10 хитрых способов покорить космос, которые могут однажды сработать

Люди давно мечтают о путешествиях к далеким планетам; этот же вопрос больше века освещается в научной фантастике. В реальности существует много проблем, которые мешают нам осуществить это, в том числе и отсутствие адекватных технологий. Но это не останавливает ученых от теоретизации возможных способов освоения космического пространства, которые однажды могут стать вполне реальными.

11 картинок.

Ионные двигатели

Ионные двигатели вряд ли станут чем-то новеньким для фанатов «Звездных войн», поскольку на них летали TIE Fighters. Кроме того, это вполне существующая технология, которую использовал зонд Dawn, запущенный в сентябре 1997 году, для изучения карликовых планет Весты и Цереры.

Ионные двигатели работают, когда атомы ксенона бомбардируются электронами, образуя ионы. В задней части двигателя находятся металлические сетки, заряженные на 1000 вольт, которые выстреливают ионы с огромной скоростью. Тяга довольно небольшая, но поскольку космос — это среда без трения и с нулевой гравитацией, она постоянно нарастает. Максимальная скорость, которую набрал Dawn, составляет 38 600 км/ч.

Ионные двигатели требуют минимального топлива. Они в 10 раз эффективней химических двигателей. Энергию они получают от больших солнечных батарей, поэтому нет никакой необходимости строить хранилище для топлива. Также это дает ионным двигателям в теории неисчерпаемый источник энергии. Текущая проблема ионных двигателей заключается в том, что они слишком медленные, чтобы перевозить людей. Их можно было использовать, например, для транспортировки оборудования и припасов в марсианские колонии.

Bussard Ramjet

Как упоминалось выше, одной из самых больших проблем, стоящих на пути у космических путешествий, остается необходимое количество топлива. Для решения этой проблемы в 1960-х годах предложили создать так называемый Bussard Interstellar Ramjet. Идея в том, что космический аппарат подбирает протоны, разбросанные во Вселенной, по мере путешествия. Если эти протоны затем можно синтезировать, космический аппарат по сути летит на ядерной ракете.

Правда, есть ряд проблем с концепцией Ramjet. Можно поднять только определенное количество протонов, а по мере подбора протонов также будет рождаться существенное сопротивление. Кроме того, есть небольшой вопрос о создании стабильно работающего устройства ядерного синтеза.

Движение на ядерном импульсе

Идея использования ядерной энергии для запуска космических аппаратов уходит корнями еще в 1950-е. Проект «Орион» был инициативой NASA, которое решило построить корабль размером с хороший небоскреб, запускающийся от взрыва ядерной бомбы под ним. Вы уже начинаете догадываться о связанных с проектом проблемах. Для начала после этого проекта должно остаться огромное количество радиации, да и сами астронавты получат отравление радиацией. Когда бомба взорвется, она создаст электромагнитный импульс, который уничтожит бортовую электронику. И это если запуск еще будет успешным и не приведет к фатальным потерям. Проект «Орион» рассматривался в первую очередь потому, что мог доставить нас на Марс за три месяца. Обычному кораблю потребовалось бы восемнадцать.

Очевидно, проект «Орион» умер, но стоящая за ним идея живет. «Вояджер-1», «Вояджер-2» и «Кассини» использовали форму ядерной энергии на основе распада плутония, преобразуя ее в электричество, для своих полетов. К сожалению, запасы необходимого плутония на нашей планете подошли к концу, а запустить повторное производство довольно сложно, поскольку это побочный продукт создания ядерных бомб.

Движение на лазерных лучах

Аэрокосмический инженер Леик Мирабо в 1988 году пришел к идее использования движения на лазерных лучах, когда он работал над проектом ПРО «Звездных войн». Аппарат Мирабо должен был быть коническим. Мощный лазерный луч выстреливал бы с узкого конца конуса, содержащего параболический отражатель. Это нагревало бы воздух внутри до 30 000 градусов, что приводило бы к взрывам, создающим тягу. Мирабо считал, что такой аппарат появится уже в ближайшие 20 лет, но его сверстники смотрели на эту идею со скепсисом.

Межзвездный аппарат «Дедал»

Британское межпланетное общество проводило исследования в течение пяти лет, начиная с 1973 года, изучая возможность отправки людей к звезде Барнарда, которая находится в шести световых годах от нас. Их решением стал межпланетный космический аппарат «Дедал» (Daedalus). Daedalus был гигантским аппаратом, тоже по размерам с хороший небоскреб, и точно должен был собираться на орбите Земли.

Как и проект «Орион», он должен был использовать двигатели синтеза. Гранулы топлива вводились бы на высокой скорости в реакционную камеру, где их поджигали бы пучки высокоэнергетических электронов. Первая ступень должна была поднять с Земли 46 000 тонн топлива, вторая — небольшую часть корабля с 4000 тонн топлива. Топливом должен был стать гелий-3. Гелий-3 — невероятная редкость на Земле, но на Луне, как полагают, его гораздо больше; также его можно найти в космических облаках. Сбор необходимого количества занял бы 20 лет. Гелий-3 также очень трудно поджечь в качестве топлива, поскольку требуется крайне много тепла. Но если бы проект выгорел, аппарат разогнался бы до 12,2% скорости света и достиг бы звезды Барнарда за 50 лет.

В 2009 году начались исследования в рамках проекта «Икар» (Icarus), которые должны показать, каким может стать межзвездное путешествие после стольких лет научного прогресса.

Верхом на астероиде

Одной из крупнейших проблем путешествий в космосе остается воздействие космических лучей. Если человеку необходимо 1000 дней, чтобы добраться до Марса, он получит такое облучение, что шансы на развитие рака вырастут с 1 до 19 процентов. Космический аппарат состоит из легких материалов, а экраны от радиации слишком тяжелые. Поэтому профессор физики из Массачусетского технологического института считает, что лучшим способом преодолеть большие расстояния будет приземление на астероид и создание туннеля под его поверхностью.

Астероид должен быть 10 метров шириной и проходить в пределах нескольких миллионов километров от Земли и Марса, чтобы план сработал. Пока известно пять таких астероидов, и все они пройдут рядом с Землей до 2100 года. Путешествие будет в один конец, поскольку астероидов, которые летят туда и обратно, не существует. Впрочем, постоянно происходят новые открытия, поэтому, возможно, мы найдем и астероид, летящий от Марса к нам в нужный момент.

Солнечный парус

Хотя паруса сложно назвать высокими технологиями по современным меркам, в космическом контексте они получили хорошее обновление. Вместо использования ветра эти паруса будут задействовать энергию солнца. Солнечные паруса дадут космическому аппарату небольшую тягу, но поскольку в космосе нет трения, эти паруса будут постепенно набирать скорость. К примеру, солнечный парус шириной в 400 метров сможет проходить больше двух миллиардов километров в год. Это быстрее, чем может проходить судно с химической тягой. Также было бы дешевле.

Проекты по использованию солнечных парусов тоже не редкость. Один от NASA называется Sunjammer, названный в честь рассказа Артура Кларка. Парус Sunjammer может быть изготовлен из материала каптона и быть в пять микрон толщиной, весить меньше 20 килограммов и в упакованном состоянии по размерам быть как стиральная машинка.

Другой вариант, созданный в честь Карла Сагана, очень скоро должен выйти на орбиту. Есть также теория, что солнечный парус может отвезти космический аппарат в другую солнечную систему. Такой парус будет размером с большой город и активным его центром будет мощный лазер.

Магнитный парус

Скорость большинства испускаемых Солнцем протонов и электронов варьируется от 400 до 600 километров в секунду. Магнитный парус мог бы использовать их энергию и отталкиваться от них. Петля проводящего материала может производить магнитное поле, которое перпендикулярно солнечному ветру, и это будет толкать аппарат в нужном направлении. Проблема в том, что магнитный парус должен быть стокилометровой длины. Технологии, которые позволят сделать парус из сверхпроводящего материала таких размеров и поддерживать нужную температуру, пока просто недоступны сейчас. Магнитные паруса остаются теорией, пока не будет разработана нужная технология.

Червоточина

Выходцы из научной фантастики, червоточины вдохновляли людей с самого своего появления в теории в 1921 году. Хотя их существование допускается, прямых свидетельств этому пока не находили. Червоточины — это по сути туннели в космосе, через которые может пройти объект в теории. При этом червоточины нестабильны — если кто-то захочет пройти через одну из таких, ее стенки могут коллапсировать. Для безопасного прохождения через червоточину аппарат должен использовать антигравитационную силу. Физики считают, что мы просто не соберем достаточно энергии. Если и существует червоточина, через которую могут пройти люди, то точно не в природе; однако достаточно развитая цивилизация могла бы построить ее. Поэтому пока мы не встретим или не построим ее, червоточина будет оставаться научно-фантастическим вымыслом.

Варп-двигатель

Ставшая популярной благодаря «Звездному пути», идея варп-двигателя позволяет путешествовать буквально быстрее скорости света, при этом не нарушая законы физики. Тем не менее ученые верят в возможность его реализации. Впервые идею предложил физик Мигель Алькубьерре: создать космический аппарат в форме мяча для регби с плоским кольцом вокруг. Правда, чтобы корабль полетел, вам нужен шар антиматерии размером с Юпитер.

Чтобы сделать такой космический аппарат возможным, Гарольд Уайт из NASA внес в проект изменения. В теории его модифицированный корабль будет требовать намного меньше антиматерии, порядка 500 килограммов. Он сможет искривлять пространство-время и достигать скорость в 10 раз быстрее скорости света. Путешествие к ближайшей звезде займет четыре-пять месяцев.

К сожалению, антиматерия чрезвычайно нестабильна. Всего треть грамма антивещества может высвободить столько же энергии, сколько было высвобождено при бомбардировке Хиросимы. Антиматерии в проекте Уайта потянет на 1,5 миллиона Хиросим, чего будет достаточно для уничтожения Земли.

Источник