonstrat în proiectul Firefly de Robert Freeland).

Rob Sweeney a spus că un grup de la Universitatea Drexel s-a alăturat proiectului Icarus. „Noui veniți” promovează ideea de a folosi PJMIF (un sistem bazat pe un jet de plasmă folosind magneți, în timp ce plasma este stratificată, oferind condiții pentru reacțiile nucleare). Acest principiu este în prezent cel mai eficient. De fapt, aceasta este o simbioză a două metode de reacții nucleare, a absorbit toate avantajele fuziunii termonucleare inerțiale și magnetice, cum ar fi o reducere a masei structurii și o reducere semnificativă a costurilor. Proiectul lor se numește Zeus.

Această întâlnire a fost urmată de TVIW, unde Sweeney a stabilit o dată provizorie de finalizare pentru proiectul Icarus din august 2015. Raportul final va include referiri la modificări ale vechilor modele Daedalus și inovații create în întregime de noua echipă. Seminarul s-a încheiat cu un monolog al lui Rob Sweeney, în care a spus: „Misterele Universului ne așteaptă undeva acolo! E timpul să pleci de aici!”

Interesant este că noul proiect este indisolubil legat de predecesorul său. Transportul pentru livrarea de piese și combustibil pe o mică orbită terestră în timpul construcției lui Icarus ar putea fi Cyclops, o navă spațială cu rază scurtă de acțiune care este dezvoltată sub conducerea lui Alan Bond (unul dintre inginerii care au lucrat la Daedalus).

Cu toate acestea, Interstellar este doar science fiction, iar Dr. White, la rândul său, lucrează în domeniul foarte real al dezvoltării de tehnologii avansate pentru călătoriile în spațiu în laboratorul NASA. Nu mai este loc pentru science fiction. Există știință adevărată aici. Și lăsând deoparte toate problemele asociate cu bugetul redus al agenției aerospațiale, următoarele cuvinte ale lui White par destul de promițătoare:

„Poate că experiența Star Trek, în intervalul nostru de timp, nu este o posibilitate atât de îndepărtată.”

Cu alte cuvinte, ceea ce încearcă să spună dr. White este că el și colegii săi nu sunt ocupați cu un film ipotetic, sau doar schițe 3D și idei warp drive. Ei nu cred doar că unitatea warp în viața reală este teoretic posibilă. Ei dezvoltă de fapt prima unitate warp:

„Lucrând în Laboratorul Eagleworks, în adâncul Centrului Spațial Johnson al NASA, Dr. White și echipa sa de oameni de știință încearcă să găsească lacune pentru a face visul să devină realitate. Echipa a „creat deja un banc de simulare pentru testarea unui interferometru special, prin care oamenii de știință vor încerca să genereze și să identifice bule de urzeală microscopice. Dispozitivul se numește interferometru de câmp warp White-Jedy”.

Acum, aceasta poate părea o realizare minoră, dar descoperirile din spatele acestei invenții pot fi utile la nesfârșit în cercetările ulterioare.

„În ciuda faptului că acesta este doar un mic avans în această direcție, ar putea fi deja o dovadă a existenței însăși a posibilității unei unități warp, așa cum a fost și demonstrația grămezii de lemn din Chicago (primul reactor nuclear artificial) din timpul său. . În decembrie 1942, a avut loc prima demonstrație a unei reacții nucleare în lanț controlate și auto-susținute, care a generat până la jumătate de watt de energie electrică. La scurt timp după demonstrație, în noiembrie 1943, a fost lansat un reactor cu o capacitate de aproximativ patru megawați. Aducerea dovezilor existenței este un moment critic pentru o idee științifică și poate fi un punct de plecare în dezvoltarea tehnologiei.”

Dacă munca oamenilor de știință va avea succes în cele din urmă, atunci, potrivit Dr. White, va fi creat un motor care ne poate duce la Alpha Centauri „în decurs de două săptămâni conform standardelor timpului Pământului”. În acest caz, cursul timpului pe navă va fi același ca pe Pământ.

„Forțele de maree din interiorul bulei warp nu vor cauza probleme unei persoane, iar întreaga călătorie va fi percepută de acesta ca și cum ar fi în condiții de accelerație zero. Când câmpul de urzeală este pornit, nimeni nu va fi tras cu mare forță spre carena navei, nu, în acest caz, călătoria ar fi foarte scurtă și tragică.

Omenirea explorează spațiul cosmic cu nave spațiale cu echipaj de mai bine de jumătate de secol. Din păcate, în acest timp, la figurat vorbind, nu a navigat departe. Dacă comparăm universul cu oceanul, ne plimbăm doar de-a lungul marginii surfului, în apă până la glezne. Odată, însă, am decis să înotăm puțin mai adânc (programul lunar Apollo), iar de atunci trăim în amintirile acestui eveniment ca fiind cea mai mare realizare.

Până acum, navele spațiale au servit în mare parte ca vehicule de livrare către și dinspre Pământ. Durata maximă a unui zbor autonom, realizabilă prin Naveta Spațială reutilizabilă, este de doar 30 de zile și chiar și atunci teoretic. Dar, poate, navele spațiale ale viitorului vor deveni mult mai perfecte și versatile?

Deja expedițiile lunare Apollo au arătat în mod clar că cerințele pentru viitoarele nave spațiale pot fi izbitor de diferite de sarcinile pentru „taxiurile spațiale”. Cabina lunară Apollo avea foarte puține în comun cu navele raționalizate și nu a fost proiectată să zboare într-o atmosferă planetară. O idee despre cum vor arăta navele spațiale ale viitorului, fotografiile astronauților americani dau mai mult decât clar.

Cel mai grav factor care împiedică explorarea episodică umană a sistemului solar, ca să nu mai vorbim de organizarea bazelor științifice pe planete și sateliții acestora, este radiația. Problemele apar chiar și cu misiunile lunare care durează cel mult o săptămână. Și zborul de un an și jumătate spre Marte, care părea să fie pe cale să aibă loc, este împins din ce în ce mai departe. Cercetările automate au arătat că este mortal pentru oameni de-a lungul întregului traseu al unui zbor interplanetar. Deci, nava spațială a viitorului va dobândi în mod inevitabil o protecție antiradiații serioasă în combinație cu măsuri biomedicale speciale pentru echipaj.

Este clar că cu cât ajunge mai repede la destinație, cu atât mai bine. Dar pentru un zbor rapid ai nevoie de motoare puternice. Și pentru ei, la rândul său, un combustibil extrem de eficient care nu ar ocupa mult spațiu. Prin urmare, motoarele cu propulsie chimică vor face loc celor nucleare în viitorul apropiat. Dacă totuși oamenii de știință reușesc să îmblânzească antimateria, adică să transforme masa în radiație luminoasă, navele spațiale ale viitorului vor dobândi.În acest caz, vom vorbi despre atingerea vitezelor relativiste și a expedițiilor interstelare.

Un alt obstacol serios în calea dezvoltării universului de către om va fi întreținerea pe termen lung a vieții sale. În doar o zi, corpul uman consumă mult oxigen, apă și alimente, emite deșeuri solide și lichide, expiră dioxid de carbon. Este inutil să iei cu tine o cantitate completă de oxigen și hrană la bord din cauza greutății lor uriașe. Problema este rezolvată de unul închis la bord. Cu toate acestea, până acum toate experimentele pe această temă nu au avut succes. Și fără un LSS închis, navele spațiale ale viitorului care zboară prin spațiu ani de zile sunt de neconceput; imaginile cu artiști, desigur, uimesc imaginația, dar nu reflectă starea reală a lucrurilor.

Deci, toate proiectele de nave spațiale și nave spațiale sunt încă departe de implementare reală. Iar omenirea va trebui să se împace cu studiul Universului de către astronauți sub acoperire și care primesc informații de la sonde automate. Dar acest lucru, desigur, este temporar. Astronautica nu stă nemișcată, iar semnele indirecte arată că o mare descoperire se pregătește în acest domeniu al activității umane. Deci, poate, navele spațiale ale viitorului vor fi construite și vor efectua primele zboruri în secolul XXI.

Motoarele de rachete moderne fac o treabă bună în a pune tehnologia pe orbită, dar sunt complet nepotrivite pentru călătoriile spațiale pe termen lung. Prin urmare, de mai bine de un deceniu, oamenii de știință lucrează la crearea unor motoare spațiale alternative care ar putea accelera navele la viteze record. Să ne uităm la șapte idei principale din această zonă.

EmDrive

Pentru a vă mișca, trebuie să vă îndepărtați de ceva - această regulă este considerată unul dintre stâlpii de neclintit ai fizicii și ai astronauticii. De ce anume să împingi - de pe pământ, apă, aer sau un jet de gaz, ca în cazul motoarelor cu rachete - nu este atât de important.

Un experiment de gândire binecunoscut: imaginați-vă că un astronaut a intrat în spațiul cosmic, dar cablul care îl lega de navă s-a rupt brusc și omul începe să zboare încet. Tot ce are este o cutie de instrumente. Care sunt acțiunile lui? Răspuns corect: trebuie să arunce uneltele departe de navă. Conform legii conservării impulsului, o persoană va fi aruncată departe de unealtă cu exact aceeași forță ca și instrumentul de la persoană, așa că se va deplasa treptat către navă. Aceasta este propulsia cu reacție - singura modalitate posibilă de a vă deplasa în spațiul gol. Adevărat, EmDrive, după cum arată experimentele, are unele șanse să respingă această afirmație de nezdruncinat.

Creatorul acestui motor este inginerul britanic Roger Schaer, care și-a fondat propria companie Satellite Propulsion Research în 2001. Designul EmDrive este foarte extravagant și are o formă de găleată metalică, sigilată la ambele capete. În interiorul acestei găleți se află un magnetron care emite unde electromagnetice - la fel ca într-un cuptor cu microunde convențional. Și se dovedește a fi suficient pentru a crea o tracțiune foarte mică, dar destul de vizibilă.

Autorul însuși explică funcționarea motorului său prin diferența de presiune a radiației electromagnetice la diferite capete ale „găleții” - la capătul îngust este mai mic decât la cel lat. Acest lucru creează o împingere îndreptată spre capătul îngust. Posibilitatea unei astfel de funcționari a motorului a fost contestată de mai multe ori, dar în toate experimentele, instalația lui Shaer arată prezența împingerii în direcția dorită.

Printre experimentatorii care au testat „găleată” Schaer, organizații precum NASA, Universitatea Tehnică din Dresda și Academia Chineză de Științe. Invenția a fost testată într-o varietate de condiții, inclusiv în vid, unde a arătat o forță de 20 micronewtoni.

Acesta este foarte mic în comparație cu motoarele cu reacție chimice. Dar, având în vedere că motorul Shaer poate funcționa pentru o perioadă de timp arbitrar, deoarece nu are nevoie de combustibil (bateriile solare pot furniza magnetronul), este potențial capabil să accelereze navele spațiale la viteze enorme, măsurate ca procent din viteza luminii.

Pentru a demonstra pe deplin eficiența motorului, este necesar să efectuați mai multe măsurători și să scăpați de efectele secundare care pot fi generate, de exemplu, de câmpurile magnetice externe. Cu toate acestea, sunt deja prezentate explicații alternative posibile pentru forța anormală a motorului Shaer, care, în general, încalcă legile obișnuite ale fizicii.

De exemplu, sunt propuse versiuni în care motorul poate crea forță datorită interacțiunii cu vidul fizic, care la nivel cuantic are energie diferită de zero și este umplut cu particule elementare virtuale care se nasc și dispar în mod constant. Cine se va dovedi în cele din urmă a avea dreptate - autorii acestei teorii, însuși Shaer sau alți sceptici, vom afla în viitorul apropiat.

velă solară

După cum am menționat mai sus, radiația electromagnetică exercită presiune. Aceasta înseamnă că teoretic poate fi transformat în mișcare - de exemplu, cu ajutorul unei pânze. Așa cum navele din vremurile trecute prindeau vântul în pânzele lor, nava spațială a viitorului ar prinde soarele sau orice altă lumină a stelelor în pânzele lor.

Problema este însă că presiunea luminii este extrem de scăzută și scade odată cu creșterea distanței de la sursă. Prin urmare, pentru a fi eficientă, o astfel de velă trebuie să aibă o greutate foarte mică și o suprafață foarte mare. Și acest lucru crește riscul de distrugere a întregii structuri atunci când întâlnește un asteroid sau alt obiect.

Încercările de a construi și lansa nave solare în spațiu au avut deja loc - în 1993 Rusia a testat o velă solară pe nava spațială Progress, iar în 2010 Japonia a testat-o ​​cu succes în drumul său către Venus. Dar nicio navă nu a folosit încă vela ca principală sursă de accelerație. Ceva mai promițător în acest sens este un alt proiect - o velă electrică.

vela electrica

Soarele emite nu numai fotoni, ci și particule de materie încărcate electric: electroni, protoni și ioni. Toate formează așa-numitul vânt solar, care în fiecare secundă transportă aproximativ un milion de tone de materie de pe suprafața stelei.

Vântul solar străbate miliarde de kilometri și este responsabil pentru unele dintre fenomenele naturale de pe planeta noastră: furtunile geomagnetice și aurora boreală. Pământul este protejat de vântul solar prin propriul său câmp magnetic.

Vântul solar, ca și vântul aerian, este destul de potrivit pentru călătorii, trebuie doar să-l faci să sufle în pânze. Proiectul unei pânze electrice, creat în 2006 de omul de știință finlandez Pekka Janhunen, în exterior are puține în comun cu cel solar. Acest motor este format din mai multe cabluri lungi și subțiri, similare spițelor unei roți fără jantă.

Datorită tunului de electroni care emite împotriva direcției de deplasare, aceste cabluri dobândesc un potențial încărcat pozitiv. Deoarece masa unui electron este de aproximativ 1800 de ori mai mică decât masa unui proton, forța creată de electroni nu va juca un rol fundamental. Nici electronii vântului solar nu sunt importanți pentru o astfel de velă. Dar particulele încărcate pozitiv - protoni și radiații alfa - vor fi respinse din cabluri, creând astfel împingerea jetului.

Deși această forță va fi de aproximativ 200 de ori mai mică decât cea a unei vele solare, Agenția Spațială Europeană a devenit interesată. Faptul este că o velă electrică este mult mai ușor de proiectat, fabricat, implementat și operat în spațiu. În plus, cu ajutorul gravitației, vela vă permite și să călătoriți la sursa vântului stelar, și nu doar departe de aceasta. Și, deoarece suprafața unei astfel de pânze este mult mai mică decât cea a soarelui, este mult mai puțin vulnerabilă la asteroizi și la resturile spațiale. Poate că vom vedea primele nave experimentale pe o velă electrică în următorii câțiva ani.

motor ionic

Fluxul de particule încărcate de materie, adică ioni, este emis nu numai de stele. Gazul ionizat poate fi creat și artificial. În mod normal, particulele de gaz sunt neutre din punct de vedere electric, dar atunci când atomii sau moleculele sale pierd electroni, se transformă în ioni. În masa sa totală, un astfel de gaz încă nu are încărcătură electrică, dar particulele sale individuale devin încărcate, ceea ce înseamnă că se pot mișca într-un câmp magnetic.

Într-un propulsor ionic, un gaz inert (de obicei este folosit xenon) este ionizat de un flux de electroni de înaltă energie. Ei scot electronii din atomi și dobândesc o sarcină pozitivă. În plus, ionii rezultați sunt accelerați într-un câmp electrostatic la viteze de ordinul a 200 km/s, care este de 50 de ori mai mare decât viteza de ieșire a gazului din motoarele cu reacție chimice. Cu toate acestea, propulsoarele moderne de ioni au o tracțiune foarte mică - aproximativ 50-100 de milinewtoni. Un astfel de motor nici nu s-ar putea deplasa de pe masă. Dar are un plus serios.

Impulsul specific ridicat poate reduce semnificativ consumul de combustibil al motorului. Pentru ionizarea gazului se folosește energia obținută din panouri solare, astfel încât motorul ionic este capabil să funcționeze foarte mult timp - până la trei ani fără întrerupere. Pentru o astfel de perioadă, va avea timp să accelereze nava spațială la viteze la care motoarele chimice nu au visat niciodată.

Propulsoarele ionice au cutreierat sistemul solar de mai multe ori ca parte a diferitelor misiuni, dar de obicei ca auxiliare, nu primare. Astăzi, ca o posibilă alternativă la motoarele ionice, se vorbește din ce în ce mai mult despre motoarele cu plasmă.

Motor cu plasmă

Dacă gradul de ionizare al atomilor devine ridicat (aproximativ 99%), atunci o astfel de stare agregată a materiei se numește plasmă. Starea plasmei poate fi atinsă numai la temperaturi ridicate, prin urmare, în motoarele cu plasmă, gazul ionizat este încălzit la câteva milioane de grade. Încălzirea se realizează folosind o sursă externă de energie - panouri solare sau, mai realist, un mic reactor nuclear.

Plasma fierbinte este apoi aruncată prin duza rachetei, producând o forță de zece ori mai mare decât într-un propulsor ionic. Un exemplu de motor cu plasmă este proiectul VASIMR, care se dezvoltă încă din anii 1970. Spre deosebire de propulsoarele ionice, propulsoarele cu plasmă nu au fost încă testate în spațiu, dar se pun mari speranțe în ele. Este motorul cu plasmă VASIMR care este unul dintre principalii candidați pentru zborurile cu echipaj către Marte.

Motor de fuziune

Oamenii au încercat să îmblânzească energia fuziunii termonucleare încă de la mijlocul secolului al XX-lea, dar până acum nu au reușit să o facă. Cu toate acestea, fuziunea termonucleară controlată este încă foarte atractivă, deoarece este o sursă de energie enormă obținută din combustibil foarte ieftin - izotopi de heliu și hidrogen.

În prezent, există mai multe proiecte de proiectare a unui motor cu reacție alimentat prin fuziune termonucleară. Cel mai promițător dintre ele este considerat a fi un model bazat pe un reactor cu plasmă magnetică. Reactorul termonuclear dintr-un astfel de motor va fi o cameră cilindrică nepresurizată, care măsoară 100-300 de metri lungime și 1-3 metri în diametru. Combustibilul trebuie furnizat în cameră sub formă de plasmă la temperatură înaltă, care, la o presiune suficientă, intră într-o reacție de fuziune nucleară. Bobinele unui sistem magnetic situat în jurul camerei ar trebui să împiedice această plasmă de contactul cu echipamentul.

Zona de reacție termonucleară este situată de-a lungul axei unui astfel de cilindru. Cu ajutorul câmpurilor magnetice, plasma extrem de fierbinte curge prin duza reactorului, creând o forță extraordinară, de multe ori mai mare decât cea a motoarelor chimice.

Motor de antimaterie

Toată materia din jurul nostru este formată din fermioni - particule elementare cu un spin semiîntreg. Acestea sunt, de exemplu, cuarcii care formează protoni și neutroni în nucleele atomice, precum și electroni. Fiecare fermion are propria sa antiparticulă. Pentru un electron este un pozitron, pentru un cuarc este un antiquarc.

Antiparticulele au aceeași masă și același spin ca „tovarășii” lor obișnuiți, diferind în semnul tuturor celorlalți parametri cuantici. Teoretic, antiparticulele sunt capabile să alcătuiască antimaterie, dar până acum, antimateria nu a fost înregistrată nicăieri în Univers. Pentru știința fundamentală, este o mare întrebare de ce nu există.

Dar în laborator, puteți obține o anumită cantitate de antimaterie. De exemplu, recent a fost efectuat un experiment care compară proprietățile protonilor și antiprotonilor care au fost stocați într-o capcană magnetică.

Când antimateria și materia obișnuită se întâlnesc, are loc un proces de anihilare reciprocă, însoțit de un val de energie colosală. Deci, dacă luăm un kilogram de materie și antimaterie, atunci cantitatea de energie eliberată în timpul întâlnirii lor va fi comparabilă cu explozia Bombei Țarului, cea mai puternică bombă cu hidrogen din istoria omenirii.

Mai mult, o parte semnificativă a energiei va fi eliberată sub formă de fotoni ai radiației electromagnetice. În consecință, există dorința de a folosi această energie pentru călătoriile în spațiu prin crearea unui motor fotonic similar cu o velă solară, doar în acest caz lumina va fi generată de o sursă internă.

Dar pentru a utiliza eficient radiația într-un motor cu reacție, este necesar să se rezolve problema creării unei „oglinzi” care să poată reflecta acești fotoni. La urma urmei, nava trebuie cumva să se îndepărteze pentru a crea forță.

Niciun material modern nu poate rezista pur și simplu la radiațiile născute în cazul unei astfel de explozii și se evaporă instantaneu. În romanele lor științifico-fantastice, frații Strugatsky au rezolvat această problemă creând un „reflector absolut”. Nimic de genul acesta nu s-a făcut vreodată în viața reală. Această sarcină, precum și problemele de creare a unei cantități mari de antimaterie și stocarea sa pe termen lung, este o chestiune pentru fizica viitorului.