Cititorul nostru Nikita Ageev întreabă: care este principala problemă a zborurilor interstelare? Răspunsul, cum ar fi , va necesita un articol mare, deși la întrebare se poate răspunde cu un singur caracter: c .

Viteza luminii în vid, c, este de aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă și nu poate fi depășită. Prin urmare, este imposibil să ajungi la stele în mai puțin de câțiva ani (luminii durează 4.243 de ani pentru a ajunge la Proxima Centauri, așa că nava spațială nu poate ajunge și mai repede). Dacă adăugăm timpul pentru accelerare și decelerare cu o accelerație mai mult sau mai puțin acceptabilă pentru o persoană, atunci ajungem aproximativ zece ani la cea mai apropiată stea.

Care sunt condițiile pentru a zbura?

Și această perioadă este deja un obstacol semnificativ în sine, chiar dacă ignorăm întrebarea „cum să accelerăm la o viteză apropiată de viteza luminii”. Acum nu există nave spațiale care să permită echipajului să trăiască autonom în spațiu atât de mult timp - astronauților li se aduc în mod constant provizii proaspete de pe Pământ. De obicei, o conversație despre problemele călătoriei interstelare începe cu întrebări mai fundamentale, dar vom începe cu probleme pur aplicate.

Nici măcar la o jumătate de secol după zborul lui Gagarin, inginerii nu au putut crea o mașină de spălat și un duș destul de practic pentru nave spațiale, iar toaletele concepute pentru imponderabilitate se defectează pe ISS cu o regularitate de invidiat. Un zbor către cel puțin Marte (22 de minute lumină în loc de 4 ani lumină) reprezintă deja o sarcină non-trivială pentru proiectanții de instalații sanitare: așa că călătoria către stele va necesita cel puțin inventarea unei toalete spațiale cu o garanție de douăzeci de ani și aceeași spălare. mașinărie.

Apa pentru spălat, spălat și băut va trebui, de asemenea, fie luată cu tine, fie refolosită. La fel și aerul și alimentele trebuie să fie depozitate sau cultivate la bord. Au fost deja efectuate experimente pentru crearea unui ecosistem închis pe Pământ, dar condițiile lor sunt încă foarte diferite de cele din spațiu, cel puțin în prezența gravitației. Omenirea știe cum să transforme conținutul unui vas de cameră în pur bând apă, dar în acest caz, trebuie să puteți face acest lucru în gravitate zero, cu fiabilitate absolută și fără un camion încărcat de consumabile: ducerea unui camion încărcat de cartușe filtrante la stele este prea costisitoare.

Spălarea șosetelor și protejarea împotriva infecțiilor intestinale pot părea restricții prea banale, „non-fizice” privind zborurile interstelare – dar orice călător cu experiență va confirma că „lucrurile mărunte”, cum ar fi pantofii incomozi sau stomacul deranjat de la alimente necunoscute, într-o expediție autonomă, se pot transforma în o amenințare la adresa vieții.

Soluția chiar și la elementar probleme domestice necesită aceeași bază tehnologică serioasă ca și dezvoltarea unor motoare spațiale fundamental noi. Dacă pe Pământ o garnitură uzată dintr-un vas de toaletă poate fi cumpărată de la cel mai apropiat magazin pentru două ruble, atunci deja pe o navă spațială marțiană este necesar să se furnizeze fie o rezervă. toate piese similare sau o imprimantă tridimensională pentru producția de piese de schimb din materii prime universale din plastic.

În Marina SUA în 2013, în serios angajat în imprimarea 3D după evaluarea timpului şi costului reparaţiei echipamentelor militare folosind metode tradiţionale în domeniu. Armata a motivat că era mai ușor să tipăriți o garnitură rară pentru un ansamblu de elicopter care fusese întrerupt în urmă cu zece ani decât să comandați o piesă dintr-un depozit de pe alt continent.

Unul dintre cei mai apropiați asociați ai lui Korolev, Boris Chertok, a scris în memoriile sale „Rachete și oameni” că, la un moment dat, programul spațial sovietic s-a confruntat cu o lipsă de contacte. Conectorii fiabili pentru cablurile multifilare au trebuit să fie dezvoltați separat.

Pe lângă piesele de schimb pentru echipamente, alimente, apă și aer, astronauții vor avea nevoie de energie. Energia va fi necesară motorului și echipamentelor de bord, așa că problema unei surse puternice și fiabile va trebui rezolvată separat. Panouri solare nu sunt potrivite, fie doar din cauza distanței față de corpurile de iluminat aflate în zbor, generatoarele de radioizotopi (ele alimentează Voyagers și New Horizons) nu oferă puterea necesară unei nave spațiale mari cu echipaj și încă nu au învățat cum să producă reactoare nucleare cu adevărat pentru spațiu.

Programul sovietic de satelit cu propulsie nucleară a fost afectat de un scandal internațional în urma căderii lui Kosmos-954 în Canada, precum și de o serie de eșecuri cu consecințe mai puțin dramatice; lucrări similare în SUA au fost reduse chiar mai devreme. Acum, Rosatom și Roskosmos intenționează să creeze o centrală nucleară spațială, dar acestea sunt încă instalații pentru zboruri scurte și nu o călătorie pe termen lung către un alt sistem stelar.

Poate că, în locul unui reactor nuclear, tokamak-urile vor fi folosite în viitoarele nave interstelare. Despre cât de dificil este să determinați cel puțin corect parametrii unei plasme termonucleare, la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova în această vară. Apropo, proiectul ITER pe Pământ progresează cu succes: chiar și cei care au intrat astăzi în primul an au toate șansele să se alăture lucrărilor la primul reactor termonuclear experimental cu un bilanț energetic pozitiv.

Ce să zbori?

Motoarele de rachete obișnuite nu sunt potrivite pentru accelerarea și decelerația unei nave spațiale interstelare. Cei care sunt familiarizați cu cursul de mecanică, care este predat la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova în primul semestru, pot calcula independent de cât combustibil va avea nevoie o rachetă pentru a ajunge la cel puțin o sută de mii de kilometri pe secundă. Pentru cei care nu sunt încă familiarizați cu ecuația Tsiolkovsky, vom anunța imediat rezultatul - masa rezervoarelor de combustibil este semnificativ mai mare decât masa sistemului solar.

Este posibil să se reducă alimentarea cu combustibil prin creșterea vitezei la care motorul ejectează fluidul de lucru, gazul, plasmă sau altceva, până la un fascicul de particule elementare. În prezent, propulsoarele cu plasmă și ionii sunt utilizate în mod activ pentru zborurile stațiilor interplanetare automate din cadrul sistemului solar sau pentru corectarea orbitei sateliților geostaționari, dar au o serie de alte dezavantaje. În special, toate astfel de motoare dau prea puțină tracțiune, până acum nu pot oferi navei o accelerație de câțiva metri pe secundă pătrat.

Prorectorul MIPT Oleg Gorshkov este unul dintre experții recunoscuți în domeniul motoarelor cu plasmă. Motoarele din seria SPD sunt produse la Fakel Design Bureau, acestea sunt produse de serie pentru corectarea orbitei sateliților de comunicații.

În anii 1950, se dezvolta un proiect de motor care să folosească impulsul unei explozii nucleare (Proiectul Orion), dar este departe de a fi o soluție gata făcută pentru zborurile interstelare. Și mai puțin dezvoltat este designul motorului, care folosește efectul magnetohidrodinamic, adică accelerează datorită interacțiunii cu plasma interstelară. Teoretic, nava spațială ar putea „aspira” plasma și o ar putea arunca înapoi odată cu crearea propulsiei jetului, dar există o altă problemă.

Cum să supraviețuiești?

Plasma interstelară este în primul rând protoni și nuclee de heliu, dacă luăm în considerare particulele grele. Când se deplasează la viteze de ordinul a sute de mii de kilometri pe secundă, toate aceste particule dobândesc energie în megaelectronvolți sau chiar zeci de megaelectronvolți - aceeași cantitate ca și produsele reacțiilor nucleare. Densitatea mediului interstelar este de aproximativ o sută de mii de ioni pe metru cub, ceea ce înseamnă că într-o secundă un metru pătrat din pielea navei va primi aproximativ 10 13 protoni cu energii de zeci de MeV.

Un electron volt, eV,― aceasta este energia pe care o dobândește un electron când zboară de la un electrod la altul cu o diferență de potențial de un volt. Quantele de lumină au o astfel de energie, iar cuantele ultraviolete cu energie mai mare sunt deja capabile să dăuneze moleculelor de ADN. Radiațiile sau particulele cu energii în megaelectronvolți însoțesc reacțiile nucleare și, în plus, sunt ele însele capabile să le provoace.

O astfel de iradiere corespunde unei energii absorbite (presupunând că toată energia este absorbită de piele) de zeci de jouli. Mai mult, această energie va veni nu doar sub formă de căldură, ci poate fi parțial cheltuită pentru inițierea reacțiilor nucleare în materialul navei cu formarea de izotopi de scurtă durată: cu alte cuvinte, pielea va deveni radioactivă.

O parte din protonii incidenti și nucleele de heliu pot fi deviate în lateral de un câmp magnetic, iar un înveliș complex de mai multe straturi poate fi protejat de radiațiile induse și radiațiile secundare, dar nici aceste probleme nu au fost încă rezolvate. În plus, dificultățile fundamentale ale formei „ce material va fi cel mai puțin distrus prin iradiere” în etapa de întreținere a navei în zbor se vor transforma în probleme speciale - „cum să deșurubați patru șuruburi cu 25 într-un compartiment cu un fundal de cincizeci milisievert pe oră”.

Amintiți-vă că în timpul ultimei reparații a telescopului Hubble, astronauții nu au reușit la început să deșurubați cele patru șuruburi care fixau una dintre camere. După ce au discutat cu Pământul, au înlocuit cheia dinamometrică cu o cheie obișnuită și au aplicat forță brută. Șuruburile au început să se miște, camera a fost înlocuită cu succes. Dacă șurubul blocat ar fi fost smuls în același timp, a doua expediție ar fi costat jumătate de miliard de dolari. Sau nu s-ar fi întâmplat deloc.

Există soluții alternative?

În science fiction (adesea mai mult fantezie decât știință), călătoria interstelară se realizează prin „tunele subspațiale”. Formal, ecuațiile lui Einstein, care descriu geometria spațiului-timp în funcție de masa și energia distribuită în acest spațiu-timp, permit într-adevăr ceva similar - doar costurile estimate ale energiei sunt și mai deprimante decât estimările cantității de combustibil pentru rachete pentru o rachetă. zbor spre Proxima Centauri. Nu numai că este nevoie de multă energie, dar și densitatea energetică trebuie să fie negativă.

Întrebarea dacă este posibil să se creeze o „găură de vierme” stabilă, mare și posibilă energetic este legată de întrebări fundamentale despre structura Universului în ansamblu. Una dintre problemele fizice nerezolvate este lipsa gravitației în așa-numitul Model Standard - o teorie care descrie comportamentul particulelor elementare și trei dintre cele patru interacțiuni fizice fundamentale. Marea majoritate a fizicienilor sunt destul de sceptici cu privire la faptul că în teoria cuantica gravitația are loc pentru „sărituri în hiperspațiu” interstelare, dar, strict vorbind, nimeni nu interzice încercarea de a găsi o soluție pentru a zbura către stele.

Sistemul solar nu a fost de multă vreme de interes special pentru scriitorii de science fiction. Dar, în mod surprinzător, planetele noastre „native” nu provoacă prea multă inspirație pentru unii oameni de știință, deși nu au fost încă explorate practic.

După ce abia a tăiat o fereastră în spațiu, umanitatea este sfâșiată în distanțe necunoscute și nu numai în vise, ca înainte.
De asemenea, Serghei Korolev a promis că va zbura în curând în spațiu „pe un bilet de sindicat”, dar această frază are deja o jumătate de secol, iar odiseea spațiului este încă soarta elitei - de asemenea plăcere scumpă. Cu toate acestea, în urmă cu doi ani, HACA a lansat un proiect grandios Nava de 100 de ani, care presupune crearea treptată și pe termen lung a unei fundații științifice și tehnice pentru zborurile spațiale.

Acest program fără precedent ar trebui să atragă oameni de știință, ingineri și entuziaști din întreaga lume. Dacă totul va avea succes, în 100 de ani omenirea va putea construi o navă interstelară și ne vom mișca în jurul sistemului solar ca tramvaiele.

Deci, care sunt problemele care trebuie rezolvate pentru ca zborul stelar să devină realitate?

TIMPUL SI VITEZA SUNT RELATIVE

Oricât de ciudat ar părea, astronomia vehiculelor automate pare unor oameni de știință a fi o problemă aproape rezolvată. Și asta în ciuda faptului că nu are absolut niciun rost să lansăm automate către stele cu viteze actuale de melc (aproximativ 17 km / s) și alte echipamente primitive (pentru astfel de drumuri necunoscute).

Acum navele spațiale americane Pioneer 10 și Voyager 1 au părăsit sistemul solar, nu mai există nicio legătură cu ele. Pioneer 10 se îndreaptă către steaua Aldebaran. Dacă nu i se va întâmpla nimic, va ajunge în vecinătatea acestei stele... peste 2 milioane de ani. În același mod, târăște-te prin întinderile Universului și alte dispozitive.

Deci, indiferent dacă o navă este sau nu locuibilă, pentru a zbura spre stele, are nevoie de o viteză mare apropiată de viteza luminii. Cu toate acestea, acest lucru va ajuta la rezolvarea problemei de a zbura numai către cele mai apropiate stele.

„Chiar dacă am reuși să construim o navă stelară care ar putea zbura cu o viteză apropiată de viteza luminii”, a scris K. Feoktistov, „timpul de călătorie numai în Galaxia noastră va fi calculat în milenii și zeci de milenii, din moment ce diametrul său. este de aproximativ 100.000 de ani lumină. Dar pe Pământ vor trece mult mai multe în această perioadă.

Conform teoriei relativității, cursul timpului în două sisteme care se mișcă unul față de celălalt este diferit. Deoarece la distanțe mari nava va avea timp să dezvolte o viteză foarte apropiată de viteza luminii, diferența de timp pe Pământ și pe navă va fi deosebit de mare.

Se presupune că primul obiectiv al zborurilor interstelare va fi alfa Centauri (un sistem de trei stele) - cel mai apropiat de noi. Cu viteza luminii, poți zbura acolo în 4,5 ani, pe Pământ vor trece zece ani în acest timp. Dar cu cât distanța este mai mare, cu atât diferența de timp este mai mare.

Îți amintești de celebra Nebuloasă Andromeda de Ivan Efremov? Acolo, zborul se măsoară în ani, iar cei pământești. O poveste frumoasa, cel putin. Cu toate acestea, această nebuloasă râvnită (mai precis, galaxia Andromeda) este situată la o distanță de 2,5 milioane de ani lumină de noi.

Potrivit unor calcule, călătoria astronauților va dura mai bine de 60 de ani (după orele navei stelare), dar pe Pământ va trece o eră întreagă. Cum vor fi întâmpinați „neanderthalienii” spațiului de descendenții lor îndepărtați? Și va fi Pământul viu? Adică, întoarcerea este practic lipsită de sens. Cu toate acestea, ca și zborul în sine: trebuie să ne amintim că vedem galaxia Andromeda așa cum era acum 2,5 milioane de ani - atât de mult din lumina sa ajunge la noi. Ce rost are să zbori către o țintă necunoscută, care, poate, nu mai există de mult timp, în orice caz, în forma ei anterioară și în vechiul loc?

Aceasta înseamnă că chiar și zborurile cu viteza luminii sunt justificate doar până la stelele relativ apropiate. Cu toate acestea, vehiculele care zboară cu viteza luminii, trăiesc până acum doar într-o teorie care seamănă cu science-fiction, totuși științifică.

O NAVĂ DE DIMENSIUNEA PLANETEI

Desigur, în primul rând, oamenii de știință au venit cu ideea de a folosi cea mai eficientă reacție termonucleară în motorul navei - așa cum a fost deja stăpânită parțial (în scopuri militare). Cu toate acestea, pentru călătoriile dus-întors la viteza luminii apropiate, chiar și cu un design de sistem ideal, este necesar un raport dintre masa inițială și masa finală de cel puțin 10 până la cea de-a treizecea putere. Adică, nava spațială va arăta ca un tren uriaș cu combustibil de dimensiunea unei planete mici. Este imposibil să lansezi un astfel de colos în spațiu de pe Pământ. Da, și colectați pe orbită - de asemenea, nu degeaba oamenii de știință nu discută această opțiune.

Ideea unui motor fotonic care folosește principiul anihilării materiei este foarte populară.

Anihilarea este transformarea unei particule și a unei antiparticule în timpul ciocnirii lor în orice alte particule care sunt diferite de cele originale. Cea mai studiată este anihilarea unui electron și a unui pozitron, care generează fotoni, a căror energie va mișca nava spațială. Calculele fizicienilor americani Ronan Keane și Wei-ming Zhang arată că, pe baza tehnologiilor moderne, este posibil să se creeze un motor de anihilare capabil să accelereze o navă spațială la 70% din viteza luminii.

Totuși, încep și alte probleme. Din păcate, folosirea antimateriei ca combustibil pentru rachete este foarte dificilă. În timpul anihilării, apar fulgerări ale celor mai puternice radiații gamma, care sunt dăunătoare pentru astronauți. În plus, contactul combustibilului cu pozitroni cu nava este plin de o explozie fatală. În cele din urmă, nu există încă tehnologii care să obțină suficientă antimaterie și să o depoziteze pentru o lungă perioadă de timp: de exemplu, un atom de antihidrogen „trăiește” acum mai puțin de 20 de minute, iar producția unui miligram de pozitroni costă 25 de milioane de dolari.

Dar, să presupunem, în timp, aceste probleme pot fi rezolvate. Cu toate acestea, va fi în continuare nevoie de mult combustibil, iar masa de pornire a unei nave fotonice va fi comparabilă cu masa Lunii (conform lui Konstantin Feoktistov).

VELA RUPTĂ!

Cea mai populară și realistă navă de astăzi este considerată o barcă cu pânze solară, a cărei idee îi aparține savantului sovietic Friedrich Zander.

O velă solară (luminoasă, fotonică) este un dispozitiv care utilizează presiunea luminii solare sau un laser pe suprafața unei oglinzi pentru a propulsa o navă spațială.
În 1985, fizicianul american Robert Forward a propus proiectarea unei sonde interstelare accelerată de energia microundelor. Proiectul prevedea ca sonda să ajungă la cele mai apropiate stele în 21 de ani.

La cel de-al XXXVI-lea Congres Astronomic Internațional a fost propus un proiect pentru o navă spațială cu laser, a cărei mișcare este asigurată de energia laserelor optice situate pe orbită în jurul lui Mercur. Potrivit calculelor, drumul unei nave spațiale cu acest design până la steaua Epsilon Eridani (10,8 ani lumină) și înapoi ar dura 51 de ani.

„Este puțin probabil să reușim să facem progrese semnificative în înțelegerea lumii în care trăim, pe baza datelor obținute din călătoriile în sistemul nostru solar. Desigur, gândul se îndreaptă către stele. La urma urmei, mai devreme s-a înțeles că zborurile în jurul Pământului, zborurile către alte planete ale sistemului nostru solar nu sunt scopul final. A deschide calea către stele părea a fi sarcina principală.

Aceste cuvinte nu aparțin unui scriitor de science-fiction, ci designerului și cosmonautului de nave spațiale Konstantin Feoktistov. Potrivit omului de știință, nu se va găsi nimic deosebit de nou în sistemul solar. Și asta în ciuda faptului că omul a zburat până acum doar pe Lună...

Cu toate acestea, în afara sistemului solar, presiunea luminii solare se va apropia de zero. Prin urmare, există un proiect de accelerare a unei barca cu pânze solare cu sisteme laser de la un asteroid.

Toate acestea sunt încă teorie, dar primii pași sunt deja făcuți.

În 1993 pe nava ruseasca„Progress M-15”, ca parte a proiectului „Znamya-2”, a fost desfășurată pentru prima dată o velă solară de 20 de metri lățime. La andocarea Progress cu stația Mir, echipajul său a instalat o unitate de desfășurare a reflectoarelor la bordul Progress. Drept urmare, reflectorul a creat un punct luminos de 5 km lățime, care a trecut prin Europa până în Rusia cu o viteză de 8 km/s. Peticul de lumină avea o luminozitate aproximativ echivalentă cu cea a lunii pline.

Deci, avantajul unei barca cu pânze solare este lipsa combustibilului la bord, dezavantajele sunt vulnerabilitatea designului pânzei: de fapt, este o folie subțire întinsă peste un cadru. Unde este garanția că vela nu va primi găuri de la particulele cosmice pe parcurs?

Versiunea cu vele poate fi potrivită pentru lansarea de sonde robotizate, stații și nave de marfă, dar nu este potrivită pentru zborurile de întoarcere cu echipaj. Există și alte modele de nave stelare, dar ele seamănă cumva cu cele de mai sus (cu aceleași probleme masive).

SURPRIZE ÎN SPATIUL INTERSTELAR

Se pare că multe surprize îi așteaptă pe călători în univers. De exemplu, tocmai aplecându-se în afara sistemului solar, dispozitivul american „Pioneer-10” a început să experimenteze o forță de origine necunoscută, provocând o decelerare slabă. Au fost făcute multe sugestii, până la efectele încă necunoscute ale inerției sau chiar ale timpului. Nu există încă o explicație clară pentru acest fenomen, sunt luate în considerare o varietate de ipoteze: de la cele tehnice simple (de exemplu, forța reactivă de la o scurgere de gaz într-un aparat) până la introducerea de noi legi fizice.

O altă navă spațială, Voyager 1, a detectat o zonă cu un câmp magnetic puternic la marginea sistemului solar. În ea, presiunea particulelor încărcate din spațiul interstelar determină îngroșarea câmpului creat de Soare. Dispozitivul a mai înregistrat:

• o creștere a numărului de electroni de înaltă energie (de aproximativ 100 de ori) care pătrund în sistemul solar din spațiul interstelar;
• o creștere bruscă a nivelului razelor cosmice galactice - particule încărcate cu energie înaltă de origine interstelară.

Și asta este doar o picătură în ocean! Cu toate acestea, chiar și ceea ce se știe astăzi despre oceanul interstelar este suficient pentru a pune la îndoială însăși posibilitatea de a naviga în univers.

Spațiul dintre stele nu este gol. Peste tot există resturi de gaz, praf, particule. Când încercați să vă mișcați cu o viteză apropiată de viteza luminii, fiecare atom care se ciocnește cu nava va fi ca o particulă de raze cosmice de înaltă energie. Nivelul de radiații dure în timpul unui astfel de bombardament va crește inacceptabil chiar și în timpul zborurilor către cele mai apropiate stele.

Și impactul mecanic al particulelor la astfel de viteze va fi asemănat cu gloanțe explozive. Conform unor calcule, fiecare centimetru al ecranului de protecție al navei ar fi tras în mod continuu cu o rată de 12 focuri pe minut. Este clar că niciun ecran nu poate rezista la o asemenea expunere timp de câțiva ani de zbor. Sau va trebui să aibă o grosime inacceptabilă (zeci și sute de metri) și o masă (sute de mii de tone).

De fapt, atunci nava va consta în principal din acest ecran și combustibil, care va necesita câteva milioane de tone. Datorită acestor împrejurări, zborurile cu astfel de viteze sunt imposibile, cu atât mai mult cu cât pe parcurs poți să dai peste praf, ci și cu ceva mai mare, sau să fii prins într-un câmp gravitațional necunoscut. Și apoi moartea este din nou inevitabilă. Astfel, chiar dacă este posibilă accelerarea navei spațiale la viteza subluminală, aceasta nu va atinge obiectivul final - vor fi prea multe obstacole pe drum. Prin urmare, zborurile interstelare pot fi efectuate doar la viteze semnificativ mai mici. Dar apoi factorul timp face ca aceste zboruri să nu aibă sens.

Se dovedește că este imposibil de rezolvat problema transportului corpurilor materiale pe distanțe galactice la viteze apropiate de viteza luminii. Nu are sens să străpungi spațiul și timpul cu ajutorul unei structuri mecanice.

GAURA DE CATIȚĂ

Science-fiction, încercând să depășească timpul inexorabil, a inventat cum să „rodă găuri” în spațiu (și timp) și să-l „plieze”. Au venit cu o varietate de salturi de hiperspațiu dintr-un punct al spațiului în altul, ocolind zonele intermediare. Acum oamenii de știință s-au alăturat scriitorilor de science fiction.

Fizicienii au început să caute stări extreme ale materiei și lacune exotice în univers, unde te poți mișca cu o viteză superluminală contrară teoriei relativității a lui Einstein.

Așa s-a născut ideea găurii de vierme. Această vizuină leagă cele două părți ale Universului ca un tunel sculptat care leagă două orașe separate de un munte înalt. Din păcate, găurile de vierme sunt posibile doar în vid absolut. În universul nostru, aceste vizuini sunt extrem de instabile: pur și simplu se pot prăbuși înainte ca o navă spațială să ajungă acolo.

Totuși, pentru a crea găuri de vierme stabile, poți folosi efectul descoperit de olandezul Hendrik Casimir. Constă în atracția reciprocă a corpurilor neîncărcate conducătoare sub acțiunea oscilațiilor cuantice în vid. Se dovedește că vidul nu este complet gol, există fluctuații în câmpul gravitațional în care particulele și găurile de vierme microscopice apar și dispar spontan.

Rămâne doar să găsiți una dintre găuri și să o întindeți, așezând-o între două bile supraconductoare. O gură a găurii de vierme va rămâne pe Pământ, cealaltă va fi mutată de nava spațială cu o viteză apropiată de lumina până la stea - obiectul final. Adică, nava spațială va pătrunde, parcă, printr-un tunel. Odată ce nava ajunge la destinație, gaura de vierme se va deschide pentru o călătorie interstelară cu o viteză fulgerătoare, a cărei durată va fi calculată în minute.

BUBILĂ DE URZEZI

Asemănător cu teoria curburii bulelor găurilor de vierme. În 1994, fizicianul mexican Miguel Alcubierre a efectuat calcule conform ecuațiilor lui Einstein și a găsit posibilitatea teoretică de deformare a undelor a continuumului spațial. În acest caz, spațiul se va micșora în fața navei spațiale și simultan se va extinde în spatele acesteia. Nava, așa cum spune, este plasată într-o bulă de curbură, capabilă să se miște cu o viteză nelimitată. Geniul ideii este că nava spațială se odihnește într-o bula de curbură, iar legile teoriei relativității nu sunt încălcate. În același timp, bula de curbură în sine se mișcă, distorsionând local spațiu-timp.

În ciuda imposibilității de a călători mai repede decât lumina, nimic nu împiedică spațiul să se miște sau să propage curbele spațiu-timp mai repede decât lumina, ceea ce se crede că s-a întâmplat imediat după Big Bang la formarea Universului.

Toate aceste idei nu se încadrează încă în cadrul științei moderne, dar în 2012, reprezentanții NASA au anunțat pregătirea unui test experimental al teoriei dr. Alcubierre. Cine știe, poate că teoria relativității a lui Einstein va deveni într-o zi parte a unei noi teorii globale. La urma urmei, procesul de învățare este nesfârșit. Așadar, într-o zi vom putea străpunge spinii până la stele.

Irina GROMOVA

De la elicoptere și nave spațiale până la particule elementare, iată 25 dintre cele mai rapide lucruri din lume.

25. Cel mai rapid tren

Trenul japonez JR-Maglev a atins o viteză de peste 581 de kilometri pe oră folosind levitația magnetică.

24. Cel mai rapid roller coaster


Formula Rossa (Formula Rossa), construită recent în Dubai, permite aventurierii să atingă viteze de 240 de kilometri pe oră.

23. Cel mai rapid lift


Lifturile din Turnul Taipei din Taiwan transportă oamenii în sus și în jos cu viteze de 60 de kilometri pe oră.

22. Cea mai rapidă mașină de producție


Bugatti Veyron EB 16.4 (Bugatti Veyron EB 16.4), care accelerează până la 430 de kilometri pe oră, este cea mai rapidă mașină din lume aprobată pentru utilizare pe drumurile publice.

21. Cea mai rapidă mașină fără serie


Pe 15 octombrie 1997, un vehicul propulsat de rachete Thrust SSC a spart bariera sunetului din deșertul Nevada.

20. Cel mai rapid avion cu echipaj


US Air Force X-15 nu numai că accelerează până la o viteză impresionantă de 7.270 de kilometri pe oră, dar și planează atât de sus, încât câțiva dintre piloții săi au primit „aripi” de astronauți de la NASA.

19. Cea mai rapidă tornadă


Tornada de lângă Oklahoma City a fost cea mai rapidă din punct de vedere al vitezei vântului, ajungând la 480 de kilometri pe oră.

18. Cel mai rapid om


În 2009, sprinterul jamaican Usain Bolt a stabilit recordul mondial de 100 m în 9,58 secunde.

17. Cea mai rapidă femeie


În 1988, americanca Florence Griffith-Joyner a alergat la 100 m în 10,49 secunde, un record pe care nimeni nu l-a doborât încă.

16. Cel mai rapid animal terestru


Pe lângă faptul că gheparzii aleargă rapid (120 de kilometri pe oră), ei sunt, de asemenea, capabili să accelereze mai repede decât majoritatea mașinilor de serie (de la 0 la 100 de kilometri pe oră în 3 secunde).

15. Cel mai rapid peste


Unii indivizi din speciile de barca cu pânze pot accelera cu până la 112 kilometri pe oră.

14. Cea mai rapidă pasăre


Soimul pelerin este si cel mai rapid animal din lume si poate depasi viteze de 325 de kilometri pe ora.

13. Cel mai rapid computer


Deși, cel mai probabil, acest record va fi doborât până când veți citi acest articol, Milky Way-2 din China este cel mai rapid computer din lume.

12. Cel mai rapid submarin


Este dificil să înregistrezi înregistrări în astfel de lucruri, deoarece informațiile despre submarine sunt de obicei păstrate secrete. Cu toate acestea, conform unor estimări, submarinul sovietic K-162 a dezvoltat cea mai mare viteză în 1969. Viteza era de aproximativ 44 de noduri.

11. Cel mai rapid elicopter


În iulie 2010, Sikorsky X2 a stabilit un nou record de viteză peste West Palm Beach - 415 kilometri pe oră.

10. Cea mai rapidă barcă


Recordul mondial de viteză pe apă este viteza maximă recunoscută oficial dezvoltată de transportul pe apă. Pe acest moment deținătorul recordului este Spirit of Australia, care a ajuns la 511 kilometri pe oră.

9. Cel mai rapid sport cu racheta


La badminton, volanul poate atinge viteze de peste 320 de kilometri pe oră.

8. Cel mai rapid transport terestru


Derapajele rachetelor militare ating viteze mai mari de Mach 8 (9800 de kilometri pe oră).

7. Cea mai rapidă navă spațială


În spațiu, viteza poate fi măsurată doar în raport cu alte obiecte. Având în vedere acest lucru, cea mai rapidă navă spațială care se deplasează de la Soare cu o viteză de 62.000 de kilometri pe oră este Voyager 1 (Voyager 1).

6. Cel mai rapid mâncător


Joey "Jaws" Chestnut (Joey "Jaws" Chestnut) este recunoscut în prezent Federația Internațională Campion mondial al Federației Internaționale a Competitive Eating după ce a mâncat 66 de hot dog în 12 minute.

5. Cel mai rapid crash test


Pentru a determina ratingul de siguranță, EuroNCAP își efectuează de obicei testele de impact la viteze de 60 de kilometri pe oră. Cu toate acestea, în 2011, au decis să mărească viteza la 190 de kilometri pe oră. Doar pentru distractie.

4. Cel mai rapid chitarist


John Taylor a stabilit un nou record mondial perfecționând Flight of the Bumblebee la 600 bpm.

3. Cel mai rapid rapper


No Clue a câștigat titlul de „cel mai rapid rapper” în Cartea Recordurilor Guinness, când a rostit 723 de silabe în 51,27 secunde. Vorbea cam 14 silabe pe secundă.

2. Cea mai mare viteză


Din punct de vedere tehnic, cea mai mare viteză din univers este viteza luminii. Cu toate acestea, există câteva avertismente care ne aduc la primul punct...

1. Cea mai rapidă particulă elementară


În ciuda faptului că aceasta este o afirmație controversată, oamenii de știință de la Centrul European de Cercetare Nucleară au efectuat recent experimente în care muonii neutrini au acoperit distanța dintre Geneva, Elveția și Gran Sasso, Italia, cu câteva nanosecunde mai repede decât lumina. Cu toate acestea, deocamdată, fotonul este încă considerat regele vitezei.

Astăzi, zborurile spațiale nu aparțin poveștilor fantastice, dar, din păcate, o navă spațială modernă este încă foarte diferită de cele prezentate în filme.

Acest articol este destinat persoanelor peste 18 ani.

Ai deja peste 18 ani?

nave spațiale rusești și

Navele spațiale ale viitorului

Nava spațială: ce este

Pe

Navă spațială, cum funcționează?

Masa navelor spațiale moderne este direct legată de cât de sus zboară. Sarcina principală a navelor spațiale cu echipaj este siguranța.

Vehiculul de coborâre SOYUZ a devenit prima serie spațială Uniunea Sovietică. În această perioadă, a avut loc o cursă a înarmărilor între URSS și SUA. Dacă comparăm dimensiunea și abordarea problemei construcției, atunci conducerea URSS a făcut totul pentru cucerirea rapidă a spațiului. Este clar de ce dispozitive similare nu sunt construite astăzi. Este puțin probabil ca cineva să se angajeze să construiască după o schemă în care nu există spațiu personal pentru astronauți. Navele spațiale moderne sunt echipate atât cu camere de odihnă pentru echipaj, cât și cu o capsulă de coborâre, a cărei sarcină principală este să o facă cât mai moale în momentul în care se efectuează aterizarea.

Prima navă spațială: istoria creației

Ciolkovski este considerat pe bună dreptate părintele astronauticii. Pe baza învățăturilor sale, Goddrad a construit un motor de rachetă.

Oamenii de știință care au lucrat în Uniunea Sovietică au fost primii care au proiectat și au putut să alerge satelit artificial. De asemenea, au fost primii care au inventat posibilitatea lansării unei creaturi vii în spațiu. Statele realizează că Uniunea a fost prima care a creat aeronave capabil să meargă în spațiu cu un bărbat. Părintele științei rachetelor se numește pe bună dreptate Korolev, care a intrat în istorie drept cel care și-a dat seama cum să învingă gravitația și a fost capabil să creeze prima navă spațială cu echipaj. Astăzi, chiar și copiii știu în ce an a fost lansată prima navă cu o persoană la bord, dar puțini oameni își amintesc contribuția Reginei la acest proces.

Echipajul și siguranța lor în timpul zborului

Sarcina principală astăzi este siguranța echipajului, deoarece petrec mult timp la altitudinea de zbor. Când construiți o aeronavă, este important din ce metal este făcută. Următoarele tipuri de metale sunt utilizate în știința rachetelor:

1. Aluminiu - vă permite să măriți semnificativ dimensiunea navei spațiale, deoarece este ușoară.
2. Fier - face față perfect tuturor sarcinilor de pe carena navei.
3. Cuprul are o conductivitate termică ridicată.
4. Argint - leagă în mod fiabil cuprul și oțelul.
5. Rezervoarele pentru oxigen lichid și hidrogen sunt fabricate din aliaje de titan.

Un sistem modern de susținere a vieții vă permite să creați o atmosferă familiară pentru o persoană. Mulți băieți văd cum zboară în spațiu, uitând de supraîncărcarea foarte mare a astronautului la început.

Cea mai mare navă spațială din lume

Printre navele de război, luptătorii și interceptori sunt foarte populari. O navă de marfă modernă are următoarea clasificare:

1. Sonda este o navă de cercetare.
2. Capsula - compartiment de marfă pentru operațiunile de livrare sau salvare a echipajului.
3. Modulul este lansat pe orbită de un transportator fără pilot. Modulele moderne sunt împărțite în 3 categorii.
4. Rachetă. Prototipul pentru creație a fost dezvoltarea militară.
5. Navetă - structuri reutilizabile pentru livrarea mărfurilor necesare.
6. Stațiile sunt cele mai mari nave spațiale. Astăzi, nu numai rușii, ci și francezi, chinezi și alții se află în spațiul cosmic.

Buran - o navă spațială care a intrat în istorie

Vostok a fost prima navă spațială care a mers în spațiu. După Federația de Știință a Rachetelor din URSS, a început producția de nave Soyuz. Mult mai târziu, Clippers și Rus au început să fie produse. Federația își pune mari speranțe în toate aceste proiecte cu echipaj.

În 1960, nava spațială Vostok, prin zborul său, a dovedit posibilitatea ca omul să intre în spațiu. Pe 12 aprilie 1961, Vostok 1 a orbitat în jurul Pământului. Dar întrebarea cine a zburat pe nava Vostok 1, din anumite motive, provoacă dificultăți. Poate că adevărul este că pur și simplu nu știm că Gagarin și-a făcut primul zbor pe această navă? În același an, pentru prima dată, nava Vostok 2 a intrat pe orbită, în care se aflau doi cosmonauți deodată, dintre care unul a depășit nava în spațiu. A fost progres. Și deja în 1965 Voskhod 2 a putut să meargă în spațiul cosmic. S-a filmat istoria navei Sunrise 2.

Vostok 3 a stabilit un nou record mondial pentru cel mai lung timp petrecut de o navă în spațiu. Ultima navă din serie a fost Vostok 6.

Naveta americană din seria Apollo a deschis noi orizonturi. La urma urmei, în 1968, Apollo 11 a fost primul care a aterizat pe Lună. Astăzi există mai multe proiecte pentru dezvoltarea avioanelor spațiale ale viitorului, precum Hermes și Columb.

Salyut este o serie de stații spațiale interorbitale ale Uniunii Sovietice. Salyut 7 este cunoscut pentru că s-a prăbușit.

Următoarea navă spațială, a cărei istorie prezintă interes, a fost Buran, apropo, mă întreb unde este acum. În 1988 a efectuat primul și ultimul zbor. După analize și transporturi repetate, calea de mișcare a lui Buran a fost pierdută. Ultima locație cunoscută nava spatiala Buran din Soci, lucrul la el este blocat. Cu toate acestea, furtuna din jurul acestui proiect nu s-a potolit încă, iar soarta ulterioară a proiectului abandonat Buran este de interes pentru mulți. Și la Moscova, un complex muzeal interactiv a fost creat în interiorul modelului navei spațiale Buran de la VDNKh.

Gemeni - o serie de nave ale designerilor americani. Au înlocuit proiectul Mercur și au reușit să facă o spirală pe orbită.

Navele americane cu numele Space Shuttle au devenit un fel de navete, efectuând peste 100 de zboruri între obiecte. A doua Navetă Spațială a fost Challenger.

Nu se poate decât să fie interesat de istoria planetei Nibiru, care este recunoscută ca navă gardian. Nibiru s-a apropiat deja de două ori de o distanță periculoasă de Pământ, dar de ambele ori ciocnirea a fost evitată.

Dragon este o navă spațială care ar fi trebuit să zboare pe planeta Marte în 2018. În 2014, federația, referindu-se la specificațiiși starea navei Dragon, a întârziat lansarea. Nu cu mult timp în urmă, s-a întâmplat un alt eveniment: compania Boeing a făcut o declarație că a început și lucrările de dezvoltare pentru crearea unui rover.

Primul break reutilizabil din istorie urma să fie un aparat numit Zarya. Zarya este prima dezvoltare a unei nave de transport reutilizabile, asupra căreia federația avea speranțe foarte mari.

O descoperire este posibilitatea utilizării instalațiilor nucleare în spațiu. În aceste scopuri au început lucrările la modulul transport și energie. În paralel, sunt în curs de dezvoltare proiectul Prometheus - un reactor nuclear compact pentru rachete și nave spațiale.

Shenzhou 11 din China a fost lansat în 2016 cu doi astronauți pentru a petrece 33 de zile în spațiu.

Viteza navei spațiale (km/h)

Viteza minimă cu care poți intra pe orbită în jurul Pământului este de 8 km/s. Astăzi nu este nevoie să dezvoltăm cea mai rapidă navă din lume, deoarece suntem la început spațiul cosmic. La urma urmei, înălțimea maximă pe care am putea-o atinge în spațiu este de doar 500 km. Recordul pentru cea mai rapidă mișcare în spațiu a fost stabilit în 1969, iar până acum nu a fost posibil să-l doboare. Pe nava spațială Apollo 10, trei astronauți se întorceau acasă după ce au orbitat în jurul Lunii. Capsula care trebuia să le livreze din zbor a reușit să atingă o viteză de 39,897 km/h. Pentru comparație, să luăm în considerare cât de repede zboară o stație spațială. Pe cât posibil, poate dezvolta până la 27.600 km/h.

Nave spațiale abandonate

Astăzi, pentru navele spațiale care au devenit inutilizabile, în Oceanul Pacific a fost creat un cimitir, unde zeci de nave spațiale abandonate își pot găsi ultimul adăpost. dezastre de nave spațiale

Dezastrele se întâmplă în spațiu, deseori luând vieți. Cele mai frecvente, destul de ciudat, sunt accidentele care apar din cauza ciocnirilor cu resturile spațiale. La impact, orbita obiectului este deplasată și provoacă prăbușire și daune, ducând adesea la o explozie. Cel mai faimos dezastru este moartea navei spațiale americane Challenger.

Motor nuclear pentru nave spațiale 2017

Astăzi, oamenii de știință lucrează la proiecte pentru a crea un motor electric atomic. Aceste dezvoltări presupun cucerirea spațiului cu ajutorul motoarelor fotonice. Oamenii de știință ruși plănuiesc să înceapă testarea unui motor termonuclear în viitorul apropiat.

Nave spațiale din Rusia și SUA

Interesul rapid pentru spațiu a apărut în timpul Războiului Rece dintre URSS și SUA. Oamenii de știință americani au recunoscut rivali demni în colegii lor ruși. Știința rachetelor sovietice a continuat să se dezvolte, iar după prăbușirea statului, Rusia a devenit succesorul ei. Desigur, navele spațiale pe care le zboară cosmonauții ruși sunt semnificativ diferite de primele nave. Mai mult, astăzi, datorită dezvoltărilor de succes ale oamenilor de știință americani, navele spațiale au devenit reutilizabile.

Navele spațiale ale viitorului

Astăzi, există un interes din ce în ce mai mare pentru proiectele care vor permite omenirii să facă călătorii mai lungi. Evoluții moderne pregătesc deja nave pentru expediții interstelare.

De unde sunt lansate navele spațiale?

A vedea cu ochii tăi lansarea unei nave spațiale la start este visul multora. Poate că acest lucru se datorează faptului că prima lansare nu duce întotdeauna la rezultatul dorit. Dar datorită internetului, putem vedea cum decolează nava. Având în vedere faptul că cei care urmăresc lansarea unei nave spațiale cu echipaj ar trebui să fie suficient de departe, ne putem imagina că suntem pe locul decolare.

Navă spațială: cum este înăuntru?

Astăzi, datorită exponatelor muzeului, putem vedea personal structura unor nave precum Soyuz. Desigur, din interior, primele nave erau foarte simple. Interiorul opțiunilor mai moderne este proiectat în culori liniștitoare. Dispozitivul oricărei nave spațiale ne va speria cu o mulțime de pârghii și butoane. Și acest lucru adaugă mândrie pentru cei care au putut să-și amintească cum funcționează nava și, în plus, au învățat cum să o gestioneze.

Ce nave spațiale zboară acum?

Noi nave spațiale aspect confirmă că ficțiunea a devenit realitate. Astăzi, nimeni nu va fi surprins de faptul că andocarea navelor spațiale este o realitate. Și puțini oameni își amintesc că primul astfel de andocare din lume a avut loc în 1967...

Tehnologiile și descoperirile moderne duc explorarea spațiului la un nivel complet diferit, dar călătoria interstelară este încă un vis. Dar este atât de nerealist și de neatins? Ce putem face acum și la ce ne putem aștepta în viitorul apropiat?

Studiind datele telescopului Kepler, astronomii au descoperit 54 de exoplanete potențial locuibile. Aceste lumi îndepărtate sunt în zona locuibilă, adică. la o anumită distanță de steaua centrală, ceea ce permite menținerea apei lichide la suprafața planetei.

Cu toate acestea, răspunsul la întrebarea principală, dacă suntem singuri în univers este greu de obținut - din cauza distanței uriașe care separă sistemul solar și cei mai apropiați vecini ai noștri. De exemplu, „promițătoarea” planetă Gliese 581g se află la 20 de ani lumină distanță - suficient de aproape după standardele cosmice, dar încă prea departe pentru instrumentele terestre.

Abundența exoplanetelor pe o rază de 100 de ani lumină sau mai puțin de Pământ și interesul științific și chiar civilizațional enorm pe care îl reprezintă pentru omenire ne fac să aruncăm o privire nouă asupra ideii fantastice de până acum a zborurilor interstelare.

Zborul către alte stele este, desigur, o chestiune de tehnologie. Mai mult decât atât, există mai multe posibilități pentru atingerea unui obiectiv atât de îndepărtat, iar alegerea în favoarea uneia sau alteia metode nu a fost încă făcută.

Omenirea a trimis deja vehicule interstelare în spațiu: sondele Pioneer și Voyager. În prezent, au părăsit sistemul solar, dar viteza lor nu ne permite să vorbim despre vreo realizare rapidă a obiectivului. Deci, Voyager 1, care se deplasează cu o viteză de aproximativ 17 km/s, chiar și la cea mai apropiată stea Proxima Centauri (4,2 ani lumină) va zbura incredibil. termen lung- 17 mii de ani.

Evident, cu motoarele de rachetă moderne, nu vom ajunge nicăieri mai departe de sistemul solar: pentru a transporta 1 kg de marfă, chiar și până la Proxima Centauri din apropiere, sunt necesare zeci de mii de tone de combustibil. În același timp, odată cu creșterea masei navei, cantitatea de combustibil necesară crește și este nevoie de combustibil suplimentar pentru transportul acesteia. Un cerc vicios care pune capăt rezervoarelor de combustibil chimic - construcția unei nave spațiale cântărind miliarde de tone pare a fi o întreprindere absolut incredibilă. Calcule simple folosind formula lui Tsiolkovsky arată că pentru a accelera navele spațiale alimentate cu combustibil chimic până la aproximativ 10% din viteza luminii, ar fi nevoie de mai mult combustibil decât este disponibil în universul cunoscut.

Reacţie fuziunea termonucleara produce energie pe unitatea de masă, în medie, de un milion de ori mai mult decât procesele de ardere chimică. De aceea, în anii 1970, NASA a atras atenția asupra posibilității de a utiliza motoare de rachete termonucleare. Proiectul navei spațiale fără pilot Daedalus a implicat crearea unui motor în care mici pelete de combustibil termonuclear ar fi introduse în camera de ardere și aprinse de fascicule de electroni. Produse reactie termonucleara zburați din duza motorului și dați accelerația navei.

Nava spațială Daedalus în comparație cu un zgârie-nori stat imperiu Clădire

Daedalus trebuia să ia la bord 50 de mii de tone de pelete de combustibil cu un diametru de 4 și 2 mm. Granulele constau dintr-un miez cu deuteriu și tritiu și o coajă de heliu-3. Acesta din urmă reprezintă doar 10-15% din masa peletei de combustibil, dar, de fapt, este combustibilul. Heliul-3 este abundent pe Lună, iar deuteriul este utilizat pe scară largă în industria nucleară. Miezul de deuteriu servește ca un detonator pentru a aprinde reacția de fuziune și provoacă o reacție puternică cu eliberarea unui jet de plasmă reactiv, care este controlat de un câmp magnetic puternic. Camera de ardere principală din molibden a motorului Daedalus trebuia să aibă o greutate de peste 218 de tone, camera de a doua etapă - 25 de tone. Bobinele supraconductoare magnetice sunt, de asemenea, o potrivire pentru un reactor imens: primul cântărește 124,7 tone, iar al doilea - 43,6 tone. Pentru comparație: greutatea uscată a navetei este mai mică de 100 de tone.

Zborul lui Daedalus a fost planificat să fie în două etape: motorul din prima etapă trebuia să funcționeze mai mult de 2 ani și să ardă 16 milioane de pelete de combustibil. După separarea primei etape, motorul din a doua etapă a funcționat aproape doi ani. Astfel, în 3,81 de ani de accelerație continuă, Dedalus ar fi atins o viteză maximă de 12,2% din viteza luminii. Distanța până la Steaua lui Barnard (5,96 ani lumină) va fi depășită de o astfel de navă în 50 de ani și va putea, zburând printr-un sistem stelar îndepărtat, să transmită pe Pământ rezultatele observațiilor sale prin radio. Astfel, întreaga misiune va dura aproximativ 56 de ani.

În ciuda marilor dificultăți în asigurarea fiabilității numeroaselor sisteme de Daedalus și a costului său uriaș, acest proiect este implementat la nivel modern de tehnologie. Mai mult, în 2009 o echipă de entuziaști a reînviat munca la proiectul unei nave termonucleare. În prezent, proiectul Icarus include 20 de subiecte științifice privind dezvoltarea teoretică a sistemelor și materialelor pentru o navă spațială interstelară.

Astfel, zborurile interstelare fără pilot la o distanță de până la 10 ani lumină sunt deja posibile astăzi, ceea ce va dura aproximativ 100 de ani de zbor plus timpul pentru ca semnalul radio să se întoarcă pe Pământ. Sistemele stelare Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 și 248, CN Leo, WISE 1541-2250 se încadrează în această rază. După cum puteți vedea, în apropierea Pământului există suficiente obiecte pentru a le studia cu ajutorul misiunilor fără pilot. Dar dacă roboții găsesc ceva cu adevărat neobișnuit și unic, cum ar fi o biosferă complexă? O expediție care implică oameni va putea merge pe planete îndepărtate?

Zborul vieții

Dacă putem începe să construim o navă fără pilot astăzi, atunci cu una cu echipaj, situația este mai complicată. În primul rând, problema timpului de zbor este acută. Să luăm aceeași stea a lui Barnard. Astronauții vor trebui să fie pregătiți pentru un zbor cu echipaj de la școală, deoarece chiar dacă lansarea de pe Pământ are loc în ziua de 20 de ani, nava va atinge obiectivul de zbor până la a 70-a sau chiar a 100-a aniversare (dată fiind nevoia de frânare, care este nu este necesar într-un zbor fără pilot) . Selectarea unui echipaj la o vârstă fragedă este plină de incompatibilități psihologice și conflicte interpersonale, iar vârsta de 100 de ani nu dă speranță pentru o muncă fructuoasă la suprafața planetei și pentru întoarcerea acasă.

Totuși, are sens să te întorci? Numeroase studii NASA duc la o concluzie dezamăgitoare: o ședere lungă în gravitate zero va distruge ireversibil sănătatea astronauților. Astfel, munca profesorului de biologie Robert Fitts cu astronauții ISS arată că chiar și în ciuda activului exercițiu fizic la bordul unei nave spațiale, după o misiune de trei ani pe Marte, mușchii mari, precum gambele, vor deveni cu 50% mai slabi. În mod similar, densitatea minerală osoasă scade. Ca urmare, capacitatea de muncă și de supraviețuire în situații extreme scade semnificativ, iar perioada de adaptare la gravitația normală va fi de cel puțin un an. Zborul în gravitate zero timp de zeci de ani va pune sub semnul întrebării însăși viața astronauților. Poate că corpul uman se va putea recupera, de exemplu, în procesul de frânare cu o gravitație care crește treptat. Cu toate acestea, riscul de deces este încă prea mare și necesită o soluție radicală.

Stanford Tor este o structură colosală cu orașe întregi în interiorul unei margini rotative.

Din păcate, nu este atât de ușor să rezolvi problema imponderabilității pe o navă spațială interstelară. Posibilitatea de a crea gravitație artificială prin rotirea modulului locuibil are o serie de dificultăți. Pentru a crea gravitația pământului, chiar și o roată cu diametrul de 200 m va trebui să fie rotită cu o viteză de 3 rotații pe minut. Cu o rotație atât de rapidă, forța Cariolis va crea sarcini care sunt complet insuportabile pentru aparatul vestibular uman, provocând greață și atacuri acute de rău de mare. Singura soluție la această problemă este Stanford Tor, dezvoltat de oamenii de știință de la Universitatea Stanford în 1975. Acesta este un inel imens cu un diametru de 1,8 km, în care ar putea trăi 10 mii de cosmonauți. Datorită dimensiunii sale, oferă o gravitate de 0,9-1,0 g și o viață destul de confortabilă pentru oameni. Cu toate acestea, chiar și la viteze de rotație mai mici de o rotație pe minut, oamenii vor experimenta totuși un disconfort ușor, dar vizibil. Mai mult decât atât, dacă este construit un astfel de compartiment gigantic de locuit, chiar și mici schimbări în distribuția greutății torului vor afecta viteza de rotație și vor provoca vibrații ale întregii structuri.

Problema radiațiilor rămâne complexă. Chiar și lângă Pământ (la bordul ISS), astronauții nu petrec mai mult de șase luni din cauza pericolului expunerii la radiații. Nava interplanetară va trebui să fie echipată cu protecție grea, dar rămâne problema efectului radiațiilor asupra corpului uman. În special, cu privire la riscul de boli oncologice, a căror dezvoltare în imponderabilitate nu este practic studiată. La începutul acestui an, omul de știință Krasimir Ivanov de la Centrul Aerospațial German din Köln a publicat rezultatele unui studiu interesant al comportamentului celulelor melanomului (cea mai periculoasă formă de cancer de piele) în gravitate zero. În comparație cu celulele canceroase crescute sub gravitație normală, celulele care au petrecut 6 și 24 de ore în imponderabilitate sunt mai puțin susceptibile de a metastaza. Aceasta pare a fi o veste bună, dar numai la prima vedere. Faptul este că un astfel de cancer „spațial” poate rămâne latent timp de zeci de ani și se poate răspândi în mod neașteptat la scară largă dacă sistemul imunitar este perturbat. În plus, studiul arată clar că știm încă puține despre reacția corpului uman la o ședere lungă în spațiu. Astronauții astăzi, sănătoși oameni puternici, petrec prea puțin timp acolo pentru a-și transfera experiența într-un zbor interstelar lung.

În orice caz, o navă pentru 10 mii de oameni este o întreprindere dubioasă. Pentru a crea un ecosistem de încredere pentru un număr atât de mare de oameni, aveți nevoie de un număr mare de plante, 60 de mii de găini, 30 de mii de iepuri și o turmă de vite. Doar asta poate oferi o dietă la nivelul de 2400 de calorii pe zi. Cu toate acestea, toate experimentele pentru a crea astfel de ecosisteme închise se termină invariabil cu un eșec. Deci, în cursul celui mai mare experiment „Biosphere-2” al Space Biosphere Ventures, a fost construită o rețea de clădiri sigilate. cu suprafata totala 1,5 hectare cu 3 mii de specii de plante și animale. Întregul ecosistem trebuia să devină o mică „planetă” autosusținută în care trăiau 8 oameni. Experimentul a durat 2 ani, dar după câteva săptămâni au început probleme serioase: microorganismele și insectele au început să se înmulțească necontrolat, consumând oxigen și plantele în cantități prea mari, de asemenea, s-a dovedit că, fără vânt, plantele au devenit prea fragile. Ca urmare a unei catastrofe ecologice locale, oamenii au început să piardă în greutate, cantitatea de oxigen a scăzut de la 21% la 15%, iar oamenii de știință au trebuit să încalce condițiile experimentului și să furnizeze oxigen și hrană celor opt „cosmonauți”.

Astfel, crearea unor ecosisteme complexe pare a fi o modalitate eronată și periculoasă de a asigura echipajului unei nave spațiale interstelare oxigen și hrană. Rezolvarea acestei probleme va necesita organisme special concepute cu gene modificate care se pot hrăni cu lumină, deșeuri și substanțe simple. De exemplu, fabricile moderne mari pentru producția de alge alimentare chlorella pot produce până la 40 de tone de suspensie pe zi. Un bioreactor complet autonom care cântărește câteva tone poate produce până la 300 de litri de suspensie de chlorella pe zi, ceea ce este suficient pentru a hrăni un echipaj de câteva zeci de oameni. Chlorella modificată genetic nu putea satisface doar nevoile echipajului din nutrienți dar și reciclați deșeurile, inclusiv dioxidul de carbon. Astăzi, procesul de inginerie genetică a microalgelor a devenit obișnuit și există numeroase modele dezvoltate pentru tratarea apelor uzate, generarea de biocombustibili și multe altele.

Vis înghețat

Aproape toate problemele de mai sus ale zborului interstelar cu echipaj ar putea fi rezolvate de unul singur tehnologie avansata- animație suspendată sau cum se mai numește și criostază. Anabioza este o încetinire a proceselor vieții umane de cel puțin mai multe ori. Dacă este posibil să cufundați o persoană într-o astfel de letargie artificială, care încetinește metabolismul de 10 ori, atunci într-un zbor de 100 de ani va îmbătrâni în somn cu doar 10 ani. Acest lucru facilitează rezolvarea problemelor de nutriție, aprovizionare cu oxigen, tulburări mintale, distrugerea corpului ca urmare a imponderabilitatii. În plus, este mai ușor să protejați un compartiment cu camere de animație suspendate de micrometeoriți și radiații decât o zonă mare locuibilă.

Din păcate, încetinirea proceselor vieții umane este o sarcină extrem de dificilă. Dar, în natură, există organisme care pot hiberna și își pot crește speranța de viață de sute de ori. De exemplu, o șopârlă mică numită salamandra siberiană este capabilă să hiberneze în vremuri dificile și să rămână în viață timp de zeci de ani, chiar și atunci când este înghețată într-un bloc de gheață cu o temperatură de minus 35-40 ° C. Sunt cazuri când salamandrele au hibernat aproximativ 100 de ani și, de parcă nimic nu s-ar fi întâmplat, s-au dezghețat și au fugit de cercetătorii surprinși. În același timp, speranța de viață obișnuită „continuă” a unei șopârle nu depășește 13 ani. Capacitatea uimitoare a salamandrei se explică prin faptul că ficatul său sintetizează o cantitate mare de glicerol, aproape 40% din greutatea corporală, care protejează celulele de temperaturile scăzute.

Principalul obstacol în calea scufundării unei persoane în criostază este apa, care reprezintă 70% din corpul nostru. Când îngheață, se transformă în cristale de gheață, crescând în volum cu 10%, din cauza cărora membrana celulară se rupe. În plus, pe măsură ce îngheață, substanțele dizolvate în interiorul celulei migrează în apa rămasă, perturbând procesele de schimb ionic intracelular, precum și organizarea proteinelor și a altor structuri intercelulare. În general, distrugerea celulelor în timpul înghețului face imposibil ca o persoană să revină la viață.

Cu toate acestea, există o modalitate promițătoare de a rezolva această problemă - hidrații de clatrat. Au fost descoperite în 1810, când omul de știință britanic Sir Humphry Davy a injectat în apă clor sub presiune mare și a asistat la formarea structurilor solide. Aceștia au fost hidrați de clatrat - una dintre formele de gheață de apă, în care este inclus gazul străin. Spre deosebire de cristalele de gheață, rețelele de clatrat sunt mai puțin dure, nu au margini ascuțite, dar au cavități în care substanțele intracelulare se pot „ascunde”. Tehnologia animației suspendate cu clatrat ar fi simplă: un gaz inert, cum ar fi xenonul sau argonul, o temperatură sub zero, iar metabolismul celular începe să încetinească treptat până când o persoană cade în criostază. Din păcate, formarea hidraților de clatrat necesită presiune ridicata(aproximativ 8 atmosfere) și o concentrație foarte mare de gaz dizolvat în apă. Cum se creează astfel de condiții într-un organism viu este încă necunoscut, deși există unele succese în acest domeniu. Astfel, clatrații sunt capabili să protejeze țesutul muscular al inimii de distrugerea mitocondriilor chiar și la temperaturi criogenice (sub 100 de grade Celsius), precum și să prevină deteriorarea membranelor celulare. Experimentele privind anabioza cu clatrat la om nu sunt încă discutate, deoarece cererea comercială pentru tehnologia criostazei este mică, iar cercetările pe această temă sunt efectuate în principal de companii mici care oferă servicii de înghețare a cadavrelor morților.

Zbor pe hidrogen

În 1960, fizicianul Robert Bassard a propus conceptul original al unui motor de fuziune ramjet care rezolvă multe dintre problemele călătoriei interstelare. Concluzia este să folosiți hidrogenul și praful interstelar prezent în spațiul cosmic. O navă spațială cu un astfel de motor accelerează mai întâi cu propriul combustibil, apoi desfășoară o pâlnie uriașă de câmp magnetic, de mii de kilometri în diametru, care captează hidrogenul din spațiul cosmic. Acest hidrogen este folosit ca sursă inepuizabilă de combustibil pentru un motor de rachetă de fuziune.

Utilizarea motorului Bussard promite avantaje enorme. În primul rând, datorită combustibilului „gratuit”, se poate deplasa cu o accelerație constantă de 1 g, ceea ce înseamnă că toate problemele asociate imponderabilității dispar. În plus, motorul vă permite să accelerați la o viteză extraordinară - 50% din viteza luminii și chiar mai mult. Teoretic, deplasându-se cu o accelerație de 1 g, o navă cu motor Bussard poate parcurge o distanță de 10 ani lumină în aproximativ 12 ani pământeni, iar pentru echipaj, din cauza efectelor relativiste, ar fi trecut doar 5 ani de navă.

Din păcate, există o serie de probleme serioase pe calea creării unei nave cu motor Bussard care nu pot fi rezolvate la nivelul actual de tehnologie. În primul rând, este necesar să se creeze o capcană de hidrogen gigantică și fiabilă care să genereze câmpuri magnetice gigantice. În același timp, ar trebui să asigure pierderi minime și transport eficient al hidrogenului către un reactor termonuclear. Însuși procesul unei reacții termonucleare de transformare a patru atomi de hidrogen într-un atom de heliu, propus de Bussard, ridică multe întrebări. Faptul este că această reacție cea mai simplă este dificil de implementat într-un reactor cu trecere o dată, deoarece se desfășoară prea lent și, în principiu, este posibilă numai în interiorul stelelor.

Cu toate acestea, progresele în studiul fuziunii termonucleare ne permit să sperăm că problema poate fi rezolvată, de exemplu, prin utilizarea izotopilor „exotici” și a antimateriei ca catalizator de reacție.

Până acum, cercetările asupra motorului Bussard se află exclusiv în plan teoretic. Calcule bazate pe tehnologii reale. În primul rând, este necesar să se dezvolte un motor capabil să genereze suficientă energie pentru a alimenta o capcană magnetică și a menține o reacție termonucleară, a produce antimaterie și a depăși rezistența mediului interstelar, care va încetini uriașa „vela” electromagnetică.

Antimaterie pentru salvare

Poate suna ciudat, dar astăzi omenirea este mai aproape de a crea un motor cu antimaterie decât de intuitivul și simplu, la prima vedere, motorul ramjet al lui Bussard.

Sonda, dezvoltată de Hbar Technologies, va avea o pânză subțire din fibră de carbon acoperită cu uraniu 238. Lovindu-se în pânză, antihidrogenul va anihila și va crea tracțiunea jetului.

Ca urmare a anihilării hidrogenului și antihidrogenului, se formează un flux de fotoni puternic, a cărui viteză de evacuare atinge un maxim pentru un motor de rachetă, adică. viteza luminii. Acesta este un indicator ideal care vă permite să obțineți viteze foarte mari aproape de lumină ale unei nave spațiale cu un motor fotonic. Din păcate, este foarte dificil să folosiți antimateria ca combustibil pentru rachete, deoarece în timpul anihilării apar fulgerări ale celor mai puternice radiații gamma, care vor ucide astronauții. De asemenea, nu există încă tehnologii de stocare un numar mare antimaterie, iar însuși faptul acumulării de tone de antimaterie, chiar și în spațiu departe de Pământ, este o amenințare serioasă, deoarece anihilarea chiar și a unui kilogram de antimaterie echivalează cu o explozie nucleară cu o capacitate de 43 de megatone (un explozia unei astfel de forțe poate transforma o treime din Statele Unite într-un deșert). Costul antimateriei este un alt factor care complică zborul interstelar alimentat de fotoni. Tehnologiile moderne de producere a antimateriei fac posibilă producerea unui gram de antihidrogen la un cost de zeci de trilioane de dolari.

Cu toate acestea, proiecte mari de cercetare antimaterie dau roade. În prezent, au fost create instalații speciale de depozitare a pozitronilor, „sticle magnetice”, care sunt recipiente răcite cu heliu lichid cu pereții formați din câmpuri magnetice. În iunie a acestui an, oamenii de știință de la CERN au reușit să păstreze atomii de antihidrogen timp de 2.000 de secunde. Cel mai mare depozit de antimaterie din lume este construit la Universitatea din California (SUA), care va putea acumula mai mult de un trilion de pozitroni. Unul dintre obiectivele oamenilor de știință de la Universitatea din California este de a crea containere portabile pentru antimaterie care să poată fi folosite în scopuri științifice departe de acceleratoarele mari. Acest proiect este susținut de Pentagon, care este interesat de aplicații militare de antimaterie, așa că este puțin probabil ca cea mai mare gamă de sticle magnetice din lume să fie subfinanțată.

Acceleratoarele moderne vor putea produce un gram de antihidrogen în câteva sute de ani. Este o perioadă foarte lungă, așa că singura cale de ieșire este dezvoltarea unei noi tehnologii pentru producerea de antimaterie sau combinarea eforturilor tuturor țărilor planetei noastre. Dar chiar și în acest caz, tehnologii moderne nu este nimic de visat despre producerea a zeci de tone de antimaterie pentru zborul interstelar cu echipaj.

Totuși, nu totul este atât de trist. Specialiștii NASA au dezvoltat mai multe modele pentru nave spațiale care ar putea intra în spațiul adânc cu doar un microgram de antimaterie. NASA consideră că echipamentele îmbunătățite vor face posibilă producerea de antiprotoni la un cost de aproximativ 5 miliarde de dolari pe gram.

Compania americană Hbar Technologies, cu sprijinul NASA, dezvoltă conceptul de sonde fără pilot conduse de un motor antihidrogen. Primul obiectiv al acestui proiect este de a crea o navă spațială fără pilot care ar putea zbura către centura Kuiper de la marginea sistemului solar în mai puțin de 10 ani. Astăzi, este imposibil să zbori în astfel de puncte îndepărtate în 5-7 ani, în special, sonda NASA New Horizons va zbura prin centura Kuiper la 15 ani de la lansare.

O sondă care parcurge o distanță de 250 UA peste 10 ani, va fi foarte mic, cu o sarcină utilă de doar 10 mg, dar va avea nevoie și de puțin antihidrogen - 30 mg. Tevatronul va produce această cantitate în câteva decenii, iar oamenii de știință ar putea testa conceptul unui nou motor în timpul unei misiuni spațiale reale.

Calculele preliminare arată, de asemenea, că o sondă mică poate fi trimisă la Alpha Centauri într-un mod similar. Pe un gram de antihidrogen, va zbura către o stea îndepărtată în 40 de ani.

Poate părea că toate cele de mai sus sunt ficțiune și nu au nimic de-a face cu viitorul apropiat. Din fericire, nu este cazul. În timp ce atenția publicului este concentrată asupra crizelor globale, a eșecurilor vedetelor pop și a altor evenimente curente, inițiativele de epocă rămân în umbră. Agenția spațială NASA a lansat grandiosul proiect 100 Year Starship, care presupune crearea treptată și pe mai mulți ani a unei fundații științifice și tehnologice pentru zborurile interplanetare și interstelare. Acest program este unic în istoria omenirii și ar trebui să atragă oameni de știință, ingineri și entuziaști ai altor profesii din întreaga lume. În perioada 30 septembrie - 2 octombrie 2011, va avea loc un simpozion la Orlando, Florida, unde se vor discuta despre diferite tehnologii de zbor spațial. Pe baza rezultatelor unor astfel de evenimente, specialiștii NASA vor dezvolta un plan de afaceri pentru a ajuta anumite industrii și companii care dezvoltă tehnologii care nu sunt încă disponibile, dar necesare pentru viitoarele zboruri interstelare. Dacă programul ambițios al NASA va avea succes, în 100 de ani omenirea va putea construi o navă spațială interstelară și ne vom deplasa în jurul sistemului solar cu aceeași ușurință cu care zburăm astăzi de pe continent pe continent.