Все мы много раз видели самые разнообразные космические станции и космические города в фантастических фильмах. Но все они нереалистичные. Брайан Верстиг из компании Spacehabs на основе реальных научных принципов разрабатывает концепты космических станций, которые однажды действительно можно будет построить. Одной из таких станций-поселений является Kalpana One. Точнее, улучшенная, современная версия концепта разработанного в 1970-х годах. Kalpana One представляется из себя цилиндрическую структуру с радиусом 250 метров и длиной 325 метров. Приблизительный уровень населения: 3000 граждан.
Давайте посмотрим на этот город подробнее …
«Космическая станция Kalpana One Space Settlement является результатом исследований вполне реальных лимитов структуры и форм огромных космических поселений. Начиная с конца 60-х годов и вплоть до 80-х годов прошлого века человечество впитало в себя представление о тех формах и размерах возможных космических станций будущего, которые показывались все это время в научно-фантастических фильмах и на различных картинках. Однако многие из этих форм имели некоторые конструктивные недостатки, в результате которых в реальности такие сооружения страдали бы от недостаточной стабильности во время вращения в условиях космоса. Другие формы недостаточно эффективно использовали соотношение структурной и защитной массы для создания обитаемых областей», - рассказывает Верстиг.
«При поиске той формы, которая позволила бы создать в условиях воздействия перегрузок живую и обитаемую область и обладала необходимой защитной массой, было установлено, что продолговатая форма станции станет самым подходящим выбором. Ввиду огромных размеров и дизайна такой станции, потребуется совсем немного усилий и корректировок, чтобы избегать ее колебаний».
«С тем же радиусом 250 метров и глубиной в 325 метров, станция будет совершать два полных оборота вокруг себя в минуту и создавать ощущение того, что человек, находясь в ней, будет испытывать то чувство, как если бы он находился в условиях земной гравитации. А это очень важный аспект, так как гравитация позволит нам жить дольше в условиях космоса, ведь наши кости и мускулы будут развиваться так же, как они развивались бы на Земле. Так как подобные станции в будущем могут стать постоянным местом обитания для людей, то очень важно создать на них условия, максимально близкие к условиям на нашей планете. Сделать так, чтобы люди могли на ней не только работать, но и отдыхать. И отдыхать с изысками».
«И хотя физика удара или бросания, скажем, мяча будет очень отличаться в такой среде от земной, на станции определенно будут предлагаться самые разнообразные спортивные (и не только) занятия и развлечения».
Брайан Верстиг является концептуальным дизайнером и сосредоточен на работе будущих технологий и космических исследований. Он работал со множеством частных космических компаний, а также печатных изданий, которым демонстрировал концепты того, что человечество будет использовать в будущем для покорения космоса. Проект Kalpana One как раз является одним из таких концептов.
А вот например еще старые концепты:
Научная база на Луне. Концепт 1959 года
Концепт цилиндрической колонии в представлении советских людей. 1965 год
Изображение: Журнал «Техника молодежи», 1965/10
Концепт Тороидальной колонии
Изображение: Дон Дэвис/ NASA/Ames Research Center
Разработанныйаэрокосмическим агентством NASA в 1970-х годах прошлого века. По задумке колония предназначалась бы для жизни 10 000 человек. Сама конструкция была модульная и позволяла бы подсоединять новые отсеки. Передвигаться в них можно было бы на специальном транспорте, получившего название ANTS.
Изображение и представление: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center
Сферы Берналь
Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center
Еще один концепт разрабатывался в NASA Ames Research Center в 1970-х годах. Население: 10 000. Основная идея Сферы Берналь заключается в сферических жилых отсеках. Населенная зона находится в центре сферы, ее окружают зоны для аграрного и сельскохозяйственного производства. В качестве освещения для жилых и сельскохозяйственных зон используется солнечный свет, который перенаправляется в них за счет системы солнечных зеркальных батарей. Остаточное тепло в космос выделяют специальные панели. Заводы и доки для космических кораблей находятся в специальной длиной трубе в центре сферы.
Изображение: Рик Гайдис/NASA/Ames Research Center
Изображение: Рик Гайдис /NASA/Ames Research Center
Концепт цилиндрической колонии, разработанный в 1970-х годах
Изображение: Рик Гайдис/ NASA/Ames Research Center
Предназначается для населения более одного миллиона человек. Идея концепта принадлежит американскому физику Джерарду К. Онилу.
Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center
Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center
Изображение и представление: Рик Гайдис/NASA/Ames Research Center
1975 год. Вид изнутри колонии, идея концепта которой принадлежит Онилу. Сельскохозяйственные сектора с различными видами овощей и растений располагаются на террасах, которые устанавливаются на каждый уровень колонии. Свет для урожая обеспечивают зеркала, отражающие солнечные лучи.
Изображение: NASA/Ames Research Center
Советская космическая колония. 1977 год
Изображение: Журнал «Техника молодежи», 1977/4
Огромные орбитальные фермы, как эта на картинке, будут производить достаточно пищи для космических поселенцев
Изображение: Delta, 1980/1
Шахтерская колония на астероиде
Изображение: Delta, 1980/1
Тороидальная колония будущего. 1982 год
Концепт космической базы. 1984 год
Изображение: Les Bosinas/NASA/Glenn Research Center
Концепт лунной базы. 1989 год
Изображение: NASA/JSC
Концепт многофункциональной марсианской базы. 1991 год
Изображение: NASA/Glenn Research Center
1995 год. Луна
Изображение: Пэт Ролингс/NASA
Естественный спутник Земли представляется отличным местом для проверки оборудования и подготовки людей для миссий по отправке на Марс.
Особые гравитационные условия Луны станут отличным местом для проведения спортивных соревнований.
Изображение: Пэт Ролингс/NASA
1997 год. Добыча льда на в темных кратерах лунного южного полюса открывают возможности для человеческой экспансии внутри Солнечной системы. В этом уникальном месте люди из космической колонии, работающей на энергии Солнца, будут производить топливо для отправки космических кораблей с лунной поверхности. Вода из потенциальных ледяных источников, или реголита будет течь внутри купольных ячеек и предотвращать воздействие пагубной радиации.
Изображение: Пэт Ролингс/NASA
Вступительная заставка сериала «Пространство»: схематичное изображение распространения человечества по Солнечной системе
Я подготовил для журнала «Популярная механика» небольшую статью - прогноз развития космонавтики. В материал «5 сценариев будущего» (№ 4, 2016) вошла лишь малая часть статьи - всего один абзац:) Публикую полную версию!
Часть первая: ближайшее будущее — 2020-2030
В начале нового десятилетия человек вернется в окололунное пространство, в ходе осуществления программы NASA «Гибкий путь» (Flexible Path). Новая американская сверхтяжелая ракета Space Launch System (SLS), первый пуск которой запланирован на 2018 год, в этом поможет. Полезная нагрузка — 70 т на первом этапе, до 130 т на последующих. Напомню, у российского «Протона» полезная нагрузка лишь 22 т, у новой «Ангары-А5» — около 24 т. В США также строится государственный космический корабль Orion.
SLS
Источник: NASA
Американские частники обеспечат доставку астронавтов и грузов на МКС. Вначале два корабля — Dragon V2 и CST-100, затем подтянутся и другие (возможно, крылатые — например, Dream Chaser не только в грузовом, но и в пассажирском варианте).
МКС будут эксплуатировать как минимум до 2024 года (возможно и дольше, особенно российский сегмент).
Затем NASA объявит конкурс на новую околоземную базу, в котором победит, вероятно, Bigelow Aerospace с проектом станции с надувными модулями.
Можно прогнозировать к концу 2020-х годов наличие на орбите нескольких частных пилотируемых орбитальных станций различного назначения (от туризма до орбитальной сборки спутников).
С использованием тяжелой ракеты (с грузоподъемностью немного больше 50 т, иногда ее классифицирует как сверхтяжелую) Falcon Heavy и Dragon V2, сделанных в фирме Илона Маска, вполне вероятны туристические полеты на орбиту вокруг Луны — не просто облет, а именно работа на окололунной орбите — ближе к середине 2020-х.
Также ближе к середине-концу 2020-х вероятен конкурс от NASA на создание лунной транспортной инфраструктуры (частные экспедиции и частная лунная база). По недавно опубликованным оценкам частникам потребуется около $10 млрд государственного финансирования, чтобы вернуться на Луну в обозримое (меньше 10 лет) время.
Макет лунной базы частной компании Bigelow Aerospace
Источник: Bigelow Aerospace
Таким образом, «Гибкий путь» ведет NASA на Марс (экспедиция к Фобосу — в начале 30-х, на поверхность Марса — только в 40-х, если не будет мощного ускоряющего импульса от общества), а низкую околоземную орбиту и даже Луну отдадут частному бизнесу.
Кроме того, будут введены в строй новые телескопы, которые позволят найти не только десятки тысяч экзопланет, но и измерить прямым наблюдениям спектры атмосфер ближайших из них. Рискну предположить, что до 30-го года будут получены доказательства существования внеземной жизни (кислородная атмосфера, ИК-сигнатуры растительности и т.д.), и вновь возникнет вопрос о Великом фильтре и парадоксе Ферми.
Состоятся новые полеты зондов к астероидам, газовым гигантам (к спутнику Юпитера Европе, к спутникам Сатурна Титану и Энцеладу, а также к Урану или Нептуну), появятся первые частные межпланетные зонды (Луна, Венера, возможно, и Марс с астероидами).
Разговоры о добычи ресурсов на астроидах до 30-го года так и останутся разговорами. Разве что частники проведут совместно с государственными агентствами небольшие технологические эксперименты.
Начнут массово летать туристические суборбитальные системы — сотни людей побывают на границе космоса.
Китай в начале 20-х построит свою многомодульную орбитальную станцию, а к середине — концу десятилетия осуществит пилотируемый облет Луны. Также запустит множество межпланетных зондов (например, китайский марсоход), но на первое место в космонавтике не выйдет. Хотя и будет находиться на третьем-четвертом — сразу за США и крупными частниками.
Россия в лучшем случае сохранит «прагматичный космос» — связь, навигацию, дистанционное зондирование Земли, а также советское наследие по пилотируемой космонавтике. К российскому сегменту МКС будут летать космонавты на «Союзах», и после выхода США из проекта, вероятно, российский сегмент образует отдельную станцию — намного меньше советского «Мира» и даже меньше китайской станции. Но этого хватит, чтобы сохранить отрасль. Даже по средствам выведения Россия откатится на 3-4 место. Но этого будет хватать, чтобы выполнять задачи народно-хозяйственного значения. В плохом варианте после завершения эксплуатации МКС пилотируемое направление в космонавтике в России будет полностью закрыто, а в наиболее оптимистичном варианте — будет объявлена лунная программа с реальными (а не в середине 2030-х) сроками и четким контролем, что позволит уже в середине 2020-х провести высадки на Луну. Но такой сценарий, увы, маловероятен.
К клубу космических держав присоединятся новые страны, в том числе несколько стран с пилотируемыми программами — Индия, Иран, даже Северная Корея. И это не говоря о частных фирмах: пилотируемых орбитальных частных аппаратов к концу десятилетия будет много — но вряд ли больше десятка.
Множество небольших фирм создаст свои сверхлегкие и легкие ракеты. Причем некоторые из них постепенно будут наращивать полезную нагрузку — и выходить в средние и даже тяжелые классы.
Принципиально новых средств выведения не появится, люди будут летать на ракетах, однако многоразовость первых ступеней или спасение двигателей станут нормой. Вероятно, будут проводиться эксперименты с аэрокосмическими многоразовыми системами, новыми топливами, конструкциями. Возможно, к концу 20-х будет построен и начнет летать одноступенчатый многоразовый носитель.
Часть вторая: превращение человечества в космическую цивилизацию — от 2030 до конца XXI века
На Луне множество баз — как государственных, так и частных. Естественный спутник Земли используется как ресурсная база (энергия, лед, различные составляющие реголита), опытный и научный полигон, где проверяются космические технологии для дальних полетов, в затененных кратерах размещены инфракрасные телескопы, а на обратной стороне — радиотелескопы.
Луна включена в земную экономику — энергия лунных электростанций (поля солнечных батарей и солнечных концентраторов построенных из местных ресурсов) передается как на космические буксиры в околоземном пространстве, так и на Землю. Решена задача доставки вещества с поверхности Луны на низкую околоземную орбиту (торможение в атмосфере и захват). Лунный водород и кислород используется в окололунных и околоземных заправочных станциях. Конечно, все это только первые эксперименты, но уже на них частные фирмы делают состояния. Гелий-3 пока добывается только в небольших количествах для экспериментов связанных с термоядерными ракетными двигателями.
На Марсе — научная станция-колония. Совместный проект «частников» (в основном — Илона Маска) и государств (в основном — США). Люди имеют возможность вернуться на Землю, однако многие улетают в новый мир навсегда. Первые эксперименты по возможному терраформированию планеты. На Фобосе — перевалочная база для тяжелых межпланетных кораблей.
Марсианская база
Источник: Bryan Versteeg
По всей Солнечной системе множество зондов, цель которых — подготовка к освоению, поиск ресурсов. Полеты скоростных аппаратов с ядерными энергодвигательными установками в пояс Койпера к недавно обнаруженному газовому гиганту — девятой планете. Роверы на Меркурии, аэростатные, плавающие, летающие зонды на Венере, изучение спутников планет-гигантов (например, подводные лодки в морях Титана).
Распределенные сети космических телескопов позволяют фиксировать экзопланеты прямым наблюдением и даже составить карты (очень низкого разрешения) планет у ближайших звезд. В фокус гравитационной линзы Солнца отправлены большие автоматические обсерватории.
Развернуты и работают одноступенчатые многоразовые средства выведения, на Луне активно используются не ракетные способы доставки грузов — механические и электромагнитные катапульты.
Летает множество туристических космических станций. Есть несколько станций — научных институтов с искусственной гравитацией (станция-тор).
Тяжелые пилотируемые межпланетные корабли не только достигли Марса и обеспечили развертывание на Красной планете базы-колонии, но и активно исследуют пояс астероидов. Множество экспедиций отправлено к околоземным астероидам, осуществлена экспедиция на орбиту Венеры. Началась подготовка к развертыванию исследовательских баз у планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Возможно, планеты-гиганты станут целью первого испытательного полета межпланетного корабля с термоядерным двигателем с магнитным удержанием плазмы.
Запуск метеозонда на Титане
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.
EmDrive
Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.
Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.
Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.
Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.
В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.
Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.
Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.
К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.
Солнечный парус
Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.
Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.
Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.
Электрический парус
Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.
Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.
Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.
Ионный двигатель
Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.
В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.
Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.
Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.
Плазменный двигатель
Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.
Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.
Термоядерный двигатель
Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.
В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.
Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.
Двигатель на антиматерии
Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.
Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.
При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.
Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.
Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.
Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.
Дракон (Dragon SpaceX) — частный транспортный космический корабль компании SpaceX, разработанный по заказу НАСА, предназначенный для доставки и возвращении полезного груза и, в перспективе, людей на Международную космическую станцию.
Корабль «Дракон» разрабатывается в нескольких модификациях: грузовой, пилотируемой «Dragon v2» (экипаж до 7 человек), грузо-пассажирской (экипаж 4 человека + 2,5 тонны грузов), максимальная масса корабля с грузом на МКС может составлять 7,5 тонн, также модификация для автономных полётов (DragonLab).
29 мая 2014 года компания представила пилотируемую версию многоразового аппарата Dragon, которая позволит экипажу не только добираться до МКС, но возвращаться на Землю с полным контролем процедуры приземления. В капсуле Dragon одновременно смогут находиться семь космонавтов. В отличие от грузовой версии он способен стыковаться с МКС самостоятельно, без использования манипулятора станции. Главные стронавтов и панелью управления. Также заявлено, что спускаемая капсула будет многоразовой, первый беспилотный полёт намечен на 2015 год, пилотируемый — на 2016 год.
В июле 2011 года стало известно что Исследовательский центр имени Эймса разрабатывает концепцию марсианской исследовательской миссии Red Dragon с использованием носителя Falcon Heavy и капсулы SpaceX Dragon.
SPACESHIPTWO
SpaceShipTwo (SS2) — частный пилотируемый суборбитальный космический корабль многоразового использования. Является частью программы Tier One, основанной Полом Алленом, и базируется на успешном проекте SpaceShipOne.
Аппарат будет доставляться на пусковую высоту (около 20 км) с помощью самолёта White Knight Two (WK2). Максимальная высота полёта 135—140 км (согласно информации BBC) или 160—320 км (согласно интервью с Бёртом Рутаном), что позволит увеличить время невесомости до 6 минут. Максимальная перегрузка — 6 g. Все рейсы планируется начинать и заканчивать на одном аэродроме в Мохаве в штате Калифорния. Первоначальная ожидаемая цена билета 200 тыс. $. Первый тестовый полёт состоялся в марте 2010 года. Запланировано порядка ста тестовых полётов. Начало коммерческой эксплуатации — не ранее 2015.
DREAM CHASER
«Dream Chaser» («Бегущий за мечтой») — многоразовый пилотируемый космический корабль, разрабатываемый американской компанией SpaceDev . Корабль предназначен для доставки на низкую околоземную орбиту грузов и экипажей численностью до 7 человек.
В январе 2014 года было объявлено, что 1 ноября 2016 года запланирован старт для первого испытательного орбитального полёта в беспилотном режиме; при успешном выполнении программы испытаний первый пилотируемый полёт состоится в 2017 году.
«Dream Chaser» будет выводится в космос наверху ракеты-носителя Атлас-5. Посадка — горизонтальная, самолётная. Предполагается возможность не только планирования, как у кораблей Спейс шаттл, но и самостоятельный полёт и посадка на любые взлётные полосы длиной не менее 2,5 км. Корпус аппарата из композитных материалов, с керамической теплозащитой, экипаж — от двух до семи человек.
NEW SHEPARD
Разработанный для использования в области космического туризма, New Shepard — это многоразовая ракета-носитель от Blue Origin, которая будет иметь возможность взлёта и посадки вертикально. Blue Origin представляет собой компанию, которой владеет основатель Amazon.com и бизнесмен Джефф Безос. New Shepard начнёт путешествия на суборбитальные высоты, и, кроме этого, будет проводить эксперименты в космосе, затем выполнять вертикальную посадку для питания и восстановления и повторного использования транспортного средства.
Многоразовый космический аппарат New Shepard способен осуществлять вертикальные взлет и посадку.
В соответствии с задумкой разработчиков, New Shepard может использоваться для доставки в космос людей и оборудования на суборбитальную высоту около 100 км над уровнем моря. На такой высоте можно проводить эксперименты в условиях микрогравитации. Отмечается, что космическое судно может вмещать на борт до трех членов экипажа. После вертикального старта аппарата двигательный отсек (занимает около 3/4 всего аппарата, расположен в нижней части) работает на протяжении 2,5 минут. Далее двигательный отсек отделяется от кабины экипажа и совершает самостоятельную вертикальную посадку. Кабина с экипажем после выполнения всех задуманных работ на орбите способна приземлиться самостоятельно, для ее спуска и приземления планируется использовать парашюты.
ORION, MPCV
Орион, MPCV — многоцелевой частично многоразовый пилотируемый космический корабль США, разрабатываемый с середины 2000-х годов в рамках программы «Созвездие». Целью этой программы было возвращение американцев на Луну, а корабль «Орион» предназначался для доставки людей и грузов на Международную космическую станцию и для полётов к Луне, а также к Марсу в дальнейшем.
Первоначально испытательный полёт космического корабля был намечен на 2013 год, первый пилотируемый полёт с экипажем из двух астронавтов планировался на 2014 год, начало полётов к Луне — на 2019—2020 гг. В конце 2011 года предполагалось, что первый полёт без астронавтов состоится в 2014 году, а первый пилотируемый полёт — в 2017. В декабре 2013 года озвучены планы на первый беспилотный тестовый полёт (EFT-1) с помощью носителя Дельта 4 в сентябре 2014 года, первый беспилотный запуск с помощью носителя SLS запланирован в 2017 году. В марте 2014 первый беспилотный тестовый полёт (EFT-1) с помощью носителя Дельта 4 был перенесен на декабрь 2014 года.
На корабле «Орион» будут выводиться в космос как грузы, так и астронавты. При полётах на МКС, в экипаж «Ориона» могут входить до 6 астронавтов. В экспедиции к Луне планировалось отправлять по четыре астронавта. Корабль «Орион» должен был обеспечить доставку людей на Луну для длительного пребывания на ней с тем, чтобы в дальнейшем подготовить пилотируемый полёт на Марс.
LYNX MARK
Основным предназначением Lynx Mark I, будет туризм. Взлетая горизонтально с обычного аэродрома, машина будет набирать высоту до 42 километров, поддерживая скорость, вдвое превышающую скорость звука. Затем двигатели отключатся, но Lynx Mark I по инерции поднимется ещё на 19 километров. На самом пике доступного кораблю диапазона высот он испытает примерно четырёхминутную невесомость, после чего вновь войдёт в атмосферу и, планируя, сядет на аэродром. Максимальная перегрузка при снижении составит 4 g. Весь полёт будет занимать не более получаса. При этом ракетоплан задуман для интенсивной работы: четыре полёта в день с техобслуживанием после каждых 40 вылетов (10 дней полётов).
С точки зрения космического туризма аппарат имеет ряд неоспоримых преимуществ, главное из которых - его не слишком высокая скорость как на подъёме, так и на спуске. Это позволяет сделать теплозащитную оболочку надёжной, но не одноразовой, как у SpaceX Dragon.
Учитывая, что стоимость двухместного орбитального самолёта, по обещаниям компании, не превысит 10 миллионов долларов, с четырьмя полётами в день аппарат быстро окупится. После этого будут созданы более амбициозные Lynx Mark II и III, с высотой орбитального полёта в 100 километров, способные нести нагрузку до 650 килограммов.
CST-100
CST-100 (от англ. Crew Space Transportation) — пилотируемый транспортный космический корабль разрабатываемый компанией Boeing. Это космический дебют компании Boeing, созданный в рамках Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей, организованной и финансируемой НАСА
Головной обтекатель CST-100 будет использоваться для увеличения обтекаемости капсулы воздухом, а после выхода из атмосферы будет выполнено ее отделение. Позади панели находится стыковочный узел для стыковки с МКС и, предположительно, другими орбитальными станциями. Для управления аппаратом предназначены 3 пары двигателей: два по бокам для маневрирования, два основных, создающих основную тягу и два дополнительных. Капсула снабжена двумя иллюминаторами: спереди и сбоку. CST-100 состоит из двух модулей: приборно-агрегатного отсека и спускаемого аппарата. Последний предназначен для обеспечения нормального существования астронавтов на борту аппарата и хранения грузов, а первый включает в себя все необходимые системы управления полетом и будет отделен от спускаемого аппарата перед входом в атмосферу.
Аппарат в перспективе будет использоваться для доставки грузов и экипажа. CST-100 сможет перевозить команду из 7 человек. Предполагается, что аппарат будет доставлять экипаж на Международную космическую станцию и орбитальный комплекс Бигелоу (Bigelow Aerospace Orbital Space Complex). Срок в состыкованном состоянии с МКС до 6 месяцев.
CST-100 разработан для совершения относительно недолгих путешествий. "100" в названии корабля означает 100 км или 62 мили (низкая околоземная орбита).
Одна из особенностей CST-100 — дополнительные возможности орбитального маневрирования: если топливо в системе, разделяющей капсулу и ракету-носитель не использовано (в случае неудачного старта), оно может потом расходоваться на орбите.
Планируется многоразовое использование спускаемой капсулы до 10 раз.
Возвращение капсулы на Землю обеспечит одноразовая теплозащита, парашюты и надувные подушки (для финального этапа посадки).
В мае 2014 года было заявлено о первом беспилотном испытательном запуске CST-100 в январе 2017 года. На середину 2017 года запланирован первый орбитальный полет пилотируемого корабля с двумя астронавтами. При запусках будет использована РН Атлас-5. Также, не исключается стыковка с МКС.
ППТС -ПТК НП
Перспективная пилотируемая транспортная система (ППТС) и Пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП) — временные официальные названия проектов российских ракеты-носителя и многоцелевого пилотируемого частично многоразового космического корабля.
Под этими временными официальными названиями кроются российские проекты, представленные ракетой-носителем и многоцелевым пилотируемым космическим кораблем, который частично является многоразовым. Именно он в будущем должен будет заменить пилотируемые корабли, представленные серией «Союз», а также автоматические грузовые корабли программы «Прогресс».
Создание ППТС обусловлено некими государственными целями и задачами. Среди них тот факт, что корабль должен будет обеспечивать национальную безопасность, являться технологически независимым, позволять государству осуществлять беспрепятственный доступ к космическому пространству, летать на лунную орбиту и осуществлять там посадку.
Экипаж может состоять максимум из шести человек, а если это полет к Луне - то не более четырех. Доставляемый груз может достигать 500 кг в весе, столько же может составлять масса возвращаемого груза.
Выход корабля на орбиту будет осуществляться при помощи новой ракеты-носителя «Амур».
Что касается двигательного отсека спускаемого аппарата, то здесь предусматривается использование только экологически безопасных компонентов топлива, среди которых — этиловый спирт, а также газообразный кислород. Внутри двигательного отсека может поместиться до 8 тонн горючего.
Ожидается, что территория посадочных полигонов будет размещаться на юге России. Приземление спускаемого аппарата будет осуществляться путем использования трех парашютов. Этому будет способствовать также реактивная система мягкой посадки. Прежде разработчики придерживались идеи применения полностью реактивной системы, в состав которой бы входили резервные парашюты для тех ситуаций, когда двигатели оказываются неисправными.
В связи с новыми программами освоения космического пространства, которые запланировало на ближайшее время правительство России, перед членами Совета Федерации выступил Анатолий Перминов. Глава Роскосмоса проинформировал о текущем состоянии отрасли и перспективах ее развития в текущем десятилетии.
В своем выступлении Перминов раскритиковал не только Министерство финансов РФ, но и его главу господина Кудрина. Руководитель Федерального космического агентства по вопросу работы Минфина сказал следующее: «Сегодня мы завоевываем рынки только за счет своих технологий в области освоения космоса, та политика, которой придерживается Минфин, не позволяет нам в полном объеме выполнять проекты по завоеванию новых зарубежных рынков. Нам необходимо равняться на Китай. В этой стране поставлена конкретная задача: за пять лет оккупировать все рынки в Азии и Южной Америке, причем вкладываться в эти перспективные рынки на основе финансовой составляющей, Пекином поставлена задача, даже, несмотря на очевидный ущерб национальной экономике. В завоевании рынков основной фактор победы - финансовая составляющая. Сегодня мы сотрудничаем с Аргентиной, Чили, Бразилией и Кубой. С этими странами мы будем создавать космические аппараты».
По словам Перминова, Россия будет постепенно отходить от использования тяжелых ракетоносителей «Протон», которые функционируют на ядовитом топливе. Но это произойдет только в том случае, если новый РН «Ангара» пройдет успешно летные испытания. В РН «Ангара» применяется экологически чистое топливо. Первый его запуск намечен на 2013 год.
Согласно утверждению главы Роскосмоса, ведущие космические державы до этого времени не нашли компонентов, которые смогли бы обеспечить такую же тягу, как топливо, на котором работает «Протон». «Во всем мире в качестве топлива в тяжелых ракетах используется деметилгидразин, а также его всевозможные вариации, ТГ-02. Других компромиссных компонентов нет. Весь мир продолжает эксплуатировать эти тяжелые ракеты. Если отказаться от ракеты «Протон», мы получим полную остановку запусков аппаратов двойного и военного назначения, а коммерческие запуски сократятся на 50 процентов», - сказал Анатолий Перминов.
В своем докладе перед российскими сенаторами Анатолий Перминов затронул и тему перспектив разработки и испытаний нового российского космического корабля «Русь». В частности он указал на следующее: «Потребуются не менее пятнадцати безаварийных испытательных запусков в беспилотном режиме. После проведения тщательного анализа будет принято решение об отправке экипажа». На проведение беспилотных испытательных полетов может уйти не менее двух лет. Первый запуск ракеты «Русь» с космодрома Восточный будет осуществлен в 2015 году, а старт с экипажем – в 2018-м. Руководитель космического агентства РФ также сообщил, что космодром Восточный после окончания строительства будет в течение некоторого времени эксплуатироваться параллельно с действующими Байконуром и Плесецком.
Анатолий Перминов уверен, что экспедиция на Марс станет реальностью через четверть века. «Конечно, готовиться необходимо к полету. Это процесс длительный и поэтапный. Но лететь нам пока не на чем. Это абсурд – совершить полет на Марс на тех космических кораблях и двигателях, которые эксплуатируются у нас сегодня», – заявил глава Роскосмоса. «Речь идет о том, что нам необходимо строить новый корабль с совершенно измененной ядерной установкой мощностью мегаваттного класса и только в таком случае можно лететь на Марс. С учетом применения новых двигателей полет займет около месяца, но это реально лишь после 2035 года. Все эти пустые и абсурдные разговоры – типа я согласен на полет в один конец, только отпустите меня на Марс – просто ерунда. Какой результат для науки будет от такого полета? Очевидно, что никакого», – отметил руководитель Роскосмоса.
В Совете Федерации РФ также выступил и заместитель главы Роскосмоса Виталий Давыдов, который рассказал сенаторам о результатах проведения испытаний морской стратегической ракеты «Булава». В частности он сообщил: «Казалось бы, тяжелый период «Булавы» остался позади, мы сейчас устранили недоработки, которые были, и, в общем-то, с некоторой уверенностью разделяем оптимизм разработчиков, в том плане, что работа будет завершена».
Выявленные в ходе испытаний проблемы удалось решить благодаря мерам господдержки. В большей части способствовало утверждение программы развития ОПК. В бюджете были зарезервированы необходимые средства на финансирование начатых проектов, в том числе предусмотрено выделение средств на подготовку производства, которое связанно с «Булавой».
Виталий Давыдов отметил, что в принятой Госпрограмме вооружения-2020 одним из приоритетов является ракетно-космическая техника, финансирование на нее увеличено, и это придает уверенности в развитии освоения космоса в будущем.
