Fremtidens rumfartøj: den generelle designers syn. Hvilke problemer skal løses, for at interstellar rejser bliver en realitet? Fremtidens militære rumskibe
Moderne raketmotorer gør et godt stykke arbejde med at opsende udstyr i kredsløb, men er fuldstændig uegnede til langsigtede rumrejser. Derfor har videnskabsmænd nu i årtier arbejdet på at skabe alternative rummotorer, der kunne accelerere skibe til rekordfart. Lad os se på syv nøgleideer fra dette område.
EmDrive
For at bevæge dig skal du skubbe fra noget - denne regel betragtes som en af de urokkelige søjler i fysik og astronautik. Hvad man præcist skal skubbe af fra - jord, vand, luft eller en jetstrøm af gas, som i tilfældet med raketmotorer - er ikke så vigtigt.
Et velkendt tankeeksperiment: forestil dig, at en astronaut er gået ud i det ydre rum, men kablet, der forbinder ham med rumfartøjet, knækker pludselig, og personen begynder langsomt at flyve væk. Alt han har er en værktøjskasse. Hvad er hans handlinger? Korrekt svar: han skal smide værktøjerne væk fra skibet. Ifølge loven om bevarelse af momentum vil personen blive smidt væk fra værktøjet med nøjagtig samme kraft, som værktøjet kastes væk fra personen, så han gradvist vil bevæge sig mod skibet. Dette er jetfremdrift - den eneste mulige måde at bevæge sig i det tomme ydre rum. Sandt nok har EmDrive, som eksperimenter viser, nogle chancer for at tilbagevise denne urokkelige udtalelse.
Skaberen af denne motor er den britiske ingeniør Roger Schaer, som grundlagde sit eget firma Satellite Propulsion Research i 2001. Designet af EmDrive er meget ekstravagant og er formet som en metalspand, forseglet i begge ender. Inde i denne spand er der en magnetron, der udsender elektromagnetiske bølger, det samme som i en almindelig mikroovn. Og det viser sig at være nok til at skabe en meget lille, men ret mærkbar fremdrift.
Forfatteren selv forklarer driften af sin motor gennem forskellen i tryk af elektromagnetisk stråling i forskellige ender af "spanden" - i den smalle ende er den mindre end i den brede. Dette skaber et tryk rettet mod den smalle ende. Muligheden for en sådan motordrift er blevet bestridt mere end én gang, men i alle eksperimenter viser Schaers installation tilstedeværelsen af tryk i den tilsigtede retning.
Blandt de forsøgsledere, der har testet Schaers "spand", er organisationer som NASA, det tekniske universitet i Dresden og det kinesiske videnskabsakademi. Opfindelsen blev testet under en række betingelser, herunder i et vakuum, hvor den viste tilstedeværelsen af et tryk på 20 mikronewton.
Dette er meget lidt i forhold til kemiske jetmotorer. Men i betragtning af at Shaers motor kan fungere på ubestemt tid, da den ikke kræver en brændstofforsyning (magnetronen kan drives af solpaneler), er den potentielt i stand til at accelerere rumskibe til enorme hastigheder, målt som en procentdel af lysets hastighed.
For fuldt ud at bevise motorens ydeevne er det nødvendigt at udføre mange flere målinger og slippe af med bivirkninger, der kan genereres, for eksempel af eksterne magnetfelter. Alternative mulige forklaringer på Shaer-motorens unormale fremstød bliver dog allerede fremført, hvilket generelt overtræder fysikkens sædvanlige love.
For eksempel er der fremlagt versioner om, at motoren kan skabe fremstød på grund af interaktion med det fysiske vakuum, som på kvanteniveau har ikke-nul energi og er fyldt med konstant optrædende og forsvindende virtuelle elementarpartikler. Vi vil finde ud af i den nærmeste fremtid, hvem der i sidste ende vil have ret - forfatterne til denne teori, Shaer selv eller andre skeptikere.
Solar sejl
Som nævnt ovenfor udøver elektromagnetisk stråling tryk. Det betyder, at det i teorien kan omdannes til bevægelse - for eksempel ved hjælp af et sejl. Ligesom de tidligere århundreders skibe fangede vinden i deres sejl, ville fremtidens rumskib fange solen eller ethvert andet stjernelys i sine sejl.
Problemet er dog, at lystrykket er ekstremt lavt og aftager med stigende afstand fra kilden. Derfor skal et sådant sejl have en meget lav vægt og et meget stort areal for at være effektivt. Og dette øger risikoen for ødelæggelse af hele strukturen, når den støder på en asteroide eller et andet objekt.
Forsøg på at bygge og opsende solsejlbåde ud i rummet har allerede fundet sted - i 1993 testede Rusland et solsejl på rumfartøjet Progress, og i 2010 gennemførte Japan vellykkede test på vej til Venus. Men intet skib har nogensinde brugt et sejl som den vigtigste kilde til acceleration. Et andet projekt ser noget mere lovende ud i denne henseende – et elektrisk sejl.
Elektrisk sejl
Solen udsender ikke kun fotoner, men også elektrisk ladede partikler af stof: elektroner, protoner og ioner. Alle danner de den såkaldte solvind, som hvert sekund fører omkring en million tons stof fra stjernens overflade.
Solvinden rejser over milliarder af kilometer og er ansvarlig for nogle naturlige fænomener på vores planet: geomagnetiske storme og nordlys. Jorden er beskyttet mod solvinden af sit eget magnetfelt.
Solvinden er ligesom luftvinden ret velegnet til rejser, du skal bare få den til at blæse ind i sejlene. Det elektriske sejlprojekt, der blev skabt i 2006 af den finske videnskabsmand Pekka Janhunen, har ikke meget til fælles med solsejlads. Denne motor består af flere lange tynde kabler, der ligner egerne på et hjul uden fælg.
Takket være en elektronkanon, der udsender mod bevægelsesretningen, får disse kabler et positivt ladet potentiale. Da massen af en elektron er cirka 1800 gange mindre end massen af en proton, vil den fremstød, der skabes af elektroner, ikke spille en fundamental rolle. Solvindelektroner er heller ikke vigtige for sådan et sejl. Men positivt ladede partikler - protoner og alfastråling - vil blive afstødt fra kablerne og derved skabe jet-through.
Selvom dette fremstød vil være omkring 200 gange mindre end et solsejls, var Den Europæiske Rumorganisation interesseret. Faktum er, at et elektrisk sejl er meget nemmere at designe, fremstille, installere og betjene i rummet. Derudover tillader sejlet ved hjælp af tyngdekraften også rejse til kilden til stjernevinden, og ikke kun fra den. Og da overfladearealet af et sådant sejl er meget mindre end et solsejls, er det meget mindre sårbart over for asteroider og rumaffald. Måske vil vi se de første forsøgsskibe med elektriske sejl i de næste par år.
Ion motor
Strømmen af ladede partikler af stof, det vil sige ioner, udsendes ikke kun af stjerner. Ioniseret gas kan også skabes kunstigt. Normalt er gaspartikler elektrisk neutrale, men når dens atomer eller molekyler mister elektroner, bliver de til ioner. I sin samlede masse har sådan en gas stadig ikke en elektrisk ladning, men dens individuelle partikler bliver ladet, hvilket betyder, at de kan bevæge sig i et magnetfelt.
I en ionmotor ioniseres en ædelgas (normalt xenon) af en strøm af højenergielektroner. De slår elektroner ud af atomer, og de får en positiv ladning. De resulterende ioner accelereres derefter i et elektrostatisk felt til hastigheder i størrelsesordenen 200 km/s, hvilket er 50 gange større end hastigheden af gasstrømmen fra kemiske jetmotorer. Moderne ionmotorer har dog meget lavt tryk - omkring 50-100 millinewton. Sådan en motor ville ikke engang kunne bevæge sig fra bordet. Men det har en alvorlig fordel.
Høj specifik impuls gør det muligt at reducere brændstofforbruget i motoren markant. For at ionisere gassen bruges energi hentet fra solpaneler, så ionmotoren kan fungere i meget lang tid - op til tre år uden afbrydelse. I denne periode vil han have tid til at accelerere rumfartøjet til hastigheder, som kemiske motorer aldrig har drømt om.
Ionmotorer har allerede strejfet rundt i solsystemets vidder mere end én gang som en del af forskellige missioner, men normalt som hjælpemissioner og ikke som hovedmissioner. I dag bliver plasmamotorer i stigende grad talt om som et muligt alternativ til ionmotorer.
Plasma motor
Hvis graden af ionisering af atomer bliver høj (ca. 99%), kaldes denne tilstand af aggregering af stoffet plasma. Plasmatilstanden kan kun opnås ved høje temperaturer, så i plasmamotorer opvarmes den ioniserede gas til flere millioner grader. Opvarmning udføres ved hjælp af en ekstern energikilde - solpaneler eller, mere realistisk, en lille atomreaktor.
Det varme plasma bliver derefter slynget ud gennem rakettens dyse, hvilket skaber ti gange mere fremdrift end en ionmotor. Et eksempel på en plasmamotor er VASIMR-projektet, som har været under udvikling siden 70'erne i forrige århundrede. I modsætning til ionmotorer er plasmamotorer endnu ikke blevet testet i rummet, men der er knyttet store forhåbninger til dem. Det er VASIMR-plasmamotoren, der er en af hovedkandidaterne til bemandede flyvninger til Mars.
Fusion motor
Folk har forsøgt at tæmme energien fra termonuklear fusion siden midten af det tyvende århundrede, men indtil videre har de ikke været i stand til det. Ikke desto mindre er kontrolleret termonuklear fusion stadig meget attraktiv, fordi det er en kilde til enorm energi opnået fra meget billigt brændstof - isotoper af helium og brint.
I øjeblikket er der flere designs til en jetmotor drevet af termonuklear fusionsenergi. Den mest lovende af dem anses for at være en model baseret på en reaktor med magnetisk plasmaindeslutning. Den termonukleare reaktor i en sådan motor vil være et cylindrisk kammer uden tryk, der måler 100-300 meter i længden og 1-3 meter i diameter. Kammeret skal forsynes med brændstof i form af højtemperaturplasma, som under tilstrækkeligt tryk indgår i en nuklear fusionsreaktion. De magnetiske systemspoler placeret rundt om kammeret skal forhindre, at dette plasma kommer i kontakt med udstyret.
Den termonukleære reaktionszone er placeret langs aksen af en sådan cylinder. Ved hjælp af magnetiske felter strømmer ekstremt varmt plasma gennem reaktordysen og skaber et enormt tryk, mange gange større end kemiske motorers.
Antistof motor
Alt stoffet omkring os består af fermioner - elementarpartikler med et halvt heltals spin. Det er for eksempel kvarker, som udgør protoner og neutroner i atomkerner, samt elektroner. Desuden har hver fermion sin egen antipartikel. For en elektron er dette en positron, for en kvark er det en antikvark.
Antipartikler har samme masse og samme spin som deres almindelige "kammerater", der adskiller sig i tegnet på alle andre kvanteparametre. Teoretisk set er antipartikler i stand til at lave antistof, men indtil nu er antistof ikke blevet opdaget nogen steder i universet. For grundvidenskaben er det et stort spørgsmål, hvorfor det ikke er der.
Men under laboratorieforhold er det muligt at opnå en vis mængde antistof. For eksempel blev der for nylig udført et eksperiment for at sammenligne egenskaberne af protoner og antiprotoner, der blev opbevaret i en magnetisk fælde.
Når antistof og almindeligt stof mødes, sker der en proces med gensidig udslettelse, ledsaget af en bølge af kolossal energi. Så hvis du tager et kilo stof og antistof, vil mængden af energi, der frigives under deres møde, være sammenlignelig med eksplosionen af "Tsar Bomba" - den mest kraftfulde brintbombe i menneskehedens historie.
Desuden vil en betydelig del af energien blive frigivet i form af fotoner af elektromagnetisk stråling. Derfor er der et ønske om at bruge denne energi til rumrejser ved at skabe en fotonisk motor, der ligner et solsejl, kun i dette tilfælde vil lyset blive genereret af en intern kilde.
Men for effektivt at bruge stråling i en jetmotor er det nødvendigt at løse problemet med at skabe et "spejl", der ville være i stand til at reflektere disse fotoner. Skibet skal trods alt på en eller anden måde skubbe afsted for at skabe fremdrift.
Intet moderne materiale kan blot modstå den stråling, der genereres i tilfælde af en sådan eksplosion og vil øjeblikkeligt fordampe. I deres science fiction-romaner løste Strugatsky-brødrene dette problem ved at skabe en "absolut reflektor." I det virkelige liv er der endnu ikke opnået noget lignende. Denne opgave, såvel som spørgsmålene om at skabe store mængder antistof og dets langtidsopbevaring, er et spørgsmål for fremtidens fysik.
Nukleart fremdriftssystem til et russisk rumfartøj
Indtil nu har problemet med bemandede flyvninger ud i det dybe rum næsten været uløseligt. Flydende raketmotorer, der bruges på dette stadium, er det slet ikke |
Warp-motor af et interstellart skib
Moderne astronautik kan desværre ikke tilbyde meget flere muligheder end for et halvt århundrede siden. Dette skyldes primært manglen på nødvendige |
Ind i det dybe rum ved hjælp af ionmotorer
En ionmotor er en type elektrisk raketmotor. Dens arbejdsvæske er ioniseret gas. Princippet om motorens drift er ionisering af gas og dens |
Gym i rummet
Flyvninger ud i det ydre rum er blevet en almindelig begivenhed i vores liv. Kosmonauter opholder sig på internationale orbitalstationer i flere måneder. Dog det sædvanlige |
Termonuklear raketmotor - første test
Raketmotorer, der bruger energien fra fission af atomkernen, har længe været genstand for forskning af russiske og amerikanske videnskabsmænd. Dette er ikke overraskende, fordi |
Skibsteleportation: fiktion og virkelighed
Mennesket har altid stræbt efter stjernerne, men de er ekstremt langt fra os. Hvis en flyvning til dem en dag finder sted, så er rumfartøjet på |
3D-printteknologi: raketmotor
Det er ingen hemmelighed, at moderne rumflyvninger er ekstremt dyre, og en betydelig del af omkostningerne kommer direkte fra fremstillingsprocessen af løfteraketkomponenter. NASA |
Russisk supertung raket
I en årrække har eksperter for alvor diskuteret spørgsmålet om, hvordan Ruslands supertunge raket skulle være. På dette stadium spørgsmålet |
Kunstig gravitationsstation
I Rusland blev det besluttet at oprette en privat rumstation, som vil have rum baseret på kunstig tyngdekraft. Alle faser af dens konstruktion er planlagt til at være afsluttet |
Rumdragt til at hoppe fra rummet
I øjeblikket opfattes en faldskærm som noget velkendt og taget for givet. Selvfølgelig er hovedideen med en faldskærm at redde en person ind |
System "Baikal"
Tilbage i 2001, på den 44. rumfartsmesse i Le Bourget, blev en teknologisk model af den russiske genanvendelige accelerator "Baikal" præsenteret. Han repræsenterede |
Russisk rumdragt af 5. generation
Et af de karakteristiske træk ved MAKS-2013 rumfartssalonen var den russiske 5. generation Orlan-MKS rumdragt præsenteret der. Udviklingen tilhører Zvezda Research and Production Enterprise, |
Russisk plasmaraketmotor vil åbne vejen til Mars
I 2016 annoncerede NPO Energomash og Kurchatov Institute Research Center deres hensigt om at implementere et projekt for en elektrodeløs plasmaraketmotor. I betragtning af oplægsholdernes hensigt |
Metal glas robot
Metallisk glas er et relativt nyt materiale, der kombinerer de strukturelle træk ved metal og glas. Essensen af teknologien er at danne en legering af |
EmDrive raketmotor: flyvning uden arbejdsvæske
Nyhedsbureauer spredte en besked om den vellykkede test af EmDrive-raketmotoren af NASA-specialister. En detaljeret beskrivelse af driftsprincippet for denne motor er ikke givet, men det er angivet |
Start køretøjet "Angara"
Tilbage i 1995 godkendte Rusland et projekt om at skabe en ny generation af løfteraketter til opsendelse af forskellige laster med masser ud i rummet |
Projekt MRKS-1
Luftfartsindustriens specialister er enige i den opfattelse, at eksisterende løfteraketter som leveringskøretøjer i kredsløb praktisk talt har udtømt sig selv. Der kræves grundlæggende nye |
Projekt "Spiral"
Som svar på arbejde påbegyndt af USA for at skabe et rumfly i 60'erne af det 20. århundrede, besluttede Sovjetunionens ledelse at starte |
Projekt "Prometheus"
Ideen om at bruge atomkernens energi til rumflyvninger blev udtrykt af Tsiolkovsky. Men i løbet af hans levetid havde ingen nogensinde forestillet sig |
MAKS projekt
I 1982, selv før Buran-Energia-systemets flyvning, analyserede generaldesigneren for NPO Molniya, Gleb Lozino-Lozinsky, mulighederne for at skabe rumfartssystemer. Han generaliserede |
Orion skibsprojekt
Project Orion er en ambitiøs idé om at bygge et rumfartøj drevet af atombombeeksplosioner. Denne idé blev udviklet |
Projekt "Buran": en fremtid, der ikke er kommet
Buran-projektet startede i 1976. USA lukkede derefter programmet for tunge raketter og orbitale stationer og skabte i al hast rumfærgen. |
An-325 projekt
Dem, der forstår flyvemaskiner, vil sikkert gerne rette os helt fra begyndelsen og sige, at der ikke eksisterer nogen An-325 og ikke er |
Sandheden om UFO'er
Et uidentificeret flyvende objekt, ofte forkortet som UFO eller UFO, er en usædvanlig, åbenlys anomali på himlen, som er svær for en observatør at identificere. UFO - |
Flyv ud i rummet - rumelevator
Rumrejser er stadig ekstremt dyre, farlige og miljøødelæggende. Kemisk drevne raketter tillader ikke radikale ændringer |
Flyvning til Mars i 2021
En gruppe unge specialister fra Rusland kom med en opsigtsvækkende udtalelse, der meddelte, at de i 2021 vil være i stand til at levere en bemandet flyvning til Mars og Venus. |
Hvorfor implementeres Leonovs kvantemotor ikke?
Noter vises med jævne mellemrum i pressen om den ukendte udvikling af Bryansk-videnskabsmanden Vladimir Semenovich Leonov. Forfatteren af Superunification Theory foreslog i det væsentlige et projekt for anti-tyngdekraft |
Plasmamotor til interplanetariske rumfartøjer
Som en del af udforskningen af Månen, Mars og andre objekter i det interplanetariske rum fik russisk kosmonautik til opgave at skabe rumfartøjer, der bruger høj kvalitet |
Udsigter for Angara-raketten
Den nye russiske tunge løfteraket Angara-A5 blev lanceret den 23. december fra Plesetsk-kosmodromen. Det vil starte i geostationær kredsløb om et lastrumfartøj, der vejer to Green Island - hemmeligheden bag Rostov-ved-DonIlluminati og Slangens BroderskabLunar projekt "Star" Zvezda-projektet er en udvikling af det sovjetiske måneprogram og stammer fra 1964 - 1974. Ifølge projektet skulle det udføres til Månen i... Vand fra den tynde luft En løsning på dette problem blev foreslået af det israelske firma Water-Gen. Ifølge dets repræsentanter skal du sørge for en vandkilde til enhver tid og... Mange teknologisk udviklede lande, især landene i Den Europæiske Union (inklusive Frankrig, Tyskland, Storbritannien), samt Japan, Kina, Ukraine, Indien, har udført og udfører forskning med det formål at skabe deres egne prøver af genanvendelige rumsystemer (Hermes, HOPE, "Zenger-2", HOTOL, ASSTS, RLV, Skylon, "Shenlong", "Sura" osv.) Desværre tænder økonomiske vanskeligheder rødt lys på disse projekter, ofte efter et betydeligt designarbejde er blevet udført. udført. Hermes -udviklet af European Space Agency rumskibsprojekt. Udviklingen startede officielt i november 1987, selvom projektet blev godkendt af den franske regering tilbage i 1978. Projektet skulle have søsat det første skib i 1995, men skiftende politiske situationer og vanskeligheder med finansiering førte til, at projektet blev lukket i 1993. Ikke et eneste skib er blevet bygget som dette. Det europæiske rumfartøj Hermes HORE - Japans rumfærge. Designet siden begyndelsen af 80'erne. Det var planlagt som et genanvendeligt firesædet rumfly med lodret opsendelse på et engangs N-2 løfteraket. Det blev betragtet som Japans vigtigste bidrag til ISS. Japansk rumfartøj HOPE X-30 National Aero-Space Plane (NASP) - et projekt af et lovende genanvendeligt rumfartøj- et enkelt-trins luft- og rumfartøj (AKS) af en ny generation med horisontal opsendelse og landing, udviklet af USA for at skabe et pålideligt og enkelt middel til masseopsendelse af mennesker og last ud i rummet. Projektet er blevet suspenderet, og der udføres i øjeblikket forskning i hypersoniske ubemandede eksperimentelle luftfartøjer (Boeing X-43) for at skabe en ramjet hypersonisk motor.
Programmet til at skabe det eksperimentelle X-33-apparat blev lanceret i juli 1996. NASA's entreprenør var Skunk Works-udviklingsafdelingen under Lockheed Martin Corporation. Det vandt kontrakten om at skabe en fundamentalt ny rumfærge, kaldet Venture Star. Efterfølgende blev dens forbedrede model testet, kaldet "X-33" og omgivet af et tæt slør af hemmeligholdelse. Kun nogle få karakteristika ved enheden er kendt. Startvægt -123 tons, længde -20 meter, bredde - 21,5 meter. To motorer af et fundamentalt nyt design gør det muligt for X-33 at overskride lydens hastighed med 1,5 gange. Enheden er en krydsning mellem et rumskib og et stratosfærisk fly. Udviklingen blev udført under banneret for at reducere omkostningerne ved at opsende nyttelast i rummet tidoblet, fra de nuværende 20 tusind dollars per kilogram til lidt over to tusinde. Programmet blev dog lukket i 2001, konstruktionen af en eksperimentel prototype blev ikke afsluttet. Til Venture Star (X-33) blev der udviklet en såkaldt wedge-air raketmotor.
Til venstre er en konventionel raketmotor, til højre er en kileluftraketmotor. Skylon er navnet på det engelske firma Reaction Engines Limiteds projekt, hvorefter der i fremtiden kan skabes et genanvendeligt ubemandet rumfartøj, som, som dets udviklere antager, vil muliggøre billig og pålidelig adgang til rummet. En foreløbig undersøgelse af dette projekt erkendte, at der ikke var nogen tekniske eller designmæssige fejl i det. Ifølge estimater vil Skylon reducere omkostningerne til fjernelse af last med 15-50 gange. Virksomheden søger i øjeblikket finansiering.
Som en del af NPO Molniyas initiativarbejde blev der under projektet skabt mindre og fuldskala dimensioner og vægtmodeller af den eksterne brændstoftank, dimensioner og vægt og teknologiske modeller af rumflyet. Til dato er der allerede brugt omkring 14 millioner dollars på projektet. Projektet er stadig muligt, hvis der er investorer. Clipper model på luftudstillingen i Le Bourget. Det russiske rumselskab Energia planlagde at lancere den første Parom-type interorbitale slæbebåd ud i rummet i 2009, men siden 2006 har der ikke været nogen officielle meddelelser eller publikationer dedikeret til udviklingen af dette projekt. Zarya - genanvendeligt multi-purpose rumfartøj, udviklet af RSC Energia i 1986-1989, hvis produktion aldrig blev startet på grund af en reduktion i finansieringen til rumprogrammer.
Jeg delte informationen med dig, som jeg "gravede op" og systematiserede. Samtidig er han slet ikke fattig og er klar til at dele yderligere, mindst to gange om ugen. Hvis du finder fejl eller unøjagtigheder i artiklen, så lad os det vide. Jeg vil være meget taknemmelig. Ingen relaterede indlæg. KommentarerAnmeldelser (10) om udvikling af lovende rumfartøjer stoppede halvvejs."E-mail: [e-mail beskyttet] anmærkning Levitator til rumturisme Samtidig bør landingen af lovende rumfartøjer også udføres på Ruslands territorium; i øjeblikket letter Soyuz-rumfartøjer fra Baikonur og lander også på Kasakhstans territorium. SE – statisk energioid til et kraftværk Fly til Mars Bliv på Mars I februar lancerede Space X løfteraketten Falcon Heavy. Lederen af virksomheden, Elon Musk, anses for at være et geni og en "visionær", men selv hans fantasier om at kolonisere Mars blegner i forhold til de projekter, der allerede er i fuld gang. Minearbejdere på en meteorit At tjene penge i rummet er en relativt ny idé. Det er svært at forvente, at big business vil være interesseret i rent videnskabelig forskning, så rumindustriens fremtid ligger netop i stigningen i kommercielle projekter - udforskningen af Amerikas store vidder var jo heller ikke dikteret så meget af tørsten efter viden som ved tørsten efter profit. Mineresourcer på en asteroide er den mest vovede og ambitiøse af alle mulige ideer til at blive rig på bekostning af udenjordiske ressourcer. Det mest slående eksempel på fremkomsten af en ny industri er de amerikanske virksomheder Deep Space Industries og Planetary Resources, til hvis projekter den luxembourgske regering bevilgede 200 millioner dollars. Ifølge eksisterende projekter vil minedrift på asteroider foregå i flere faser: påvisning af potentielt "interessante" himmellegemer, fjernmåling/prøveudtagning og, hvis asteroiden anses for at være "umværdig", udvinding af mineraler på den. Minedrift på en meteorit er ikke bare en fantasi: Planetary Resources' sonde, Arkyd-6, kom med succes ind i Jordens kredsløb tidligere i år. Det er en slags modul, der skal udvikle teknologien til at detektere himmellegemer, der potentielt er egnede til udvikling. Dernæst planlægger virksomheden at opsende Arkyd-100-enheden i kredsløb - en fuldgyldig satellit, fuldt udstyret til at detektere meteoritter, hvorefter Arkyd-200 og Arkyd-300 vil blive sendt direkte til himmellegemet, hvis formål vil være rekognoscering i umiddelbar nærhed af himmellegemet. Efter disse indledende forberedelser er det planlagt at sende mineskibe, der opererer i automatisk tilstand, til himmellegemet. Ifølge Planetary Resources vil menneskeheden kunne prale af sin første erfaring med rumboring i 2030.
Hvad er fordelene ved industriel asteroidminedrift? For det første kan de bruges til at udvinde vand og vandholdige stoffer - nødvendige råstoffer til produktion af raketbrændstof direkte i rummet. Og for det andet kan sådanne himmellegemer indeholde en masse grundstoffer, som er ekstremt sjældne på Jorden. For eksempel indeholdt asteroiden 2011 UW158, som fløj forbi vores planet i 2015, 5 billioner dollars i platin. Månebegravelse Mennesket er ikke evigt, og dets vej efter livet skal genovervejes i rumalderen. Det mener i hvert fald virksomheden Elysium Space, som planlægger at tilbyde tjenesten med at sende afdødes aske til Månen.
I stedet for at kigge ned på vores fødder, mindes vores kære og venner, kan vi se op til nattehimlens evige vidundere, velvidende at de mennesker, vi holder af, altid er hos os, står der på virksomhedens hjemmeside. For at drage fordel af denne usædvanlige service har virksomheden udviklet specielle miniurner, hvori en del af asken placeres, som derefter sendes ud i rummet. Elysium Space tilbyder to muligheder for en "rumbegravelse": den første, til en pris af $2.500, kaldet "Shooting Star", involverer at sende asken ud i kredsløb om Jorden, hvor de vil tilbringe omkring to år og kan spores i realtid ved hjælp af en smartphone app. Den anden er leveringen af asken til månen, hvor den vil hvile "i al evighed."
Opsendelsesdatoen for Star II-rumfartøjet, som vil sende miniurner i kredsløb, er ikke blevet specificeret, mens Lunar I-sonden skulle skynde sig til Jordens satellit i 2019. Drone og ubåd på Saturns måne I modsætning til de projekter og virksomheder, der er omtalt ovenfor, fokuserer det amerikanske rumfartsagentur NASA mere på forskningsmissioner, som, som det viser sig, kræver mere og mere fantasi og mod. Sådanne projekter inkluderer at sende en drone og en ubåd til Saturns måne Titan, det himmellegeme, som videnskabsmænd med størst sandsynlighed vil have liv på. Dragonfly-projektet blev udviklet på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory og er en af to finalister i New Frontiers solsysteom det bedste rummissionsdesign.
I modsætning til standard rovere, som bevæger sig ved hjælp af hjul, er Dragonfly en flyvende sonde; den bevæger sig i Titans tætte atmosfære ved hjælp af propeller, der løfter enheden op over satellittens overflade. Et andet kendetegn ved projektet er, at sonden skal operere på et atomkraftværk. På Titans overflade er der floder, søer og hele oceaner lavet af kulbrinter. At udforske mysterierne bag Saturns satellit er utænkeligt uden at dykke ned i denne afgrund. Det er grunden til, at NASA planlægger at skabe og udstyre en "rumubåd". Projektet ledes af specialister fra University of Washington, som har genskabt de forhold, som rumfartøjet vil møde på Titan, for at studere den mulige påvirkning af satellittens lidt undersøgte miljø på enheden.
Det er især lykkedes for forskere at finde ud af, at "kulbrintereservoirer" fryser ved en temperatur på -198 °C, hvilket betyder, at chancen for, at en ubåd vil kollidere med noget, der ligner et isbjerg, er minimal - dette letter markant opgaven med at designe en ubåd, hvis opsendelse er planlagt til Titan i den nærmeste fremtid.20 år. Første interstellare flyvning Søgen efter liv eller dets tegn i solsystemet er en af de primære opgaver for moderne videnskab, men det betyder ikke, at menneskeheden for altid opgiver flyvninger til stjernerne. Breakthrough Starshot-initiativet, ledet af den russiske milliardær Yuri Milner og den berømte britiske astrofysiker Stephen Hawking, involverer at sende nanosatellitter på lasersejl til Alpha Centauri, det nærmeste stjernesystem til Solen.
Alpha Centauri er omkring 4,37 lysår væk. Nanosatellitter vil i modsætning til store skibe være i stand til at overvinde enorme interstellare afstande på grund af deres ultralave masse ved en meget højere hastighed - omkring 20% af lysets hastighed. For at gøre projektet til virkelighed bevilgede Milner 100 millioner dollars. De nødvendige teknologier eksisterer endnu ikke, men ifølge videnskabsmænd har menneskeheden alle muligheder for at nå Alpha Centauri inden udgangen af det 21. århundrede. Rum elevator Et af fremtidens mest ambitiøse projekter, som radikalt og for altid vil ændre menneskehedens skæbne og tilgang til at se sig selv, er rumelevatoren. Ideen om en rumelevator blev først formuleret af den russiske videnskabsmand Konstantin Tsiolkovsky. Konventionelt er en rumelevator en struktur, hvor et kabel holdes i den ene ende på planetens overflade og i den anden på et stationært punkt i forhold til Jorden i kredsløb.
Massecentrum for en sådan elevator skal være i en højde på omkring 36 tusinde kilometer. Elevatorkablet skal være lavet af et materiale, der har et ekstremt højt forhold mellem trækstyrke og specifik densitet – det bedst egnede materiale til at bygge en rumelevator er kulstof nanorør, ofte kaldet materialet fra det 21. århundrede. Teknologien til at producere nanorør i industrielle mængder og derefter væve dem ind i kabler er dog lige begyndt at blive udviklet. Hvorfor var rumelevatoren på listen over ambitiøse, men stadig mere eller mindre tæt på implementeringsprojekter? Obayashi lover at skabe en rumelevator i 2050. Solsystemet har længe ikke været af særlig interesse for science fiction-forfattere. Men overraskende nok forårsager vores "hjemmehørende" planeter for nogle forskere ikke megen inspiration, selvom de endnu ikke er blevet praktisk udforsket. Efter knap at have åbnet et vindue ud i rummet, skynder menneskeheden sig ind i ukendte afstande, og ikke kun i drømme, som før. Dette hidtil usete program forventes at tiltrække forskere, ingeniører og entusiaster fra hele verden. Hvis alt lykkes, vil menneskeheden om 100 år være i stand til at bygge et interstellart skib, og vi vil bevæge os rundt i solsystemet som på sporvogne. Så hvilke problemer skal løses, for at stjerneflyvning bliver en realitet? Astronomi med automatiske rumfartøjer synes for nogle videnskabsmænd at være et næsten løst problem, mærkeligt nok. Og det på trods af, at det absolut ikke nytter noget at opsende automatiske maskiner til stjernerne med den nuværende sneglehastighed (ca. 17 km/s) og andet primitivt (til sådanne ukendte veje) udstyr. Nu har det amerikanske rumfartøj Pioneer 10 og Voyager 1 forladt solsystemet, og der er ikke længere nogen forbindelse med dem. Pioneer 10 bevæger sig mod stjernen Aldebaran. Hvis der ikke sker noget med den, vil den nå denne stjernes nærhed... om 2 millioner år. På samme måde kravler andre enheder hen over universets vidder. Så uanset om et skib er beboet eller ej, for at flyve til stjernerne kræver det høj hastighed, tæt på lysets hastighed. Dette vil dog hjælpe med at løse problemet med kun at flyve til de nærmeste stjerner. "Selv hvis det lykkedes os at bygge et rumskib, der kunne flyve med en hastighed tæt på lysets hastighed," skrev K. Feoktistov, "ville rejsetiden kun i vores galakse blive beregnet i årtusinder og titusinder af årtusinder, da dens diameter er omkring 100.000 lysår år. Men på Jorden vil der ske meget mere i denne tid." Ifølge relativitetsteorien er tidens gang i to systemer, der bevæger sig i forhold til hinanden, forskelligt. Da skibet over lange afstande vil nå at nå en hastighed meget tæt på lysets hastighed, vil tidsforskellen på Jorden og på skibet være særlig stor. Det antages, at det første mål for interstellare flyvninger vil være Alpha Centauri (et system af tre stjerner) - det tætteste på os. Med lysets hastighed kan du nå dertil om 4,5 år; på Jorden vil der gå ti år i løbet af denne tid. Men jo større afstanden er, jo større er tidsforskellen. Kan du huske den berømte "Andromeda Nebula" af Ivan Efremov? Der måles flyvning i år, og i terrestriske år. Et smukt eventyr, intet at sige. Men denne eftertragtede tåge (mere præcist Andromedagalaksen) er placeret i en afstand af 2,5 millioner lysår fra os.
Ifølge nogle beregninger vil rejsen tage astronauterne mere end 60 år (ifølge rumskibsure), men en hel æra vil passere på Jorden. Hvordan vil deres fjerne efterkommere hilse på rummet "neandertalere"? Og vil Jorden overhovedet være i live? Det vil sige, at det grundlæggende er meningsløst at vende tilbage. Men ligesom selve flyvningen: Vi skal huske, at vi ser Andromeda-tågen-galaksen, som den var for 2,5 millioner år siden - det er så længe dens lys rejser til os. Hvad er meningen med at flyve til et ukendt mål, som måske ikke har eksisteret i lang tid, i det mindste i samme form og på samme sted? Det betyder, at selv flyvninger med lysets hastighed kun er berettiget til relativt tætte stjerner. Enheder, der flyver med lysets hastighed, lever dog stadig kun i teorien, som ligner science fiction, omend den er videnskabelig. ET SKIB PÅ STØRRELSEN SOM EN PLANET Naturligvis kom videnskabsmændene først og fremmest på ideen om at bruge den mest effektive termonukleare reaktion i skibets motor - da den allerede var blevet delvist mestret (til militære formål). For tur-retur-kørsel tæt på lyshastigheden, selv med et ideelt systemdesign, kræves der dog et forhold mellem initial og endelig masse på mindst 10 til den tredivte potens. Det vil sige, at rumskibet vil ligne et enormt tog med brændstof på størrelse med en lille planet. Det er umuligt at sende sådan en kolos ud i rummet fra Jorden. Og det er også muligt at samle det i kredsløb; det er ikke for ingenting, at videnskabsmænd ikke diskuterer denne mulighed. Ideen om en fotonmotor, der bruger princippet om udslettelse af stof, er meget populær. Annihilation er transformationen af en partikel og en antipartikel ved deres kollision til nogle andre partikler, der er forskellige fra de oprindelige. Den mest undersøgte er udslettelse af en elektron og en positron, som genererer fotoner, hvis energi vil flytte rumskibet. Beregninger fra de amerikanske fysikere Ronan Keene og Wei-ming Zhang viser, at det baseret på moderne teknologier er muligt at skabe en udslettelsesmotor, der er i stand til at accelerere et rumfartøj til 70 % af lysets hastighed. Men yderligere problemer begynder. Desværre er det meget vanskeligt at bruge antistof som raketbrændstof. Under tilintetgørelsen opstår der udbrud af kraftig gammastråling, som er skadelig for astronauter. Derudover er kontakt af positronbrændstof med skibet fyldt med en dødelig eksplosion. Endelig er der endnu ikke teknologier til at opnå en tilstrækkelig mængde antistof og dets langtidsopbevaring: For eksempel "lever" antihydrogenatomet nu i mindre end 20 minutter, og produktionen af et milligram positroner koster 25 millioner dollars. Men lad os antage, at disse problemer med tiden kan løses. Du skal dog stadig bruge meget brændstof, og startmassen af fotonstjerneskibet vil være sammenlignelig med Månens masse (ifølge Konstantin Feoktistov). SEJLET ER REVET! Det mest populære og realistiske rumskib i dag anses for at være en solsejlbåd, hvis idé tilhører den sovjetiske videnskabsmand Friedrich Zander. Et solsejl (lys, foton) er en enhed, der bruger trykket fra sollys eller en laser på en spejloverflade til at drive et rumfartøj. På XXXVI International Astronomical Congress blev et projekt for et laserrumskib foreslået, hvis bevægelse er leveret af energien fra optiske lasere placeret i kredsløb omkring Merkur. Ifølge beregninger ville vejen for et rumskib af dette design til stjernen Epsilon Eridani (10,8 lysår) og tilbage tage 51 år. "Det er usandsynligt, at de data, der opnås fra rejser gennem vores solsystem, vil gøre væsentlige fremskridt i forståelsen af den verden, vi lever i. Naturligvis vender tanken sig mod stjernerne. Trods alt var det tidligere forstået, at flyvninger nær Jorden, flyvninger til andre planeter i vores solsystem ikke var det endelige mål. At bane vejen til stjernerne syntes at være hovedopgaven." Men uden for solsystemet vil sollystrykket nærme sig nul. Derfor er der et projekt for at accelerere en solsejlbåd ved hjælp af lasersystemer fra en eller anden asteroide. Alt dette er stadig teori, men de første skridt er allerede ved at blive taget. I 1993 blev et 20 meter bredt solsejl indsat for første gang på det russiske skib Progress M-15 som en del af Znamya-2-projektet. Ved docking af Progress med Mir-stationen installerede dens besætning en reflektorenhed om bord på Progress. Som et resultat skabte reflektoren et lyspunkt 5 km bredt, som passerede gennem Europa til Rusland med en hastighed på 8 km/s. Lyspletten havde en lysstyrke, der nogenlunde svarer til fuldmånen.
Så fordelen ved en solsejlbåd er manglen på brændstof om bord, ulemperne er sejlstrukturens sårbarhed: i det væsentlige er det en tynd folie strakt over en ramme. Hvor er garantien for, at sejlet ikke får huller fra kosmiske partikler undervejs? Sejlversionen kan være velegnet til opsendelse af automatiske sonder, stationer og fragtskibe, men er ikke egnet til bemandede returflyvninger. Der er andre rumskibsprojekter, men de minder på den ene eller anden måde om ovenstående (med de samme store problemer). OVERRASKELSER I INTERSTELLARUM Det ser ud til, at mange overraskelser venter på rejsende i universet. For eksempel, da det knap nåede ud over solsystemet, begyndte det amerikanske apparat Pioneer 10 at opleve en kraft af ukendt oprindelse, hvilket forårsagede svag opbremsning. Mange antagelser er blevet gjort, herunder de endnu ukendte virkninger af inerti eller endda tid. Der er stadig ingen klar forklaring på dette fænomen; en række hypoteser overvejes: fra simple tekniske (for eksempel reaktiv kraft fra en gaslækage i et apparat) til introduktionen af nye fysiske love. En anden enhed, Voyadger 1, opdagede et område med et stærkt magnetfelt på grænsen til solsystemet. I den får trykket af ladede partikler fra det interstellare rum det felt, der er skabt af Solen, til at blive tættere. Enheden registrerede også:
Mellemrummet mellem stjernerne er ikke tomt. Der er rester af gas, støv og partikler overalt. Når man forsøger at rejse tæt på lysets hastighed, vil hvert atom, der kolliderer med skibet, være som en kosmisk strålepartikel med høj energi. Niveauet af hård stråling under et sådant bombardement vil stige uacceptabelt selv under flyvninger til nærliggende stjerner. Og den mekaniske påvirkning af partikler ved sådanne hastigheder vil være som eksplosive kugler. Ifølge nogle beregninger vil hver centimeter af rumskibets beskyttelsesskærm kontinuerligt blive affyret med en hastighed på 12 skud i minuttet. Det er klart, at ingen skærm vil modstå en sådan eksponering over flere års flyvning. Eller det bliver nødt til at have en uacceptabel tykkelse (tiere og hundreder af meter) og masse (hundredetusinder af tons).
Faktisk vil rumfartøjet hovedsageligt bestå af denne skærm og brændstof, som vil kræve flere millioner tons. På grund af disse omstændigheder er det umuligt at flyve med sådanne hastigheder, især da du undervejs kan løbe ind i ikke kun støv, men også noget større, eller blive fanget i et ukendt gravitationsfelt. Og så er døden igen uundgåelig. Selvom det er muligt at accelerere rumskibet til sublight-hastighed, når det således ikke sit endelige mål – der vil være for mange forhindringer på vej. Derfor kan interstellare flyvninger kun udføres ved væsentligt lavere hastigheder. Men så gør tidsfaktoren disse flyvninger meningsløse. Det viser sig, at det er umuligt at løse problemet med at transportere materielle legemer over galaktiske afstande med hastigheder tæt på lysets hastighed. Det nytter ikke at bryde gennem rum og tid ved hjælp af en mekanisk struktur. MULBLAD HUL Science fiction-forfattere, der forsøgte at overvinde ubønhørlig tid, opfandt, hvordan man "gnaver huller" i rummet (og tiden) og "folder" det. De kom op med forskellige hyperrumspring fra et punkt i rummet til et andet, uden om mellemliggende områder. Nu har videnskabsmænd sluttet sig til science fiction-forfatterne. Fysikere begyndte at lede efter ekstreme tilstande af stof og eksotiske smuthuller i universet, hvor det er muligt at bevæge sig med superluminale hastigheder, i modsætning til Einsteins relativitetsteori.
Sådan opstod ideen om et ormehul. Dette hul samler to dele af universet, som en afskåret tunnel, der forbinder to byer adskilt af et højt bjerg. Desværre er ormehuller kun mulige i et absolut vakuum. I vores univers er disse huller ekstremt ustabile: de kan simpelthen kollapse, før rumfartøjet når dertil. For at skabe stabile ormehuller kan du dog bruge en effekt opdaget af hollænderen Hendrik Casimir. Det består i den gensidige tiltrækning af ledende uladede legemer under påvirkning af kvantesvingninger i et vakuum. Det viser sig, at vakuumet ikke er helt tomt, der er udsving i gravitationsfeltet, hvor partikler og mikroskopiske ormehuller spontant opstår og forsvinder. Tilbage er kun at opdage et af hullerne og strække det, placere det mellem to superledende kugler. Den ene mund af ormehullet vil forblive på Jorden, den anden vil blive flyttet af rumfartøjet med nærlyshastighed til stjernen - det endelige objekt. Det vil sige, at rumskibet så at sige vil bryde gennem en tunnel. Når stjerneskibet når sin destination, åbner ormehullet sig for virkelig lynhurtig interstellar rejse, hvis varighed vil blive målt i minutter. BOBOLE AF FORBINDELSE Beslægtet med ormehulsteorien er en kædeboble. I 1994 udførte den mexicanske fysiker Miguel Alcubierre beregninger efter Einsteins ligninger og fandt den teoretiske mulighed for bølgedeformation af det rumlige kontinuum. I dette tilfælde vil rummet komprimere foran rumfartøjet og samtidig udvide sig bag det. Rumskibet er så at sige placeret i en krumningsboble, der er i stand til at bevæge sig med ubegrænset hastighed. Det geniale ved ideen er, at rumfartøjet hviler i en boble af krumning, og relativitetslovene bliver ikke overtrådt. Samtidig bevæger selve krumningsboblen sig, hvilket lokalt forvrænger rum-tid. På trods af den manglende evne til at rejse hurtigere end lyset, er der intet til hinder for, at rummet bevæger sig, eller at rumtidsforvridning spredes hurtigere end lyset, hvilket er det, der menes at være sket umiddelbart efter Big Bang, da universet blev dannet. Alle disse ideer passer endnu ikke ind i rammen af moderne videnskab, men i 2012 annoncerede NASA-repræsentanter forberedelsen af en eksperimentel test af Dr. Alcubierres teori. Hvem ved, måske bliver Einsteins relativitetsteori en dag en del af en ny global teori. Når alt kommer til alt, er læringsprocessen uendelig. Det betyder, at vi en dag vil være i stand til at bryde gennem tornene til stjernerne. Irina GROMOVA |
