21. júla 2011 uskutočnila americká kozmická loď Atlantis svoje posledné pristátie, čím sa ukončil dlhý a zaujímavý program Space Transportation System. Z rôznych technických a ekonomických dôvodov bolo rozhodnuté ukončiť prevádzku systému Space Shuttle. Myšlienka opätovne použiteľnej kozmickej lode však nebola opustená. V súčasnosti vzniká viacero podobných projektov naraz a niektoré už ukázali svoj potenciál.

Projekt Space Shuttle mal niekoľko hlavných cieľov. Jedným z hlavných bolo zníženie nákladov na let a prípravu naň. Možnosť opakovaného použitia tej istej lode teoreticky dávala určité výhody. Okrem toho charakteristický technický vzhľad celého komplexu umožnil výrazne zvýšiť prípustné rozmery a hmotnosť užitočného zaťaženia. Jedinečnou vlastnosťou STS bola schopnosť vrátiť kozmickú loď na Zem v jej nákladnom priestore.

Počas operácie sa však zistilo, že nie všetky úlohy boli splnené. V praxi sa teda príprava lode na let ukázala ako príliš zdĺhavá a nákladná – podľa týchto parametrov projekt nezapadal do pôvodných požiadaviek. V mnohých prípadoch by opakovane použiteľná loď v zásade nemohla nahradiť „obyčajné“ nosné rakety. Napokon, postupné morálne a fyzické zastarávanie techniky viedlo k najvážnejším rizikám pre posádky.

V dôsledku toho sa rozhodlo o ukončení prevádzky komplexu Space Transportation System. Posledný 135. let sa uskutočnil v lete 2011. Štyri dostupné lode boli vyradené z prevádzky a prevezené do múzeí ako nepotrebné. Najznámejším dôsledkom takýchto rozhodnutí bola skutočnosť, že americký vesmírny program zostal niekoľko rokov bez vlastnej kozmickej lode s ľudskou posádkou. Astronauti sa doteraz musia dostať na obežnú dráhu pomocou ruskej techniky.

Navyše, na dobu neurčitú zostala celá planéta bez opakovane použiteľných systémov. Určité opatrenia sa však už prijímajú. K dnešnému dňu americké podniky vyvinuli niekoľko projektov pre opakovane použiteľné vesmírne lode toho či onoho druhu. Všetky nové vzorky už boli prinajmenšom testované. V dohľadnej dobe budú môcť vstúpiť aj do plnej prevádzky.

Boeing X-37

Hlavnou súčasťou komplexu STS bolo orbitálne lietadlo. Tento koncept sa v súčasnosti aplikuje na projekt X-37 Boeingu. Koncom deväťdesiatych rokov začali Boeing a NASA študovať tému opakovane použiteľných kozmických lodí schopných byť na obežnej dráhe a lietať v atmosfére. Na začiatku minulého desaťročia táto práca viedla k spusteniu projektu X-37. V roku 2006 prototyp nového typu dosiahol letové skúšky s pádom z nosného lietadla.

Boeing X-37B v kapotáži nosnej rakety. Fotografie US Air Force

Program zaujal americké letectvo a od roku 2006 sa realizuje v ich záujme, aj keď s určitou pomocou NASA. Podľa oficiálnych údajov chce letectvo získať perspektívne orbitálne lietadlo schopné vynášať do vesmíru rôzne náklady či vykonávať rôzne experimenty. Podľa rôznych odhadov môže byť súčasný projekt X-37B využitý aj v iných misiách, vrátane tých, ktoré súvisia s prieskumom či plnohodnotnou bojovou prácou.

Prvý vesmírny let X-37B sa uskutočnil v roku 2010. Koncom apríla vyniesla nosná raketa Atlas V zariadenie na danú obežnú dráhu, kde sa zdržalo 224 dní. Pristátie „ako lietadlo“ sa uskutočnilo začiatkom decembra toho istého roku. V marci nasledujúceho roku sa začal druhý let, ktorý trval do júna 2012. V decembri sa uskutočnil ďalší štart a tretie pristátie sa uskutočnilo až v októbri 2014. Od mája 2015 do mája 2017 uskutočnil experimentálny X-37B svoj štvrtý let. 7. septembra minulého roku sa začal ďalší testovací let. Nie je určené, kedy končí.

Podľa niekoľkých oficiálnych údajov je účelom letov skúmať fungovanie novej technológie na obežnej dráhe, ako aj vykonávať rôzne experimenty. Aj keď skúsené X-37B riešia vojenské úlohy, zákazník a dodávateľ takéto informácie nezverejňujú.

V súčasnej podobe je produkt Boeing X-37B raketové lietadlo s charakteristickým vzhľadom. Vyznačuje sa veľkým trupom a stredne veľkými lietadlami. Používa sa raketový motor; ovládanie sa vykonáva automaticky alebo príkazmi zo zeme. Podľa známych údajov má trup nákladný priestor s dĺžkou viac ako 2 ma priemerom viac ako 1 m, ktorý pojme až 900 kg užitočného zaťaženia.

Práve teraz je skúsený X-37B na obežnej dráhe a rieši zadané úlohy. Kedy sa vráti na Zem, nie je známe. Nie sú špecifikované ani informácie o ďalšom priebehu pilotného projektu. Nové správy o najzaujímavejšom vývoji sa podľa všetkého objavia najskôr pri ďalšom pristátí prototypu.

SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser

Ďalšou verziou orbitálneho lietadla je Dream Chaser od SpaceDev. Tento projekt bol vyvinutý od roku 2004 s cieľom zúčastniť sa programu NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), ale nemohol prejsť prvou fázou výberu. Vývojárska spoločnosť sa však čoskoro dohodla na spolupráci s United Launch Alliance, ktorá bola pripravená ponúknuť svoju nosnú raketu Atlas V. lietadlo. Neskôr sa objavila dohoda so spoločnosťou Lockheed Martin o spoločnej konštrukcii experimentálneho zariadenia.

Skúsené orbitálne lietadlo Dream Chaser. Foto NASA

V októbri 2013 bol letový prototyp Dream Chaser zhodený z nosného vrtuľníka, potom prešiel do kĺzavého letu a vykonal horizontálne pristátie. Napriek poruche počas pristávania prototyp potvrdil konštrukčné vlastnosti. V budúcnosti boli na stojanoch vykonané niektoré ďalšie testy. Podľa ich výsledkov bol projekt dokončený a v roku 2016 sa začala stavba prototypu pre lety do vesmíru. V polovici minulého roka NASA, Sierra Nevada a ULA podpísali dohodu o uskutočnení dvoch orbitálnych letov v rokoch 2020-21.

Nie je to tak dávno, čo vývojári Dream Chaser dostali povolenie na spustenie na konci roka 2020. Na rozdiel od mnohých iných moderných vývojov sa prvá vesmírna misia tejto lode uskutoční so skutočným nákladom. Loď bude musieť doručiť určité náklady na Medzinárodnú vesmírnu stanicu.

Opätovne použiteľná kozmická loď Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser je vo svojej súčasnej podobe lietadlom charakteristického vzhľadu, navonok pripomínajúceho nejaký americký a zahraničný vývoj. Stroj má celkovú dĺžku 9 m a je vybavený delta rozpätím krídel 7 m. Pre kompatibilitu s existujúcimi nosnými raketami bude v budúcnosti vyvinuté skladacie krídlo. Vzletová hmotnosť je určená na úrovni 11,34 tony. Dream Chaser bude schopný dopraviť 5,5 tony nákladu na ISS a vrátiť sa až 2 tony na Zem. Deorbitácia „ako v lietadle“ je spojená s menším preťažením, ako sa očakávalo, môže byť užitočné na dodávku niektorých zariadení a vzoriek v rámci individuálnych experimentov.

SpaceX Dragon

Myšlienka orbitálneho lietadla z viacerých dôvodov nie je v súčasnosti medzi vývojármi nových vesmírnych technológií veľmi populárna. Za pohodlnejšiu a výnosnejšiu sa dnes považuje opakovane použiteľná loď „tradičného“ vzhľadu, vypustená na obežnú dráhu pomocou nosnej rakety a vracajúca sa na Zem bez použitia krídel. Najúspešnejším vývojom tohto druhu je produkt Dragon od SpaceX.

Nákladná loď SpaceX Dragon (misia CRS-1) v blízkosti ISS. Foto NASA

Práce na projekte Dragon sa začali v roku 2006 a boli realizované v rámci programu COTS. Cieľom projektu bolo vytvorenie kozmickej lode s možnosťou opakovaných štartov a návratov. Prvá verzia projektu zahŕňala vytvorenie dopravnej lode a v budúcnosti sa na jej základe plánovalo vyvinúť modifikáciu s posádkou. Dragon v „nákladnej“ verzii zatiaľ vykazuje isté výsledky, pričom očakávaný úspech pilotovanej verzie lode sa neustále posúva v čase.

Prvý demonštračný štart transportnej kozmickej lode Dragon sa uskutočnil koncom roka 2010. Po všetkých požadovaných vylepšeniach NASA nariadila plnohodnotný štart takéhoto zariadenia s cieľom doručiť náklad na Medzinárodnú vesmírnu stanicu. 25. mája 2012 sa Dragon úspešne pripojil k ISS. Následne sa uskutočnilo niekoľko nových štartov s dodaním tovaru na obežnú dráhu. Najdôležitejšou etapou programu bolo spustenie 3. júna 2017. Prvýkrát v programe sa uskutočnilo opätovné spustenie opravenej lode. V decembri sa do vesmíru vydala ďalšia kozmická loď, ktorá už lietala k ISS. Berúc do úvahy všetky doterajšie testy, produkty Dragon vykonali 15 letov.

V roku 2014 SpaceX oznámila pilotovanú kozmickú loď Dragon V2. Tvrdilo sa, že toto vozidlo, ktoré je evolúciou existujúceho nákladného auta, bude schopné dopraviť až sedem astronautov na obežnú dráhu alebo sa vrátiť domov. Bolo tiež oznámené, že v budúcnosti by sa nová loď mohla použiť na lietanie okolo Mesiaca, a to aj s turistami na palube.

Ako sa to pri projektoch SpaceX často stáva, projekt Dragon V2 bol niekoľkokrát odsunutý. Takže kvôli oneskoreniam s údajným dopravcom Falcon Heavy sa dátum prvých testov presunul na rok 2018 a prvý let s posádkou sa postupne „odplazil“ do roku 2019. Vývojárska spoločnosť napokon pred pár týždňami oznámila zámer upustiť od certifikácie nového „Draka“ pre pilotované lety. V budúcnosti sa predpokladá, že takéto úlohy sa budú riešiť pomocou opätovne použiteľného systému BFR, ktorý ešte nebol vytvorený.

Transportné vozidlo Dragon má celkovú dĺžku 7,2 m s priemerom 3,66 m. Suchá hmotnosť je 4,2 tony.Je schopné dopraviť na ISS náklad s hmotnosťou 3,3 tony a vrátiť až 2,5 tony nákladu. Na uloženie určitých nákladov sa navrhuje použiť zapečatený priestor s objemom 11 metrov kubických a beztlakový priestor s objemom 14 metrov kubických. Nepretlakový priestor sa pri zostupe zhodí a zhorí v atmosfére, zatiaľ čo druhý nákladný objem sa vráti na Zem a pristane na padáku. Na korekciu obežnej dráhy je zariadenie vybavené 18 motormi Draco. Funkčnosť systémov zabezpečuje dvojica solárnych panelov.

Pri vývoji verzie „Dragon“ s posádkou boli použité určité jednotky základnej transportnej lode. Zároveň bolo potrebné výrazne prepracovať utesnenú priehradku, aby sa vyriešili nové problémy. Zmenili sa aj niektoré ďalšie prvky lode.

Lockheed Martin Orion

V roku 2006 sa NASA a Lockheed Martin dohodli na vybudovaní modernej, opakovane použiteľnej kozmickej lode. Projekt bol pomenovaný podľa jedného z najjasnejších súhvezdí – Orion. Na prelome desaťročí, po dokončení časti prác, vedenie Spojených štátov amerických navrhlo od tohto projektu upustiť, no po dlhých debatách sa ho podarilo zachrániť. Práca pokračovala a dodnes viedla k určitým výsledkom.

Perspektívna loď Orion v zobrazení umelca. Nákres NASA

V súlade s pôvodným konceptom mala byť loď Orion využívaná v rôznych misiách. S jeho pomocou mala dopraviť náklad a ľudí na Medzinárodnú vesmírnu stanicu. So správnym vybavením by mohol ísť na Mesiac. Rozpracovaná bola aj možnosť letu k niektorému z asteroidov či dokonca k Marsu. Napriek tomu sa riešenie takýchto problémov pripisovalo ďalekej budúcnosti.

Podľa plánov z minulého desaťročia sa v roku 2013 mal uskutočniť prvý skúšobný štart kozmickej lode Orion. V roku 2014 plánovali štart s astronautmi na palube. Let na Mesiac by sa mohol uskutočniť do konca desaťročia. Harmonogram bol následne upravený. Prvý let bez posádky bol odložený na rok 2014 a štart s posádkou na rok 2017. Lunárne misie boli odložené na 20. roky. Teraz sa lety s posádkou preniesli aj do nasledujúceho desaťročia.

5. decembra 2014 sa uskutočnil prvý skúšobný štart Orionu. Loď so simulátorom užitočného zaťaženia vyniesla na obežnú dráhu nosná raketa Delta IV. Niekoľko hodín po štarte sa vrátil na Zem a špliechal sa v danej oblasti. Zatiaľ neboli uskutočnené žiadne nové spustenia. Lockheed Martin a špecialisti z NASA však nezaháľali. Počas niekoľkých posledných rokov bolo vyrobených niekoľko prototypov na vykonávanie určitých testov v pozemských podmienkach.

Len pred niekoľkými týždňami sa začala výstavba prvej kozmickej lode Orion na let s ľudskou posádkou. Jeho spustenie je naplánované na budúci rok. Úloha vyniesť loď na obežnú dráhu bude pridelená sľubnej nosnej rakete Space Launch System. Reálne perspektívy celého projektu ukáže až dokončenie súčasných prác.

Projekt Orion počíta s konštrukciou lode s dĺžkou cca 5 ma priemerom cca 3,3 m. Charakteristickým znakom tohto prístroja je veľký vnútorný objem. Napriek inštalácii potrebného vybavenia a prístrojov zostáva vo vnútri uzavretého priestoru o niečo menej ako 9 metrov kubických voľného priestoru, ktorý je vhodný na inštaláciu určitých zariadení vrátane sedadiel posádky. Loď bude môcť vziať na palubu až šesť astronautov alebo určitý náklad. Celková hmotnosť lode je určená na úrovni 25,85 tony.

Suborbitálne systémy

V súčasnosti sa realizuje niekoľko zaujímavých programov, ktoré nepočítajú s vypustením nákladu na obežnú dráhu Zeme. Sľubné modely zariadení od množstva amerických spoločností budú môcť vykonávať iba suborbitálne lety. Predpokladá sa, že táto technika bude použitá na nejaký výskum alebo pri rozvoji vesmírneho turizmu. O nových projektoch tohto druhu sa v kontexte rozvoja plnohodnotného vesmírneho programu neuvažuje, no stále je o ne záujem.

Suborbitálne vozidlo SpaceShipTwo pod krídlami nosného lietadla White Knight Two. Fotografie Virgin Galactic / virgingalactic.com

Projekty SpaceShipOne a SpaceShipTwo od Scale Composites a Virgin Galactic navrhujú výstavbu komplexu pozostávajúceho z nosného lietadla a orbitálneho lietadla. Od roku 2003 tieto dva typy zariadení vykonali značný počet skúšobných letov, počas ktorých boli vypracované rôzne konštrukčné prvky a prevádzkové metódy. Očakáva sa, že loď typu SpaceShipTwo bude schopná vziať na palubu až šesť turistických pasažierov a zdvihnúť ich do výšky minimálne 100-150 km, t.j. nad spodnou hranicou kozmického priestoru. Vzlet a pristátie musia byť z „tradičného“ letiska.

Blue Origin od polovice minulého desaťročia pracuje na inej verzii suborbitálneho vesmírneho systému. Navrhuje uskutočniť takéto lety pomocou kombinácie nosnej rakety a kozmickej lode typu používaného v iných programoch. Zároveň musí byť raketa aj loď opakovane použiteľné. Komplex dostal názov New Shepard. Od roku 2011 pravidelne vykonávajú skúšobné lety rakety a lode nového typu. Už sa podarilo vyslať kozmickú loď do výšky viac ako 110 km, ako aj zabezpečiť bezpečný návrat lode aj nosnej rakety. Systém New Shepard by mal byť v budúcnosti jednou z noviniek v oblasti vesmírneho turizmu.

Opätovne použiteľná budúcnosť

Tri desaťročia, od začiatku osemdesiatych rokov minulého storočia, bol v arzenáli NASA hlavným prostriedkom dopravy ľudí a nákladu na obežnú dráhu komplex Space Transportation System / Space Shuttle. Z dôvodu morálnej a fyzickej zastaranosti, ako aj z dôvodu nemožnosti dosiahnuť všetky požadované výsledky, bola prevádzka raketoplánov prerušená. Od roku 2011 nemajú USA operačné opakovane použiteľné kozmické lode. Navyše ešte nemajú vlastnú kozmickú loď s ľudskou posádkou, v dôsledku čoho musia astronauti lietať na cudzej technike.

Napriek zastaveniu prevádzky komplexu Space Transportation System americká astronautika neopúšťa samotnú myšlienku znovupoužiteľnej kozmickej lode. O takúto techniku ​​je stále veľký záujem a možno ju použiť v širokej škále misií. V súčasnosti NASA a množstvo komerčných organizácií vyvíja niekoľko sľubných kozmických lodí naraz, ako orbitálne lietadlá, tak aj systémy s kapsulami. V súčasnosti sú tieto projekty v rôznych štádiách a vykazujú rôzne úspechy. Vo veľmi blízkej budúcnosti, najneskôr začiatkom dvadsiatych rokov, sa väčšina noviniek dostane do štádia testovacích alebo plnohodnotných letov, čo umožní prehodnotiť situáciu a vyvodiť nové závery.

Podľa webov:
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 Zadajte

Všimol si osh s bku Zvýraznite text a kliknite Ctrl+Enter

Minulý november, počas TVIW (Astronomický seminár o medzihviezdnom cestovaní v Tennessee), Rob Sweeney - bývalý vodca letky Royal Air Force, inžinier a MSc zodpovedný za projekt Icarus - predstavil správu o práci vykonanej na projekte za posledné obdobie. Sweeney osviežil myslenie verejnosti o histórii Ikaru, od inšpirácie myšlienkami projektu Daedalus zdôraznenými v správe BIS (British Interplanetary Society - najstaršia organizácia podporujúca vesmírny výskum) v roku 1978 až po spoločné rozhodnutie BIS a spoločnosť nadšencov Tau Zero obnoví výskum v roku 2009 a až do najnovších správ o projekte z roku 2014.

Pôvodný projekt z roku 1978 mal jednoduchý, no ťažko realizovateľný cieľ – odpovedať na otázku, ktorú položil Enrique Fermi: „Ak mimo Zeme existuje inteligentný život a sú možné medzihviezdne lety, tak prečo neexistujú dôkazy o existencii iných mimozemských civilizácií? ?". Cieľom výskumu Daedalusu bolo vyvinúť dizajn medzihviezdnej kozmickej lode s použitím existujúcej technológie v rozumných extrapoláciách. A výsledky práce zahrmeli celý vedecký svet: vytvorenie takejto lode je skutočne možné. Správa o projekte bola podporená podrobným plánom lode využívajúcej termonukleárnu fúziu deutérium-hélium-3 z vopred pripravených peliet. Daedalus potom slúžil ako meradlo pre celý nasledujúci vývoj v medzihviezdnom cestovaní počas 30 rokov.

Po tak dlhom čase však bolo potrebné preskúmať nápady a technické riešenia prijaté v Daedale, aby bolo možné posúdiť, ako obstáli v skúške časom. Okrem toho sa v tomto období objavili nové objavy, zmena dizajnu v súlade s nimi by zlepšila celkový výkon lode. Organizátori chceli zaujať aj mladšiu generáciu o astronómiu a stavbu medzihviezdnych vesmírnych staníc. Nový projekt bol pomenovaný po Ikarovi, synovi Daedala, čo aj napriek negatívnej konotácii mena zodpovedalo prvým slovám v správe zo 78. ročníka:

„Dúfame, že tento variant nahradí budúci dizajn podobný Icarusu, ktorý bude odrážať najnovšie objavy a technické inovácie, aby Icarus mohol dosiahnuť výšky, ktoré ešte Daedalus nepokoril. Dúfame, že vďaka rozvoju našich myšlienok príde deň, keď sa ľudstvo doslova dotkne hviezd.“

Takže Icarus bol vytvorený presne ako pokračovanie Daedalusa. Ukazovatele starého projektu k dnešnému dňu vyzerajú veľmi sľubne, ale stále je potrebné ich dokončiť a aktualizovať:

1) Daedalus použil relativistické elektrónové lúče na stlačenie palivových peliet, ale následné štúdie ukázali, že táto metóda nebola schopná poskytnúť potrebný impulz. Namiesto toho sa iónové lúče používajú v laboratóriách na termonukleárnu fúziu. Takýto nesprávny výpočet, ktorý stál Národný komplex jadrovej syntézy 20 rokov prevádzky a 4 miliardy dolárov, však ukázal náročnosť zvládnutia fúzie aj za ideálnych podmienok.

2) Hlavnou prekážkou, ktorej čelí Daedalus, je hélium-3. Na Zemi neexistuje, a preto sa musí ťažiť z plynných obrov vzdialených od našej planéty. Tento proces je príliš drahý a komplikovaný.

3) Ďalším problémom, ktorý bude musieť Icarus vyriešiť, je snúbenie informácií o jadrových reakciách. Práve nedostatok informácií umožnil pred 30 rokmi urobiť veľmi optimistické výpočty dopadu ožiarenia celej lode gama lúčmi a neutrónmi, bez ktorých uvoľnenia sa termonukleárny fúzny motor nezaobíde.

4) Trícium sa používalo v palivových peletách na zapálenie, ale pri rozpade jeho atómov sa uvoľnilo príliš veľa tepla. Bez správneho chladiaceho systému bude zapálenie paliva sprevádzané zapálením všetkého ostatného.

5) Dekompresia palivových nádrží v dôsledku vyprázdnenia môže spôsobiť výbuch v spaľovacej komore. Na vyriešenie tohto problému boli do konštrukcie nádrže pridané závažia, ktoré vyrovnávajú tlak v rôznych častiach mechanizmu.

6) Poslednou ťažkosťou je údržba lode. Podľa projektu je loď vybavená dvojicou robotov podobných R2D2, ktoré pomocou diagnostických algoritmov identifikujú a opravia prípadné škody. Takéto technológie sa zdajú byť veľmi zložité aj teraz, v ére počítačov, nehovoriac o 70. rokoch.

Nový dizajnérsky tím sa už neobmedzuje len na stavbu agilnej lode. Na štúdium predmetov Icarus používa sondy prenášané na palube lode. To nielen zjednodušuje úlohu dizajnérov, ale tiež výrazne znižuje čas na štúdium hviezdnych systémov. Namiesto deutéria-hélia-3 beží nová kozmická loď na čistom deutériu-deutériu. Napriek väčšiemu uvoľňovaniu neutrónov nové palivo nielenže zvýši účinnosť motorov, ale odstráni aj potrebu ťažiť zdroje z povrchu iných planét. Deutérium sa aktívne ťaží z oceánov a používa sa v ťažkovodných jadrových elektrárňach.

Ľudstvu sa však zatiaľ nepodarilo dosiahnuť riadenú rozkladovú reakciu s uvoľňovaním energie. Zdĺhavé preteky laboratórií po celom svete o exotermickú jadrovú fúziu spomaľujú konštrukciu lode. Takže otázka optimálneho paliva pre medzihviezdne plavidlo zostáva otvorená. V snahe nájsť riešenie sa v roku 2013 uskutočnila interná súťaž medzi útvarmi BIS. Vyhral tím WWAR Ghost z Mníchovskej univerzity. Ich konštrukcia je založená na termonukleárnej fúzii pomocou lasera, ktorý zabezpečuje rýchle zahriatie paliva na požadovanú teplotu.

Napriek originalite nápadu a niektorým inžinierskym ťahom sa súťažiacim nepodarilo vyriešiť hlavnú dilemu – výber paliva. Víťazná loď je navyše obrovská. Je 4-5 krát väčší ako Daedalus a iné metódy fúzie môžu potrebovať menej miesta.

V súlade s tým bolo rozhodnuté podporovať 2 typy motorov: založené na termonukleárnej fúzii a založené na Bennettovom pinči (plazmový motor). Okrem toho sa paralelne s deutériom-deutériom zvažuje aj stará verzia s tríciom-héliom-3. V skutočnosti hélium-3 poskytuje najlepšie výsledky pri akomkoľvek druhu pohonu, takže vedci pracujú na spôsoboch, ako ho získať.

V prácach všetkých účastníkov súťaže možno vysledovať zaujímavý vzťah: niektoré konštrukčné prvky (sondy pre environmentálny výskum, skladovanie paliva, sekundárne systémy napájania atď.) akejkoľvek lode zostávajú nezmenené. Jednoznačne možno povedať:

1. Loď bude horúca. Akýkoľvek spôsob spaľovania ktoréhokoľvek z uvedených druhov paliva je sprevádzaný uvoľňovaním veľkého množstva tepla. Deutérium vyžaduje masívny chladiaci systém kvôli priamemu uvoľňovaniu tepelnej energie počas reakcie. Magnetický plazmový motor bude vytvárať vírivé prúdy v okolitých kovoch, ktoré ich tiež zahrievajú. Na Zemi už existujú žiariče s dostatočným výkonom na efektívne ochladzovanie telies s teplotami nad 1000 C, zostáva ich prispôsobiť potrebám a podmienkam hviezdnej lode.
2. Loď bude kolosálna. Jednou z hlavných úloh pridelených projektu Icarus bolo zmenšenie veľkosti, no postupom času sa ukázalo, že termonukleárne reakcie si vyžadujú veľa priestoru. Dokonca aj tie najmenšie masové konštrukčné možnosti vážia desiatky tisíc ton.
3. Loď bude dlhá. "Dedalus" bol veľmi kompaktný, každá jeho časť bola kombinovaná s inou, ako hniezdiaca bábika. V Ikare pokusy o minimalizáciu rádioaktívneho dopadu na loď viedli k jej predĺženiu (dobre to demonštruje projekt Firefly od Roberta Freelanda).

Rob Sweeney povedal, že skupina z Drexel University sa pripojila k projektu Icarus. „Nováčikovia“ presadzujú myšlienku využitia PJMIF (systém založený na prúde plazmy pomocou magnetov, pričom plazma je rozvrstvená, čím sa vytvárajú podmienky pre jadrové reakcie). Tento princíp je v súčasnosti najúčinnejší. V skutočnosti ide o symbiózu dvoch metód jadrových reakcií, absorbovala všetky výhody inerciálnej a magnetickej termonukleárnej fúzie, ako je zníženie hmotnosti konštrukcie a výrazné zníženie nákladov. Ich projekt sa volá Zeus.

Po tomto stretnutí nasledovala TVIW, kde Sweeney stanovil predbežný dátum dokončenia projektu Icarus na august 2015. Záverečná správa bude obsahovať odkazy na úpravy starých návrhov Daedalus a inovácie, ktoré úplne vytvoril nový tím. Seminár skončil monológom Roba Sweeneyho, v ktorom povedal: „Tam niekde vonku na nás čakajú tajomstvá vesmíru! Je čas odtiaľto vypadnúť!"

Zaujímavosťou je, že nový projekt je nerozlučne spätý so svojím predchodcom. Transportným prostriedkom na dodávanie súčiastok a paliva na malú obežnú dráhu Zeme počas stavby Icarusu by mohol byť Cyclops, kozmická loď krátkeho doletu, ktorá sa vyvíja pod vedením Alana Bonda (jeden z inžinierov, ktorí pracovali na Daedaluse).

Interstellar je však len sci-fi a doktor White zasa pracuje vo veľmi skutočnej oblasti vývoja pokročilých technológií pre vesmírne lety v laboratóriu NASA. Pre sci-fi už nie je miesto. Je tu skutočná veda. A ak zahodíme všetky problémy spojené so zníženým rozpočtom leteckej agentúry, potom nasledujúce Whiteove slová vyzerajú celkom sľubne:

"Možno, že zážitok zo Star Treku v našom časovom rámci nie je až taká vzdialená možnosť."

Inými slovami, Dr. White sa snaží povedať, že on a jeho kolegovia nie sú zaneprázdnení tvorbou nejakého hypotetického filmu alebo len 3D náčrtov a nápadov s warp pohonom. Nemyslia si len, že skutočný warp pohon je teoreticky možný. V skutočnosti vyvíjajú prvý warp pohon:

„Pri práci v laboratóriu Eagleworks, hlboko v Johnsonovom vesmírnom stredisku NASA, sa Dr. White a jeho tím vedcov snažia nájsť medzery, aby sa sen stal skutočnosťou. Tím už „vytvoril simulačnú lavicu na testovanie špeciálneho interferometra, prostredníctvom ktorého sa vedci pokúsia generovať a identifikovať mikroskopické warp bubliny. Zariadenie sa nazýva interferometer warpového poľa White-Jedy."

Teraz sa to môže zdať ako malý úspech, ale objavy tohto vynálezu môžu byť nekonečne užitočné pri ďalšom výskume.

„Napriek tomu, že ide len o malý pokrok v tomto smere, už to môže byť dôkazom existencie samotnej možnosti warp pohonu, ako bola demonštrácia chicagskej drevenice (prvý umelý jadrový reaktor) svojho času. . V decembri 1942 sa konala vôbec prvá demonštrácia riadenej, sebestačnej jadrovej reťazovej reakcie, ktorá generovala až pol wattu elektrickej energie. Krátko po demonštrácii, v novembri 1943, bol spustený reaktor s kapacitou asi štyri megawatty. Priniesť dôkaz o existencii je kritickým momentom pre vedeckú myšlienku a môže byť východiskovým bodom vo vývoji technológie.“

Ak bude práca vedcov nakoniec úspešná, potom podľa doktora Whitea vznikne motor, ktorý nás môže dopraviť na Alpha Centauri „do dvoch týždňov podľa štandardov pozemského času“. V tomto prípade bude priebeh času na lodi rovnaký ako na Zemi.

„Slapové sily vo vnútri warp bubliny nespôsobia človeku problémy a celú cestu bude vnímať, ako keby bol v podmienkach nulového zrýchlenia. Keď je zapnuté warp pole, nikto nebude ťahaný veľkou silou k trupu lode, nie, v tomto prípade by bola cesta veľmi krátka a tragická.

Ľudstvo skúma vesmír s pilotovanými vesmírnymi loďami už viac ako pol storočia. Bohužiaľ, za tento čas, obrazne povedané, nedoplávalo ďaleko. Ak prirovnáme vesmír k oceánu, len kráčame po okraji príboja, po členky vo vode. Raz sme sa však rozhodli plávať trochu hlbšie (lunárny program Apollo) a odvtedy žijeme v spomienkach na túto udalosť ako na najvyšší úspech.

Vesmírne lode doteraz väčšinou slúžili ako dopravné prostriedky na a zo Zeme. Maximálne trvanie autonómneho letu, ktorý je možné dosiahnuť opakovane použiteľným raketoplánom, je iba 30 dní a aj to teoreticky. Ale možno sa vesmírne lode budúcnosti stanú oveľa dokonalejšími a všestrannejšími?

Už lunárne expedície Apollo jasne ukázali, že požiadavky na budúce kozmické lode sa môžu nápadne líšiť od úloh pre „vesmírne taxíky“. Lunárna kabína Apollo mala len veľmi málo spoločného s aerodynamickými loďami a nebola navrhnutá na lietanie v planetárnej atmosfére. Nejakú predstavu o tom, ako budú vyzerať vesmírne lode budúcnosti, dávajú fotografie amerických astronautov viac než jasne.

Najzávažnejším faktorom, ktorý bráni občasnému ľudskému skúmaniu slnečnej sústavy, nehovoriac o organizácii vedeckých základní na planétach a ich satelitoch, je žiarenie. Problémy nastávajú aj pri mesačných misiách trvajúcich maximálne týždeň. A jeden a pol ročný let na Mars, ktorý sa zdalo, že sa bude konať, sa posúva stále ďalej. Automatizovaný výskum ukázal, že je pre ľudí smrteľná na celej trase medziplanetárneho letu. Kozmická loď budúcnosti tak nevyhnutne získa vážnu protiradiačnú ochranu v kombinácii so špeciálnymi biomedicínskymi opatreniami pre posádku.

Je jasné, že čím skôr sa dostane do cieľa, tým lepšie. Na rýchly let však potrebujete výkonné motory. A pre nich zasa vysokoúčinné palivo, ktoré by nezaberalo veľa miesta. Chemické hnacie motory preto v blízkej budúcnosti ustúpia jadrovým. Ak sa však vedcom podarí skrotiť antihmotu, teda premeniť hmotu na svetelné žiarenie, získajú kozmické lode budúcnosti, v tomto prípade budeme hovoriť o dosahovaní relativistických rýchlostí a medzihviezdnych expedíciách.

Ďalšou vážnou prekážkou rozvoja Vesmíru človekom bude dlhodobé udržiavanie jeho života. Len za jeden deň ľudské telo spotrebuje veľa kyslíka, vody a potravy, uvoľňuje pevný a tekutý odpad, vydychuje oxid uhličitý. Je zbytočné brať si so sebou na palubu plnú zásobu kyslíka a jedla kvôli ich obrovskej hmotnosti. Problém rieši palubný uzavretý, zatiaľ však všetky experimenty na túto tému neboli úspešné. A bez uzavretej LSS sú vesmírne lode budúcnosti letiace vesmírom roky nemysliteľné; obrázky umelcov, samozrejme, udivujú predstavivosť, ale neodrážajú skutočný stav vecí.

Všetky projekty vesmírnych lodí a hviezdnych lodí sú teda stále ďaleko od skutočnej realizácie. A ľudstvo sa bude musieť vyrovnať so štúdiom vesmíru astronautmi pod krytím a prijímaním informácií z automatických sond. Ale to je, samozrejme, dočasné. Astronautika nestojí na mieste a nepriame znaky ukazujú, že v tejto oblasti ľudskej činnosti sa chystá veľký prielom. Takže možno budú postavené vesmírne lode budúcnosti a prvé lety v 21. storočí.

Moderné raketové motory odvádzajú dobrú prácu pri uvádzaní technológií na obežnú dráhu, no na dlhodobé vesmírne cesty sú úplne nevhodné. Vedci preto už viac ako desať rokov pracujú na vytvorení alternatívnych vesmírnych motorov, ktoré by dokázali zrýchliť lode na rekordnú rýchlosť. Pozrime sa na sedem hlavných myšlienok z tejto oblasti.

EmDrive

Ak sa chcete pohnúť, musíte sa od niečoho odraziť - toto pravidlo sa považuje za jeden z neotrasiteľných pilierov fyziky a astronautiky. Čo presne odraziť - zo zeme, vody, vzduchu alebo prúdu plynu, ako v prípade raketových motorov - nie je až také dôležité.

Známy myšlienkový experiment: predstavte si, že by sa astronaut vydal do vesmíru, no kábel spájajúci ho s loďou sa zrazu pretrhol a muž začal pomaly odlietať. Jediné, čo má, je skrinka na náradie. Aké sú jeho činy? Správna odpoveď: potrebuje odhodiť náradie z lode. Podľa zákona zachovania hybnosti bude človek odhodený od nástroja presne takou silou, akou je nástroj od človeka, takže sa bude postupne pohybovať smerom k lodi. Ide o prúdový pohon – jediný možný spôsob pohybu v prázdnom priestore. Pravda, EmDrive, ako ukazujú experimenty, má isté šance toto neotrasiteľné tvrdenie vyvrátiť.

Tvorcom tohto motora je britský inžinier Roger Schaer, ktorý v roku 2001 založil vlastnú spoločnosť Satellite Propulsion Research. Dizajn EmDrive je veľmi extravagantný a má tvar kovového vedra, utesneného na oboch koncoch. Vo vnútri tohto vedra je magnetrón, ktorý vysiela elektromagnetické vlny – rovnaké ako v klasickej mikrovlnke. A ukazuje sa, že to stačí na vytvorenie veľmi malého, ale dosť viditeľného ťahu.

Sám autor vysvetľuje činnosť svojho motora cez rozdiel tlakov elektromagnetického žiarenia na rôznych koncoch "vedra" - na užšom konci je menej ako na širokom. To vytvára ťah smerujúci k úzkemu koncu. Možnosť takejto prevádzky motora bola spochybnená viac ako raz, ale vo všetkých experimentoch Shaerova inštalácia ukazuje prítomnosť ťahu v zamýšľanom smere.

Medzi experimentátormi, ktorí testovali „vedro“ Schaer, sú organizácie ako NASA, Technická univerzita v Drážďanoch a Čínska akadémia vied. Vynález bol testovaný v rôznych podmienkach, vrátane vo vákuu, kde vykazoval ťah 20 mikronewtonov.

To je v porovnaní s chemickými prúdovými motormi veľmi malé. Ale vzhľadom na to, že Shaerov motor môže pracovať ľubovoľne dlho, keďže nepotrebuje zásobu paliva (magnetrón môžu poskytnúť solárne batérie), je potenciálne schopný zrýchliť kozmickú loď na obrovské rýchlosti, merané ako percento rýchlosť svetla.

Na úplné preukázanie účinnosti motora je potrebné vykonať oveľa viac meraní a zbaviť sa vedľajších efektov, ktoré môžu generovať napríklad vonkajšie magnetické polia. Alternatívne možné vysvetlenia pre anomálny ťah motora Shaer, ktorý vo všeobecnosti porušuje zaužívané fyzikálne zákony, sa však už predkladajú.

Navrhujú sa napríklad verzie, že motor môže vytvárať ťah vďaka interakcii s fyzikálnym vákuom, ktoré má na kvantovej úrovni nenulovú energiu a je naplnené virtuálnymi elementárnymi časticami, ktoré sa neustále rodia a miznú. Kto sa nakoniec ukáže ako správny – autori tejto teórie, samotný Shaer či iní skeptici, sa dozvieme v blízkej budúcnosti.

solárna plachta

Ako bolo uvedené vyššie, elektromagnetické žiarenie vyvíja tlak. To znamená, že teoreticky sa dá premeniť na pohyb – napríklad pomocou plachty. Tak ako lode minulých vekov chytali vietor do plachiet, kozmická loď budúcnosti zachytila ​​do plachiet slnko alebo akékoľvek iné svetlo hviezd.

Problémom však je, že tlak svetla je extrémne nízky a s rastúcou vzdialenosťou od zdroja klesá. Preto, aby bola takáto plachta účinná, musí mať veľmi nízku hmotnosť a veľmi veľkú plochu. A to zvyšuje riziko zničenia celej konštrukcie pri stretnutí s asteroidom alebo iným objektom.

Pokusy postaviť a vypustiť solárne plachty do vesmíru už prebehli – v roku 1993 Rusko testovalo solárnu plachtu na kozmickej lodi Progress a v roku 2010 ju úspešne otestovalo Japonsko na ceste k Venuši. Ale zatiaľ žiadna loď nepoužila plachtu ako hlavný zdroj zrýchlenia. O niečo perspektívnejší je v tomto smere ďalší projekt – elektrická plachta.

elektrická plachta

Slnko vyžaruje nielen fotóny, ale aj elektricky nabité častice hmoty: elektróny, protóny a ióny. Všetky tvoria takzvaný slnečný vietor, ktorý každú sekundu odnesie z povrchu hviezdy asi jeden milión ton hmoty.

Slnečný vietor siaha miliardy kilometrov a je zodpovedný za niektoré prírodné javy na našej planéte: geomagnetické búrky a polárnu žiaru. Zem je chránená pred slnečným vetrom vlastným magnetickým poľom.

Slnečný vietor je rovnako ako vzdušný celkom vhodný na cestovanie, len ho treba prinútiť fúkať do plachiet. Projekt elektrickej plachty, ktorú v roku 2006 vytvoril fínsky vedec Pekka Janhunen, má navonok s tou slnečnou len málo spoločného. Tento motor pozostáva z niekoľkých dlhých tenkých káblov, podobných lúčom kolesa bez ráfika.

Vďaka elektrónovému dela emitujúcemu proti smeru jazdy tieto káble získavajú kladne nabitý potenciál. Keďže hmotnosť elektrónu je približne 1800-krát menšia ako hmotnosť protónu, ťah vytvorený elektrónmi nebude hrať zásadnú úlohu. Pre takúto plachtu nie sú dôležité ani elektróny slnečného vetra. Ale kladne nabité častice - protóny a alfa žiarenie - budú odpudzované od káblov, čím sa vytvorí prúdový ťah.

Hoci tento ťah bude asi 200-krát menší ako ťah slnečnej plachty, zaujala Európska vesmírna agentúra. Faktom je, že elektrickú plachtu je oveľa jednoduchšie navrhnúť, vyrobiť, nasadiť a prevádzkovať vo vesmíre. Plachta navyše umožňuje pomocou gravitácie cestovať aj k zdroju hviezdneho vetra, a nie len preč od neho. A keďže plocha takejto plachty je oveľa menšia ako plocha slnka, je oveľa menej zraniteľná voči asteroidom a vesmírnemu odpadu. Snáď už v najbližších rokoch uvidíme prvé experimentálne lode na elektrickej plachte.

iónový motor

Tok nabitých častíc hmoty, teda iónov, vyžarujú nielen hviezdy. Ionizovaný plyn môže byť vytvorený aj umelo. Normálne sú častice plynu elektricky neutrálne, ale keď jeho atómy alebo molekuly stratia elektróny, premenia sa na ióny. Vo svojej celkovej hmotnosti takýto plyn ešte nemá elektrický náboj, ale jeho jednotlivé častice sa nabijú, čo znamená, že sa môžu pohybovať v magnetickom poli.

V iónovom tryskáči je inertný plyn (zvyčajne sa používa xenón) ionizovaný prúdom vysokoenergetických elektrónov. Vyrazia elektróny z atómov a získajú kladný náboj. Ďalej sa výsledné ióny urýchľujú v elektrostatickom poli na rýchlosti rádovo 200 km/s, čo je 50-krát viac ako rýchlosť výstupu plynu z chemických prúdových motorov. Moderné iónové trysky však majú veľmi malý ťah - asi 50-100 millinewtonov. Takýto motor by sa nevedel ani pohnúť zo stola. Ale má vážne plus.

Vysoký špecifický impulz môže výrazne znížiť spotrebu paliva v motore. Na ionizáciu plynu sa využíva energia získaná zo solárnych panelov, takže iónový motor je schopný pracovať veľmi dlho – až tri roky bez prerušenia. Na také obdobie bude mať čas zrýchliť kozmickú loď na rýchlosť, o akej sa chemickým motorom ani nesnívalo.

Iónové trysky brázdili slnečnú sústavu viac ako raz v rámci rôznych misií, zvyčajne však ako pomocné, nie primárne. Dnes sa ako o možnej alternatíve k iónovým motorom čoraz častejšie hovorí o plazmových motoroch.

Plazmový motor

Ak je stupeň ionizácie atómov vysoký (asi 99%), potom sa takýto súhrnný stav hmoty nazýva plazma. Stav plazmy sa dá dosiahnuť len pri vysokých teplotách, preto sa v plazmových motoroch ionizovaný plyn zahrieva na niekoľko miliónov stupňov. Ohrev sa realizuje pomocou externého zdroja energie – solárnych panelov alebo reálnejšie malého jadrového reaktora.

Horúca plazma je potom vyvrhnutá cez trysku rakety, čím sa vytvorí ťah desaťkrát väčší ako v iónovom tryskáči. Jedným z príkladov plazmového motora je projekt VASIMR, ktorý sa vyvíjal od 70. rokov minulého storočia. Na rozdiel od iónových trysiek, plazmové trysky ešte neboli testované vo vesmíre, no vkladajú sa do nich veľké nádeje. Práve plazmový motor VASIMR je jedným z hlavných kandidátov na pilotované lety na Mars.

Fusion engine

Ľudia sa snažia skrotiť energiu termonukleárnej fúzie už od polovice 20. storočia, no doteraz sa im to nepodarilo. Napriek tomu je riadená termonukleárna fúzia stále veľmi atraktívna, pretože je zdrojom obrovskej energie získavanej z veľmi lacného paliva – izotopov hélia a vodíka.

V súčasnosti existuje niekoľko projektov na návrh prúdového motora poháňaného termonukleárnou fúziou. Za najsľubnejší z nich sa považuje model založený na reaktore s magnetickou plazmou. Termonukleárny reaktor v takomto motore by bola beztlaková valcová komora s dĺžkou 100–300 metrov a priemerom 1–3 metre. Do komory je potrebné privádzať palivo vo forme vysokoteplotnej plazmy, ktorá pri dostatočnom tlaku vstupuje do jadrovej fúznej reakcie. Cievky magnetického systému umiestnené okolo komory by mali zabrániť kontaktu tejto plazmy so zariadením.

Termonukleárna reakčná zóna je umiestnená pozdĺž osi takéhoto valca. Pomocou magnetických polí prúdi tryskou reaktora extrémne horúca plazma, ktorá vytvára ohromný ťah, mnohonásobne väčší ako u chemických motorov.

Antihmotový motor

Všetka hmota okolo nás pozostáva z fermiónov - elementárnych častíc s polovičným celočíselným spinom. Sú to napríklad kvarky, ktoré tvoria protóny a neutróny v atómových jadrách, ale aj elektróny. Každý fermión má svoju vlastnú antičasticu. Pre elektrón je to pozitrón, pre kvark je to antikvark.

Antičastice majú rovnakú hmotnosť a rovnakú rotáciu ako ich zvyčajní „súdruhovia“, líšia sa znamienkom všetkých ostatných kvantových parametrov. Teoreticky sú antičastice schopné tvoriť antihmotu, ale doteraz nebola antihmota nikde vo vesmíre zaregistrovaná. Pre fundamentálnu vedu je veľkou otázkou, prečo tam nie je.

Ale v laboratóriu môžete získať určité množstvo antihmoty. Napríklad nedávno prebehol experiment porovnávajúci vlastnosti protónov a antiprotónov, ktoré boli uložené v magnetickej pasci.

Keď sa antihmota a bežná hmota stretnú, nastáva proces vzájomného anihilácie sprevádzaný návalom kolosálnej energie. Ak teda vezmeme kilogram hmoty a antihmoty, tak množstvo energie uvoľnenej počas ich stretnutia bude porovnateľné s výbuchom cárskej bomby, najsilnejšej vodíkovej bomby v histórii ľudstva.

Okrem toho sa značná časť energie uvoľní vo forme fotónov elektromagnetického žiarenia. V súlade s tým existuje túžba využiť túto energiu na cestovanie vesmírom vytvorením fotónového motora podobného slnečnej plachte, len v tomto prípade bude svetlo generované vnútorným zdrojom.

No na efektívne využitie žiarenia v prúdovom motore je potrebné vyriešiť problém vytvorenia „zrkadla“, ktoré by tieto fotóny dokázalo odrážať. Koniec koncov, loď sa musí nejako odraziť, aby vytvorila ťah.

Žiaden moderný materiál jednoducho nedokáže odolať žiareniu vznikajúcemu v prípade takejto explózie a okamžite sa vyparí. Bratia Strugackí vo svojich sci-fi románoch tento problém vyriešili vytvorením „absolútneho reflektora“. V skutočnom živote sa nič podobné ešte nestalo. Táto úloha, ako aj problematika vytvárania veľkého množstva antihmoty a jej dlhodobého skladovania, je záležitosťou fyziky budúcnosti.