50 vuoden kuluttua ihmiskunta aikoo palata kuuhun ja ennustaa hiukan myöhemmin lennon Marsiin. On kuitenkin epätodennäköistä, että lähitulevaisuudessa ihmisten on tarkoitus siirtyä merkittävästi maapallon kiertoradalta: monet tekijät häiritsevät tätä.
Avaruus ei ole vain viimeinen, vaan myös vaarallisin raja. Tämä on äärimmäinen mahdollisista ympäristöistä, mutta juuri sen kautta tie uudelle maailmalle on. Niiden saavuttamiseksi henkilön on keksittävä uusia moottoreita, opittava kestämään säteilyä, ei kuole tahattomasta naarmusta eikä mennä hulluksi. Onko se mahdollista?
Kotitoimituksella
Kun matkustetaan eksoplaneetoille (aurinkokunnan ulkopuolella oleville avaruuskappaleille), nykyaikaisten tutkijoiden - niin elävien kuin automaattien - pääongelma ei ole tutkittavien kohteiden tutkimaton olosuhde, vaan itse tällaiseen yritykseen tarvittava aika. NASA korosti tärkeimpiä ongelmia, jotka johtuvat siitä, että teknisten välineiden optimaalimmalla kehittämisellä matka vie vuosia.
Nykyään päämoottorit perustuvat kemiallisiin prosesseihin: polttoaine ja hapetin poltetaan kuuman kaasun muodostamiseksi. Kuumennuksen vuoksi pakokaasut virtaavat suurella nopeudella raketin suuttimesta, työntäen rakettia vastakkaiseen suuntaan. Valitettavasti tällaiset moottorit jättävät ihmiselle vain vähän liikkumavaraa, koska poltolämpötila rajoittaa kaasun virtausnopeutta. Jopa teoreettisesti matka tähtiin moottorilla, joilla on kemiallinen käyttövoima, on epärealistinen nykyisen tekniikan tason kanssa. Joten, maasta kauimpana oleva avaruusalus Voyager-1, joka laukaistiin vuonna 1977, kattoi yli 21 miljardia km 40 vuodessa. Tämä on ilman liioittelemista, tähtitieteellinen hahmo, mutta jopa tässä tilanteessa Voyager-1 saavuttaa tähden AC +79 3888 (17 valovuoden päässä Auringosta), jota kohti se lentää nopeudella noin 62 000 km / h, vasta 40 000: n jälkeen. vuotta vanha.
Nykyaikaiset avaruusanturit kykenevät kehittämään vielä suurempia nopeuksia. Esimerkiksi Jupiterin keinotekoinen satelliitti Juno pystyy saavuttamaan noin 250 000 km / h, kun taas äskettäin laukaistu Parker Solar Probe kiihdyttää nopeuteen 692 000 km / h. Mutta näissä projekteissa nopea nopeus saavutetaan muun muassa gravitaatiovaihteiden ansiosta: Koetin kulkee lähellä planeettaa ja kuljettaa sen "mukanaan" kiihdyttäen sen kiertoradallaansa. Tämä on kätevää järjestelmässämme, mutta ei riitä nopeaan matkustamiseen tähtiin: aurinkokunnan ulkopuolella ei ole esineitä painovoimatoimenpiteitä varten. Lisäksi mitä kauempana planeetta on tähtiä, sitä hitaammin se liikkuu.
Yksi mahdollinen ratkaisu ongelmaan on ioniajuri. Sen toimintaperiaate perustuu ionisoituun kaasuun perustuvan suihkuputken luomiseen: elektronit revitään molekyyleistä ja syntyvät varautuneet ionit kiihdytetään sähkökentässä. Siten on mahdollista saavuttaa suuremmat aineen virtausnopeudet suuttimista, lisäksi tämä lähestymistapa on energiatehokkaampaa (kiihdytykseen käytetään vähemmän polttoainetta). Tämän seurauksena ionimoottorit mahdollistavat teoreettisesti ennennäkemättömän nopeuden saavuttamisen: Tutkijoiden mukaan Mars voidaan saavuttaa vain 39 päivässä seitsemän kuukauden sijasta, joka InSight-moduulin, joka on tarkoitus laskeutua Marsille marraskuussa, kuluttaa yhteensä matkalla Punaiselle planeetalle. Valitettavasti olemassa olevat ionitroottorit ovat liian heikkoja ja niitä voidaan käyttää vain kiertoradan korjaamiseen.
Mainosvideo:
Venäjällä valtionyhtiö "Rosatom" osallistuu kosmonautian ydinmoottorin projektiin, yksityiskohtia ei ole paljastettu
Radikaalisempi lähestymistapa, ainakin aurinkokunnan kolonisaatiota varten, voi olla ydinasemoottorit. Ydinlähde kuumenee radioaktiivisen aineen hajoamisen avulla, kuumentaen työnestettä, joka voi valua ulos paljon nopeammin kuin se, joka johtuu polttoaineen ja hapettimen palamisesta kemiallisessa moottorissa. He yrittivät soveltaa tätä lähestymistapaa avaruuskauden alussa, kylmän sodan aikana. Toistaiseksi niiden käyttöä rajoittavat kuitenkin kaksi tekijää. Ei ole toivottavaa heittää suurta määrää radioaktiivisia aineita kiertoradalle: kuten käytäntö osoittaa, joskus se voi pudota takaisin. Lisäksi tällainen moottori vaatii vakavaa jäähdytystä, ja avaruudessa lämpöä voidaan antaa vain säteilyllä, joka kuluttaa energiaa suhteellisen hitaasti, mikä rajoittaa ydinmoottoreiden tehoa. Heikot ydinmoottorit on helpompi korvata maapallolle vähemmän vaarallisilla ionimoottoreilla tai tutummilla suihkumoottoreilla, joita käytetään kemiallisella polttoaineella.
Nykyaikaisia materiaaleja ja tekniikoita käyttämällä eri maat yrittävät nyt kehittää tehokkaampia malleja ydin- ja ionimoottoreille. Mahdollisesti ne sallivat useiden kuukausien päästä Saturnukseen (Cassini-tehtävälle tämä polku kesti seitsemän vuotta). Nykyään ydinmoottoreita kehitetään esimerkiksi Yhdysvalloissa: NASA ja BWXT Nuclear Energy allekirjoittivat vuonna 2017 sopimuksen moottorin kehittämisestä. Venäjällä valtionyhtiö Rosatom osallistuu kosmonautisen ydinmoottorin projektiin, yksityiskohtia ei ole paljastettu.
Vaarallinen ympäristö
Jopa läsnä ollessa moottoreita, jotka mahdollistavat etäisten planeettojen tai jopa tähtien saavuttamisen muutamassa kuukaudessa tai vuodessa, kysymys tällaisen aluksen miehistön turvallisuudesta on avoin. Ja pääuhka ei ole muukalaisia tai asteroideja, vaan säteily. Ionisoiva säteily voi vahingoittaa DNA: ta, aiheuttaa ongelmia melkein kaikkien kehosysteemien toiminnassa ja mitätöidä kaikki, jopa kaikkein harkittuimmat, avaruusyritykset, joihin henkilö osallistuu.
Jos puhumme nykyään edullisemmasta vaihtoehdosta (lento Marsiin), säteilystä on tulossa yksi tärkeimmistä astronautien kohtaamista ongelmista. Jos maapallolla ihminen on ilmakehän ja planeetan magneettikentän suojaama, niin ISS-kosmonautit jo altistuvat kymmenen kertaa voimakkaammalle säteilylle. Lento Punaiselle planeetalle nykyisen teknologisen kehitystason kanssa vie noin 7 kuukautta. Tähän on lisättävä aika, joka vietetään Marsilla, jolla ei ole suojaavaa magneettikenttää ja tiheää maan ilmakehää, ja myös paluumatka on otettava huomioon. Yhteenvetona kaikki riskit, vain säteilyuhka voi saada lipun neljännelle planeetalle Auringosta tappavalta. Siksi esimerkiksiLockheed Martinin kehittämä Orion varustetaan erityisellä suojatulla suojalla liiallisen aurinkoaktiivisuuden ja radioaktiivisten hiukkasten suurien päästöjen varalta. Huomaa, että samanlaista ratkaisua käytetään tällä hetkellä ISS: ssä.
Muinaisista ajoista lähtien vulkaaninen toiminta Kuussa ja Marsissa olisi voinut jättää useita kilometrejä tunneleita, joiden leveys oli jopa 1 km.
Jos puhumme planeetan laajentumisesta, tutkijat ehdottavat tätä varten tulevaisuudessa magneettikilven tai maastomuodon käyttöä. Budjettivaihtoehto on olemassa: italialaiset tutkijat ehdottivat konseptia ns. Laavaputkien - kanavien asettamiseksi planeetan paksuuteen, jotka muodostuvat laavan epätasaisen jäähdytyksen aikana. Niiden ulkoavaruuden säteily on minimaalista, koska Marsin ylemmät kerrokset sitä heikentävät. Tässä tapauksessa myrskyt ja muut uhat ilmakehän planeetoilla eivät myöskään pelkää.
Oletetaan, että muinaisista ajoista alkaen vulkaanisen toiminnan harjoittamisessa Kuussa ja Marsissa voi olla jäljellä useita kilometrejä jopa 1 km leveitä tunneleita, joiden pimeydessä ihmisen taivaankappaleiden kolonisaation historia voisi hyvinkin alkaa.
Säteilyn lisäksi ihmisen on vielä ratkaistava monia ongelmia: varmistettava häiriötön ja luotettava hapenjakelu, ratkaistava ravitsemusongelma, opittava selviytymään pitkään samoista ihmisistä jne. Sanomattakin on selvää, että ehdollisen tehtävän aikana jopa lähimpään planeettaan astronautien on itse ratkaistava lääketieteelliset ongelmat, esimerkiksi poistamalla umpilisäke? Tällä hetkellä jokaiselle avaruuteen menevälle tehdään lukuisia testejä, mutta kaikkea on yksinkertaisesti mahdotonta vakuuttaa. Kuten tutkijat huomauttivat, kuuden miehen joukkue 900 päivän matkan aikana Marsiin kohtaa melkein väistämättä ainakin yhden tapauksen, kun yksi miehistön jäsenistä tarvitsee kiireellistä apua. Venäläis-eurooppalainen kokeilu "Mars-500" antaa jonkin verran toivoajonka aikana kuuden ihmisen miehistö suljetussa huoneessa maapallolla asui onnistuneesti "lennossa" 520 päivää, selviytyen psykologisista ja lääketieteellisistä ongelmista.
Hyvä tila
Rahoitus on avaruusprojektien selkäranka, ja suurin osa realisoitumattomista avaruusprojekteista on epäonnistunut tässä vaiheessa. Jopa täysin automatisoidut projektit, kuten Curiosity Rover, ovat arvoltaan miljardeja dollareita. Ihmisen lento Marsiin on arvioitu toisinaan kalliimmaksi.
Jopa projektit, joissa ei tarvitse miettiä elämän tukijärjestelmiä, kohtaavat usein rahoitusongelmia johtuen korkeista tekniikan kustannuksista. Esimerkiksi James Webbin kiertävän teleskoopin kustannukset ovat jo ylittäneet 9 miljardia dollaria, ja sen oli tarkoitus viedä avaruuteen 10 vuotta sitten. Jos puhumme miehitettyjen virkamatkojen kustannuksista, silmiinpistävin esimerkki oli kansainvälisen avaruusaseman projekti. Sen arvioidaan olevan 150 miljardia dollaria ja se on yksi maailman kalleimmista teknisistä rakenteista.
Lisäksi yhden hankkeen rahoittaminen itsessään ei takaa sen menestystä. Tällaiset hankkeet vaativat hyvin kehitettyä tieteellistä perustaa sekä tuotantolaitoksia ja infrastruktuuria, jotka pystyvät tukemaan asemaa. Pelkästään Yhdysvallat käyttää 3 miljardia dollaria tähän vuosittain.
NASA: n laskelmien mukaan yli 30 vuoden Marsiin tehtävän matkan kehittämisen, valmistelun ja toteuttamisen kustannukset voivat olla yli 450 miljardia dollaria. Joidenkin arvioiden mukaan hankkeen kokonaiskustannukset ovat 1,5 triljoonaa dollaria! Upea summa American Aerospace Agencyn budjetin taustalla, joka on keskimäärin noin 20 miljardia dollaria vuodessa. Jopa nykyaikaisten avaruuspalvelujen ja -teknologioiden markkinoiden koko määrä on 350 miljardia dollaria. Joten retkikunnan kustannukset ovat vähintään yhtä ongelma kuin avaruussäteily.