Авторско право на илюстрация Thinkstock

Сегашният рекорд за скорост в космоса е от 46 години. Кореспондентът се чудеше кога ще бъде бит.

Ние, хората, сме обсебени от скоростта. И така, само през последните няколко месеца стана известно, че учениците в Германия поставиха рекорд за скорост на електрическа кола, а ВВС на САЩ планират да подобрят хиперзвуковите самолети, така че да достигат скорост пет пъти по-висока от скоростта на звука, т.е. над 6100 км/ч.

Такива самолети няма да имат екипаж, но не защото хората не могат да се движат с такива висока скорост. Всъщност хората вече са се движили със скорост, която е няколко пъти по-висока от скоростта на звука.

Има ли обаче граница, отвъд която бързо бързащите ни тела вече няма да могат да издържат на претоварването?

Настоящият рекорд за скорост се споделя поравно от трима астронавти, участвали в космическа мисия"Аполо 10" - Том Стафорд, Джон Йънг и Юджийн Сърнан.

През 1969 г., когато астронавтите обиколиха Луната и се върнаха обратно, капсулата, в която се намираха, достигна скорост, която на Земята би била 39,897 км/ч.

„Мисля, че преди сто години едва ли можехме да си представим, че човек може да се движи в космоса със скорост от почти 40 хиляди километра в час“, казва Джим Брей от аерокосмическия концерн Lockheed Martin.

Брей е директор на проекта за обитаем модул за космическия кораб Orion, който се разработва от американската космическа агенция НАСА.

Според разработчиците космическият кораб Orion - многоцелеви и частично многократно използваем - трябва да изведе астронавти в ниска околоземна орбита. Много е възможно с негова помощ да се счупи рекордът за скорост, поставен на човек преди 46 години.

Новата свръхтежка ракета, част от Space Launch System, трябва да извърши първия си пилотиран полет през 2021 г. Това ще бъде прелитане на астероид, намиращ се в лунна орбита.

Средностатистическият човек може да издържи около пет G сила, преди да припадне.

След това трябва да последват многомесечни експедиции до Марс. Сега, според конструкторите, обичайната максимална скорост на Orion трябва да бъде приблизително 32 хиляди км/ч. Въпреки това скоростта, постигната от Аполо 10, може да бъде надмината, дори ако се запази основната конфигурация на космическия кораб Орион.

"Орион е проектиран да лети до различни цели през целия си живот", казва Брей, "Може да бъде много по-бърз от това, което планираме в момента."

Но дори Орион няма да представлява върха на човешкия скоростен потенциал. „По същество няма ограничение за скоростта, с която можем да пътуваме, освен скоростта на светлината“, казва Брей.

Скоростта на светлината е един милиард км/час. Има ли надежда, че ще успеем да преодолеем разликата между 40 хил. км/ч и тези стойности?

Изненадващо, скоростта като векторна величина, показваща скоростта на движение и посоката на движение, не е проблем за хората в физически смисъл, докато е относително постоянна и насочена в една посока.

Следователно хората - теоретично - могат да се движат в пространството само малко по-бавно от "ограничението на скоростта на Вселената", т.е. скорост на светлината.

Авторско право на илюстрацияНАСАНадпис на изображението Как ще се почувства човек в кораб, летящ със скорост, близка до светлинната?

Но дори и да преодолеем значителните технологични пречки, свързани с високоскоростните космически кораби, нашите крехки, предимно водни тела, ще бъдат изправени пред нови опасности, свързани с ефектите от високата скорост.

Могат да възникнат само въображаеми опасности, ако хората могат да се движат по-бърза скоростсветлина благодарение на използването на вратички в съвременна физикаили чрез открития, които нарушават модела.

Как да издържим на претоварване

Ако обаче възнамеряваме да се движим със скорост над 40 хиляди км/ч, ще трябва да я достигнем и след това да намалим, бавно и с търпение.

Бързото ускорение и също толкова бързото забавяне представляват смъртна опасност за човешкото тяло. Това се доказва от тежестта на нараняванията в резултат на автомобилни катастрофи, при които скоростта пада от няколко десетки километра в час до нула.

Каква е причината за това? В онова свойство на Вселената, което се нарича инертност или способност физическо тяло, имайки маса, устоява на промени в състоянието си на покой или движение при отсъствие или компенсиране на външни влияния.

Тази идея е формулирана в първия закон на Нютон, който гласи: „Всяко тяло продължава да се поддържа в своето състояние на покой или еднообразие и праволинейно движение, докато и доколкото не бъде принуден от приложени сили да промени това състояние."

Ние, хората, сме в състояние да издържим огромни претоварвания без сериозни наранявания, макар и само за няколко мига.

„Да останеш в покой и да се движиш с постоянна скорост е нормално за човешкото тяло“, обяснява Брей, „По-скоро трябва да сме загрижени за състоянието на човек в момента на ускорение.“

Преди около век разработването на здрави самолети, които могат да маневрират със скорост, накара пилотите да докладват странни симптоми, причинени от промени в скоростта и посоката на полета. Тези симптоми включват временна загуба на зрение и усещане за тежест или безтегловност.

Причината са g-силите, измерени в единици G, което е отношението на линейното ускорение към ускорението на гравитацията на повърхността на Земята под въздействието на привличане или гравитация. Тези единици отразяват ефекта от ускорението на гравитацията върху масата, например на човешкото тяло.

Претоварване от 1 G е равно на теглото на тяло, което се намира в гравитационното поле на Земята и е привлечено от центъра на планетата със скорост 9,8 m/sec (на морското равнище).

Претоварванията, които човек изпитва вертикално от глава до пети или обратно, са истински лоши новиниза пилоти и пътници.

При отрицателни претоварвания, т.е. забавяне, кръвта се втурва от пръстите на краката към главата, възниква усещане за пренасищане, както при стойка на ръце.

Авторско право на илюстрация SPLНадпис на изображението За да разберат колко Gs могат да издържат астронавтите, те се обучават в центрофуга

„Червеният воал“ (усещането, което човек изпитва, когато кръвта нахлу в главата) се появява, когато подутите от кръв, полупрозрачни долни клепачи се повдигнат и покрият зениците на очите.

И обратно, по време на ускорение или положителни g-сили кръвта тече от главата към краката, очите и мозъкът започват да изпитват недостиг на кислород, тъй като кръвта се натрупва в долните крайници.

Отначало зрението става мъгливо, т.е. настъпва загуба на цветно зрение и това, което се нарича „сив воал“, се преобръща, след това настъпва пълна загуба на зрение или „черен воал“, но човекът остава в съзнание.

Прекомерното претоварване води до пълна загуба на съзнание. Това състояние се нарича синкоп от претоварване. Много пилоти загинаха, защото „черен воал“ падна върху очите им и те се разбиха.

Средният човек може да издържи около пет Gs сила, преди да загуби съзнание.

Пилотите, носещи специални анти-g костюми и обучени да напрягат и отпускат мускулите на торса си по специален начин, за да поддържат кръвта да тече от главата, са в състояние да контролират самолета с около девет Gs.

При достигане на стабилна крейсерска скорост от 26 000 км/ч в орбита, астронавтите изпитват скорост не повече от пътниците на търговски полети

„За кратки периоди от време човешкото тяломоже да издържи на много по-големи g-сили от девет G, казва Джеф Светек, изпълнителен директор на Аерокосмическата медицинска асоциация, базирана в Александрия, Вирджиния. „Но много малко хора могат да издържат на големи претоварвания за дълъг период от време.“

Ние, хората, сме в състояние да издържим огромни претоварвания без сериозни наранявания, макар и само за няколко мига.

Краткосрочният рекорд за издръжливост беше поставен от капитан от военновъздушните сили на САЩ Ели Бидинг младши във военновъздушната база Холоман в Ню Мексико. През 1958 г. при спиране на специална шейна с ракетен двигател, след ускорение до 55 км/ч за 0,1 секунди, той изпитва претоварване от 82,3 G.

Този резултат е записан от акселерометър, прикрепен към гърдите му. Бидинг също претърпя "черен облак" над очите си, но се размина само с натъртвания по време на тази забележителна проява на човешка издръжливост. Вярно, след пристигането той прекара три дни в болницата.

А сега в космоса

Астронавтите, в зависимост от транспортното средство, също са имали доста големи претоварвания - от три до пет G - по време на излитане и съответно при връщане в плътните слоеве на атмосферата.

Тези претоварвания се понасят сравнително лесно, благодарение на умната идея космическите пътешественици да бъдат прикрепени към седалките в легнало положение с лице към посоката на полета.

След като достигнат стабилна крейсерска скорост от 26 000 км/ч в орбита, астронавтите изпитват скорост не повече от пътниците на търговски полети.

Ако претоварването не представлява проблем за дългите експедиции на космическия кораб "Орион", тогава с малки космически скали - микрометеорити - всичко е по-сложно.

Авторско право на илюстрацияНАСАНадпис на изображението За да се защити от микрометеорити, Орион ще се нуждае от някакъв вид космическа броня

Тези частици с размер на оризово зърно могат да достигнат внушителни и разрушителни скорости до 300 хиляди км/ч. За да се гарантира целостта на кораба и безопасността на неговия екипаж, Orion е оборудван с външен защитен слой, чиято дебелина варира от 18 до 30 cm.

Освен това са предвидени допълнителни екраниращи щитове и е използвано гениално разположение на оборудването вътре в кораба.

„За да избегнем загубата на летателни системи, които са жизненоважни за целия космически кораб, трябва точно да изчислим ъглите на подход на микрометеоритите“, казва Джим Брей.

Бъдете сигурни: микрометеоритите не са единственото препятствие пред космическите мисии, по време на които високите скорости на човешки полет във вакуум ще играят все по-важна роля.

По време на експедицията до Марс ще трябва да се решат и други практически проблеми, например снабдяването на екипажа с храна и противодействието повишена опаснострак поради излагане на човешкото тялокосмическа радиация.

Намаляването на времето за пътуване ще намали сериозността на подобни проблеми, така че скоростта на пътуване ще става все по-желана.

Космически полет от следващо поколение

Тази нужда от скорост ще постави нови препятствия по пътя на космическите пътешественици.

Новият космически кораб на НАСА, който заплашва да счупи скоростния рекорд на Аполо 10, все пак ще разчита на изпитани във времетохимически ракетни задвижващи системи, използвани от първите космически полети. Но тези системи имат сериозни ограничения на скоростта поради освобождаването на малки количества енергия на единица гориво.

Най-предпочитаният, макар и неуловим, източник на енергия за бърз космически кораб е антиматерията, двойник и антипод на обикновената материя

Ето защо, за да се увеличи значително скоростта на полета на хората, които отиват на Марс и отвъд него, учените признават, че са необходими напълно нови подходи.

„Системите, с които разполагаме днес, са доста способни да ни доведат дотам“, казва Брей, „но всички бихме искали да станем свидетели на революция в двигателите.“

Ерик Дейвис, старши изследовател физик в Института за напреднали изследвания в Остин, Тексас, и шестгодишен участник в програмата на НАСА за пробивна физика на задвижването изследователски проект, завършен през 2002 г., идентифицира трите най-обещаващи средства, от гледна точка на традиционната физика, които могат да помогнат на човечеството да постигне скорости, разумно достатъчни за междупланетно пътуване.

накратко ние говорим заза явленията на освобождаване на енергия по време на разцепването на материята, термоядрен синтези унищожаване на антиматерията.

Първият метод включва делене на атоми и се използва в търговски ядрени реактори.

Вторият, термоядрен синтез, включва създаване на по-тежки атоми от по-прости атоми - вид реакция, която захранва Слънцето. Това е технология, която очарова, но е трудна за разбиране; това е „винаги след 50 години“ – и така винаги ще бъде, както гласи старото мото на индустрията.

"Това са много напреднали технологии," казва Дейвис, "но те се основават на традиционната физика и са твърдо установени от зората на атомната ера." Според оптимистичните оценки, системи за задвижване, основани на концепциите за атомно делене и термоядрен синтез, на теория са способни да ускорят кораб до 10% от скоростта на светлината, т.е. до много респектиращите 100 милиона км/ч.

Авторско право на илюстрацияВВС на САЩНадпис на изображението Летенето със свръхзвукова скорост вече не е проблем за хората. Друго нещо е скоростта на светлината или поне близка до нея...

Най-предпочитаният, макар и трудно постижим, източник на енергия за бърз космически кораб е антиматерията, двойник и антипод на обикновената материя.

Когато два вида материя влязат в контакт, те се унищожават взаимно, което води до освобождаване на чиста енергия.

Днес съществуват технологии, които позволяват да се произвеждат и съхраняват – засега изключително незначителни – количества антиматерия.

В същото време производството на антиматерия в полезни количества ще изисква нови специални способности от следващото поколение и инженерството ще трябва да влезе в конкурентна надпревара за създаване на подходящ космически кораб.

Но, както казва Дейвис, много страхотни идеивече се разработва на чертожните дъски.

Космическите кораби, задвижвани от енергията на антиматерията, ще могат да се ускоряват с месеци или дори години и да достигнат по-големи проценти от скоростта на светлината.

В същото време претоварването на борда ще остане приемливо за обитателите на кораба.

В същото време такива фантастични нови скорости ще бъдат изпълнени с други опасности за човешкото тяло.

Енергиен град

При скорости от няколкостотин милиона километра в час всяка прашинка в космоса, от разпръснати водородни атоми до микрометеорити, неизбежно се превръща в високоенергиен куршум, способен да пробие корпуса на кораб.

„Когато се движите с много високи скорости, това означава, че частиците, идващи към вас, се движат със същите скорости“, казва Артър Еделщайн.

Заедно с покойния си баща Уилям Еделщайн, професор по радиология в Медицинско училищеУниверситета Джон Хопкинс, той работи върху научна работа, която изследва ефектите от излагането на космически водородни атоми (върху хора и оборудване) по време на свръхбързи пътуване в космосав космоса.

Водородът ще започне да се разлага на субатомни частици, които ще проникнат в кораба и ще изложат екипажа и оборудването на радиация.

Двигателят Alcubierre ще ви носи като сърфист, яхнал вълна Ерик Дейвис, физик-изследовател

При 95% от скоростта на светлината излагането на такава радиация би означавало почти мигновена смърт.

Космическият кораб ще се нагрее до температури на топене, на които никой въображаем материал не може да устои, и водата, съдържаща се в телата на членовете на екипажа, веднага ще заври.

„Всички това са изключително неприятни проблеми“, отбелязва Еделщайн с мрачен хумор.

Той и баща му грубо изчислиха, че за да създадат хипотетична магнитна екранираща система, която може да защити кораба и обитателите му от смъртоносен водороден дъжд, звездният кораб може да пътува със скорост, която не надвишава половината от скоростта на светлината. Тогава хората на борда имат шанс да оцелеят.

Марк Милис, проблемен физик движение напред, И бивш управителРеволюционната програма на НАСА за физика на движението предупреждава, че това потенциално ограничение на скоростта за космическо пътуване остава проблем за далечното бъдеще.

„Въз основа на физически знаниянатрупани до момента, можем да кажем, че ще бъде изключително трудно да се достигнат скорости над 10% от скоростта на светлината, казва Милис. „Все още не сме в никаква опасност.“ Една проста аналогия: защо да се тревожим за удавяне, ако дори още не сме влезли във водата.

По-бързо от светлината?

Ако приемем, че така да се каже, сме се научили да плуваме, ще можем ли тогава да овладеем плъзгането през космическото време - за да развием тази аналогия по-нататък - и да летим със свръхсветлинни скорости?

Хипотезата за вродена способност за оцеляване в свръхсветлинна среда, макар и съмнителна, не е лишена от проблясъци на образовано просветление в пълния мрак.

Едно такова интригуващо средство за пътуване се основава на технологии, подобни на тези, използвани в "уорп задвижването" или "уорп задвижването" от поредицата Стар Трек.

Принципът на действие на това електроцентрала, известен също като „двигателят Алкубиер“ * (наречен на мексиканския теоретичен физик Мигел Алкубиер), е, че позволява на кораба да компресира нормалното пространство-време пред себе си, както е описано от Алберт Айнщайн, и да го разширява зад него.

Авторско право на илюстрацияНАСАНадпис на изображението Настоящият рекорд за скорост се държи от трима астронавти от Аполо 10 - Том Стафорд, Джон Йънг и Юджийн Сърнан.

По същество корабът се движи в определен обем пространство-време, един вид „балон с кривина“, който се движи по-бързо от скоростта на светлината.

По този начин корабът остава неподвижен в нормално пространство-време в този "балон", без да се подлага на деформация и избягва нарушаването на универсалната граница на скоростта на светлината.

„Вместо да се носите през водата на нормалното време-пространство“, казва Дейвис, „автомобилът на Алкубиер ще ви носи като сърфист, каращ сърф по гребена на вълна.“

Тук също има известна уловка. За реализирането на тази идея е необходима екзотична форма на материя, която има отрицателна маса, за да компресира и разширява пространство-времето.

„Физиката не казва нищо срещу отрицателната маса“, казва Дейвис, „но няма примери за това и никога не сме го виждали в природата.“

Има и друга уловка. В статия, публикувана през 2012 г., изследователи от университета в Сидни предполагат, че "уорп балонът" ще натрупва високоенергийни космически частици, тъй като неизбежно започва да взаимодейства със съдържанието на Вселената.

Някои частици ще проникнат вътре в самия балон и ще изпомпват кораба с радиация.

В капан на подсветлинни скорости?

Наистина ли сме обречени да останем на подсветлинни скорости поради нашата деликатна биология?!

Тук не става въпрос толкова за поставянето на нов световен (галактически?) рекорд за скорост за хората, а за перспективата за трансформиране на човечеството в междузвездно общество.

При половината от скоростта на светлината - а това е границата, която според изследванията на Еделщайн нашето тяло може да издържи - едно пътуване до най-близката звезда би отнело повече от 16 години.

(Ефектите на забавяне на времето, които биха накарали екипажа на звезден кораб да преживее по-малко време в тяхната координатна система, отколкото за хората, останали на Земята в тяхната координатна система, няма да имат драматични последици при половината от скоростта на светлината.)

Марк Милис е обнадежден. Имайки предвид, че човечеството е изобретило G-костюми и защита от микрометеори, които позволяват на хората да пътуват безопасно в голямото синьо разстояние и осеяното със звезди черно пространство на космоса, той е уверен, че можем да намерим начини да оцелеем каквито и ограничения на скоростта да достигнем в бъдеще.

„Същите технологии, които могат да ни помогнат да постигнем невероятни нови скорости на пътуване“, разсъждава Милис, „ще ни предоставят нови, все още неизвестни възможности за защита на екипажите.“

Бележки на преводача:

*Мигел Алкубиере излезе с идеята за своя балон през 1994 г. А през 1995 г. руският теоретичен физик Сергей Красников предложи концепцията за устройство за космическо пътуване, по-бързо от скоростта на светлината. Идеята беше наречена „тръбата на Красников“.

Това е изкуствено изкривяване на пространство-времето по принципа на така наречената червеева дупка. Хипотетично, корабът ще се движи по права линия от Земята до дадена звезда през извито пространство-време, преминавайки през други измерения.

Според теорията на Красников космическият пътешественик ще се върне обратно по същото време, когато е тръгнал.

Представено на вниманието на читателите най-бързите ракети в светапрез цялата история на сътворението.

Скорост 3,8 км/сек

Най-бързата балистична ракета със среден обсег максимална скорост 3,8 км в секунда отваря класацията на най-много бързи ракетив света. R-12U е модифицирана версия на R-12. Ракетата се различаваше от прототипа по липсата на междинно дъно в резервоара за окислител и някои незначителни промени в дизайна - няма натоварвания от вятър в шахтата, което направи възможно облекчаването на резервоарите и сухите отделения на ракетата и премахване на необходимостта от за стабилизатори. От 1976 г. ракетите R-12 и R-12U започнаха да се изваждат от експлоатация и да се заменят с мобилни наземни системи Pioneer. Те са изведени от въоръжение през юни 1989 г., а между 21 май 1990 г. в базата Лесная в Беларус са унищожени 149 ракети.

Скорост 5,8 км/сек

Една от най-бързите американски ракети-носители с максимална скорост от 5,8 км в секунда. Това е първата разработена междуконтинентална балистична ракета, приета от Съединените щати. Разработен като част от програмата MX-1593 от 1951 г. Формира основата ядрен арсеналВВС на САЩ през 1959-1964 г., но след това бързо е изтеглен от въоръжение поради появата на по-модерната ракета Minuteman. Той послужи като основа за създаването на фамилията космически ракети носители Atlas, които са в експлоатация от 1959 г. до днес.

Скорост 6 км/с

UGM-133 А Тризъбец II- американски тристепенен балистична ракета, един от най-бързите в света. Максималната му скорост е 6 км в секунда. „Трайзъбец-2” се разработва от 1977 г. паралелно с по-лекия „Трайзъбец-1”. Приет на въоръжение през 1990 г. Стартово тегло - 59 тона. Макс. тегло на хвърляне - 2,8 тона с обхват на изстрелване 7800 км. Максималната далечина на полета с намален брой бойни глави е 11 300 км.

Скорост 6 км/с

Една от най-бързите балистични ракети с твърдо гориво в света, на въоръжение в Русия. Има минимален радиус на поражение от 8000 km и приблизителна скорост от 6 km/s. Разработката на ракетата се извършва от 1998 г. от Московския институт по топлотехника, който я разработи през 1989-1997 г. ракета с наземно базиране "Топол-М". Към днешна дата са извършени 24 тестови изстрелвания на Bulava, петнадесет от тях се считат за успешни (по време на първото изстрелване, оформление на теглото и размераракети), две (седма и осма) - частично успешни. Последното тестово изстрелване на ракетата се проведе на 27 септември 2016 г.

Скорост 6,7 км/сек

Minuteman LGM-30 Ж- една от най-бързите междуконтинентални балистични ракети с наземно базиране в света. Скоростта му е 6,7 км в секунда. LGM-30G Minuteman III има приблизителен обхват на полета от 6000 километра до 10 000 километра, в зависимост от типа на бойната глава. Minuteman 3 е на въоръжение в САЩ от 1970 г. до наши дни. Това е единствената ракета със силово базиране в САЩ. Първото изстрелване на ракетата се състоя през февруари 1961 г., модификации II и III бяха изстреляни съответно през 1964 и 1968 г. Ракетата тежи около 34 473 килограма и е оборудвана с три двигателя на твърдо гориво. Планира се ракетата да бъде на въоръжение до 2020 г.

Скорост 7 км/с

Най-бързата противоракетна ракета в света, предназначена да унищожава високоманеврени цели и цели на голяма надморска височина хиперзвукови ракети. Тестовете на серията 53T6 на комплекса Amur започнаха през 1989 г. Скоростта му е 5 км в секунда. Ракетата представлява 12-метров заострен конус без изпъкнали части. Тялото му е изработено от високоякостна стомана с помощта на композитна намотка. Конструкцията на ракетата й позволява да издържа на големи претоварвания. Прехващачът се изстрелва със 100-кратно ускорение и е способен да прихваща цели, летящи със скорост до 7 км в секунда.

Скорост 7,3 км/сек

Най-мощният и най-бързият ядрена ракетав света със скорост 7,3 км в секунда. Предназначено е преди всичко да се унищожат най-укрепените командни пунктове, силози за балистични ракети и въздушни бази. Ядреният експлозив на една ракета може да унищожи голям град, много голяма част от САЩ. Точността на попадение е около 200-250 метра. Ракетата е разположена в най-здравите силози в света. SS-18 носи 16 платформи, една от които е натоварена с примамки. Когато навлизат във висока орбита, всички глави на „Сатана“ отиват „в облак“ от фалшиви цели и практически не се идентифицират от радари.

Скорост 7,9 км/сек

Междуконтиненталната балистична ракета (DF-5A) с максимална скорост от 7,9 км в секунда отваря тройката на най-бързите в света. Китайската ICBM DF-5 влезе в експлоатация през 1981 г. Може да носи огромна бойна глава от 5 MT и има обсег от над 12 000 км. DF-5 има отклонение от приблизително 1 км, което означава, че ракетата има една цел - да унищожава градове. Размерът на бойната глава, отклонението и фактът, че тя пълна подготовкаОтнемайки само час за изстрелване, всичко това означава, че DF-5 е наказателно оръжие, предназначено да наказва всички потенциални нападатели. Версията 5A има увеличен обхват, подобрено отклонение от 300 метра и възможност за носене на множество бойни глави.

R-7 Скорост 7,9 km/s

R-7- съветска, първата междуконтинентална балистична ракета, една от най-бързите в света. Максималната му скорост е 7,9 км в секунда. Разработването и производството на първите копия на ракетата е извършено през 1956-1957 г. от предприятието OKB-1 близо до Москва. След успешни изстрелвания той е използван през 1957 г. за изстрелването на първия в света изкуствени спътнициЗемята. Оттогава ракетите носители от семейството R-7 се използват активно за изстрелване на космически кораби за различни цели, а от 1961 г. тези ракети носители се използват широко в пилотираната космонавтика. На базата на R-7 е създадено цяло семейство ракети-носители. От 1957 до 2000 г. са изстреляни повече от 1800 ракети-носители на базата на R-7, от които повече от 97% са успешни.

Скорост 7,9 км/сек

РТ-2ПМ2 "Топол-М" (15Ж65)- най-бързата междуконтинентална балистична ракета в света с максимална скорост от 7,9 км в секунда. Максимален пробег - 11 000 км. Носи една термоядрена бойна глава с мощност 550 kt. Базираната на мина версия беше пусната в експлоатация през 2000 г. Методът на изстрелване е миномет. Двигателят с твърдо гориво на ракетата й позволява да набира скорост много по-бързо от предишните видове ракети от подобен клас, създадени в Русия и Съветския съюз. Това значително затруднява прихващането му от системите за противоракетна отбрана по време на активната фаза на полета.

Нашият читател Никита Агеев пита: какъв е основният проблем на междузвездното пътуване? Отговорът като , ще изисква дълга статия, въпреки че на въпроса може да се отговори с един символ: c .

Скоростта на светлината във вакуум c е приблизително триста хиляди километра в секунда и е невъзможно да бъде надвишена. Следователно е невъзможно да се достигнат звездите по-бързо от няколко години (светлината пътува 4,243 години до Проксима Кентавър, така че космическият кораб не може да пристигне дори по-бързо). Ако добавите времето за ускорение и забавяне с ускорение, което е повече или по-малко приемливо за хората, ще получите около десет години до най-близката звезда.

При какви условия се лети?

И този период вече е значително препятствие сам по себе си, дори ако пренебрегнем въпроса „как да ускорим до скорост, близка до скоростта на светлината“. Сега няма космически кораби, които биха позволили на екипажа да живее автономно в космоса толкова дълго време - на астронавтите постоянно се доставят свежи запаси от Земята. Обикновено разговорите за проблемите на междузвездното пътуване започват с по-фундаментални въпроси, но ние ще започнем с чисто приложни проблеми.

Дори половин век след полета на Гагарин инженерите не успяха да създадат пералня и достатъчно практичен душ за космически кораби, а тоалетните, предназначени за безтегловност, се развалят на МКС със завидна редовност. Полет поне до Марс (22 светлинни минути вместо 4 светлинни години) вече представлява нетривиална задача за водопроводните дизайнери: така че за пътуване до звездите ще е необходимо поне да се изобрети космическа тоалетна с двадесет години гаранция и същите пералня.

Водата за миене, миене и пиене също ще трябва да се вземе със себе си или да се използва повторно. Освен въздуха, храната също трябва да се съхранява или отглежда на борда. Експерименти за създаване на затворена екосистема на Земята вече са провеждани, но техните условия все още са много различни от космическите, поне при наличието на гравитация. Човечеството знае как да превърне съдържанието на една камерна тенджера в чисто питейна вода, но в този случай трябва да можете да направите това при нулева гравитация, с абсолютна надеждност и без камион с консумативи: превозването на камион с филтърни патрони към звездите е твърде скъпо.

Прането на чорапи и предпазването от чревни инфекции може да изглеждат твърде банални, „нефизически“ ограничения за междузвездни полети - всеки опитен пътешественик обаче ще потвърди, че „малки неща“ като неудобни обувки или стомашно разстройство от непозната храна на автономна експедиция могат да се обърнат в заплаха за живота.

Решаване дори на най-основните ежедневни проблемиизисква същата сериозна технологична база, както разработването на принципно нови космически двигатели. Ако на Земята износено уплътнение в тоалетно казанче може да се купи в най-близкия магазин за две рубли, то на марсианския кораб е необходимо да се осигури или резерв всичкиподобни части, или триизмерен принтер за производство на резервни части от универсални пластмасови суровини.

Във ВМС на САЩ през 2013 г. сериозностартира 3D печат след като оценихме разходите за време и пари за ремонт на военна техника, използвайки традиционни методи в полеви условия. Военните разсъждаваха, че отпечатването на рядко уплътнение за компонент на хеликоптер, който е спрян преди десет години, е по-лесно, отколкото да се поръча част от склад на друг континент.

Един от най-близките съратници на Королев, Борис Черток, пише в мемоарите си „Ракети и хора“, че през определен моментсъветски космическа програмаизправен пред недостиг на щепселни контакти. Надеждни съединители за многожилни кабели трябваше да бъдат разработени отделно.

Освен резервни части за оборудване, храна, вода и въздух, астронавтите ще се нуждаят от енергия. Двигателят и бордовото оборудване ще се нуждаят от енергия, така че проблемът с мощен и надежден източник ще трябва да бъде решен отделно. Слънчеви панелине са подходящи, макар и само поради разстоянието от звездите по време на полет, радиоизотопните генератори (те захранват Voyagers и New Horizons) не осигуряват необходимата мощност за голям пилотиран космически кораб и те все още не са се научили как да правят пълноценни ядрени реактори за космоса.

Съветската ядрена сателитна програма беше помрачена от международен скандал след катастрофата на Космос 954 в Канада, както и от поредица от провали с по-малко драматични последици; подобна работа в Съединените щати беше спряна още по-рано. Сега Росатом и Роскосмос възнамеряват да създадат космическа атомна електроцентрала, но това все още са инсталации за полети на къси разстояния, а не многогодишно пътуване до друга звездна система.

Може би вместо ядрен реактор токамаците ще бъдат използвани в бъдещите междузвездни космически кораби. За това колко трудно е поне правилно да се определят параметрите на термоядрената плазма, в MIPT това лято. Между другото, проектът ITER на Земята се развива успешно: дори тези, които са влезли в първата година днес, имат всички шансове да се включат в работата по първия експериментален термоядрен реактор с положителен енергиен баланс.

С какво да летя?

Конвенционалните ракетни двигатели не са подходящи за ускоряване и забавяне на междузвезден кораб. Запознатите с курса по механика, преподаван в MIPT през първия семестър, могат самостоятелно да изчислят колко гориво ще трябва на една ракета, за да достигне поне сто хиляди километра в секунда. За тези, които все още не са запознати с уравнението на Циолковски, веднага ще обявим резултата - масата на резервоарите за гориво се оказва значително по-голяма от масата слънчева система.

Подаването на гориво може да бъде намалено чрез увеличаване на скоростта, с която двигателят излъчва работна течност, газ, плазма или нещо друго, до сноп от елементарни частици. В момента плазмените и йонните двигатели се използват активно за полети на автоматични междупланетни станции в Слънчевата система или за корекция на орбитата на геостационарни спътници, но те имат редица други недостатъци. По-специално, всички такива двигатели осигуряват твърде малка тяга;

Заместник-ректорът на MIPT Олег Горшков е един от признатите експерти в областта на плазмените двигатели. Двигателите от серията SPD се произвеждат в конструкторското бюро Fakel; това са серийни продукти за корекция на орбита на комуникационни спътници.

През 50-те години на миналия век е разработен двигател, който ще използва импулс ядрен взрив(проект Орион), но също така далеч не се превръща в готово решение за междузвездни полети. Още по-малко развит е дизайнът на двигател, който използва магнитохидродинамичния ефект, т.е. ускорява се поради взаимодействие с междузвездна плазма. Теоретично, космически кораб може да "всмуче" плазма вътре и да я изхвърли обратно, създавайки реактивна тяга, но тук възниква друг проблем.

Как да оцелеем?

Междузвездната плазма е предимно протони и хелиеви ядра, ако вземем предвид тежките частици. Когато се движат със скорости от порядъка на стотици хиляди километри в секунда, всички тези частици придобиват енергия от мегаелектронволта или дори десетки мегаелектронволта - същото количество, колкото продуктите на ядрените реакции. Плътността на междузвездната среда е около сто хиляди йона на кубичен метър, което означава, че за секунда квадратен метъркорпусът на кораба ще получи около 10 13 протона с енергия от десетки MeV.

Един електронволт, eV,― Това е енергията, която един електрон придобива, когато лети от един електрод към друг с потенциална разлика от един волт. Светлинните кванти имат тази енергия, а ултравиолетовите кванти с по-висока енергия вече са способни да увреждат ДНК молекулите. Радиация или частици с енергия от мегаелектронволта придружава ядрените реакции и освен това самата тя е в състояние да ги предизвика.

Такова облъчване съответства на абсорбирана енергия (ако приемем, че цялата енергия се абсорбира от кожата) от десетки джаули. Освен това тази енергия няма да дойде само под формата на топлина, но може да бъде частично използвана за иницииране на ядрени реакции в материала на кораба с образуването на краткотрайни изотопи: с други думи, облицовката ще стане радиоактивна.

Някои от падащите протони и хелиеви ядра могат да бъдат отклонени настрани магнитно поле, индуцираното лъчение и вторичното лъчение могат да бъдат защитени от сложна обвивка от много слоеве, но тези проблеми също все още нямат решение. В допълнение, фундаменталните трудности под формата на „кой материал ще бъде най-малко унищожен при облъчване“ на етапа на обслужване на кораба в полет ще се превърнат в особени проблеми - „как да развиете четири болта 25 в отделение с фон от петдесет милисиверта на час.”

Да припомним, че при последния ремонт на телескопа Хъбъл астронавтите първоначално не успяха да развият четирите болта, които закрепиха една от камерите. След консултация със Земята те смениха динамометричния ключ с обикновен и го нанесоха грубо физическа сила. Болтовете се разместиха от мястото си, камерата беше успешно сменена. Ако заседналият болт беше отстранен, втората експедиция щеше да струва половин милиард щатски долара. Или изобщо нямаше да се случи.

Има ли заобиколни решения?

В научната фантастика (често повече фантазия, отколкото наука) междузвездното пътуване се осъществява чрез „подпространствени тунели“. Формално, уравненията на Айнщайн, които описват геометрията на пространство-времето в зависимост от масата и енергията, разпределени в това пространство-време, наистина позволяват нещо подобно - само изчислените енергийни разходи са още по-потискащи от оценките на количеството ракетно горивоза полет до Проксима Кентавър. Не само, че се нуждаете от много енергия, но и енергийната плътност трябва да е отрицателна.

Въпросът дали е възможно да се създаде стабилна, голяма и енергийно възможна „червейна дупка“ е свързан с фундаментални въпроси за структурата на Вселената като цяло. Един от нерешените физически проблеми е липсата на гравитация в т.нар Стандартен модел- теория, която описва поведението на елементарните частици и три от четирите фундаментални физически взаимодействия. По-голямата част от физиците са доста скептични относно факта, че квантова теориягравитацията има място за междузвездни „скокове през хиперпространството“, но, строго погледнато, никой не забранява да се опитва да търси решение за полети до звездите.

Корзников цитира изчисления, че при скорост над 0,1 С космическият кораб няма да има време да промени траекторията на полета и да избегне сблъсък. Той вярва, че при скорости под светлината космическият кораб ще се срине, преди да достигне целта си. Според него междузвездното пътуване е възможно само при значително по-ниски скорости (до 0,01 C). От 1950-60г В САЩ се разработваше космически кораб с ядрен импулсен ракетен двигател за изследване на междупланетното пространство Орион.

Междузвездният полет е пътуване между звезди с пилотирани превозни средства или автоматични станции. Според директора на изследователския център на Еймс на НАСА Саймън П. Уордън, дизайн на двигател за дълбок космос може да бъде разработен в рамките на 15 до 20 години.

Нека полетът там и обратното се състоят от три фази: равномерно ускорено ускорение, полет с постоянна скорост и равномерно ускорено забавяне. Оставете космическия кораб да се движи наполовина с единично ускорение и го оставете да забави втората половина със същото ускорение (). След това корабът се обръща и повтаря етапите на ускорение и забавяне.

Не всички видове двигатели са подходящи за междузвездни полети. Изчисленията показват, че с помощта на космическата система, разглеждана в тази работа, е възможно да се достигне звездата Алфа Кентавър... за около 10 години." Като един от вариантите за решаване на проблема се предлага използването на ракета като работно вещество елементарни частици, движещи се със светлинна или близка до светлинна скорост.

Каква е скоростта на съвременния космически кораб?

Скоростта на изгорелите частици е от 15 до 35 километра в секунда. Затова се появиха идеи за снабдяване на междузвездни кораби с енергия от външен източник. включено в моментатози проект не е осъществим: двигателят трябва да има скорост на изгорелите газове от 0,073 s (специфичен импулс 2 милиона секунди), докато тягата му трябва да достигне 1570 N (т.е. 350 паунда).

Сблъсъкът с междузвезден прах ще се случи със скорост, близка до светлинната, а физическият удар ще наподобява микроексплозии. Научнофантастичните произведения често споменават методи за междузвездно пътуване, базирани на движение по-бързо от скоростта на светлината във вакуум. Най-големият екипаж се състоеше от 8 астронавти (включително 1 жена), които стартираха на 30 октомври 1985 г. с космическия кораб за многократна употреба Challenger.

Разстоянието до най-близката звезда (Проксима Кентавър) е около 4243 светлинни години, което е около 268 хиляди пъти разстоянието от Земята до Слънцето. Полетите с космически кораби заемат значително място в научната фантастика.

При това положение времето на полета в земната референтна система ще бъде приблизително 12 години, докато според часовника на кораба ще изминат 7,3 години. Пригодност различни видоведвигатели за междузвездни полети по-специално беше разгледано на среща на Британското междупланетно общество през 1973 г. от д-р Тони Мартин.

В хода на работата бяха предложени проекти за големи и малки звездни кораби („генерационни кораби“), способни да достигнат звездата Алфа Кентавър съответно за 1800 и 130 години. През 1971 г. в доклад на Г. Маркс на симпозиум в Бюракан се предлага използването на рентгенови лазери за междузвездни полети. През 1985 г. Р. Форуърд предлага дизайна на междузвездна сонда, ускорена от микровълнова енергия.

Ограничение на космическата скорост

Основният компонент на масата на съвременните ракети е масата на горивото, необходимо на ракетата за ускорение. Ако можем по някакъв начин да използваме околната среда около ракетата като работен флуид и гориво, можем значително да намалим масата на ракетата и по този начин да постигнем високи скорости.

През 60-те години на миналия век Bussard предлага дизайна на междузвезден ramjet двигател (MRJE). Междузвездната среда се състои главно от водород. През 1994 г. Джефри Ландис предложи дизайн на междузвездна йонна сонда, която да получава енергия от лазерен лъч на станцията.

Ракетният кораб на проекта Дедал се оказа толкова огромен, че трябваше да бъде построен в открития космос. Един от недостатъците междузвездни корабие необходимостта да носите със себе си енергийната система, която увеличава масата и съответно намалява скоростта. Толкова електрически ракетен двигателима характерна скорост от 100 km/s, което е твърде бавно, за да лети до далечни звезди за приемливо време.

Тя започва през 1957 г., когато в СССР е изстрелян първият спътник Спутник 1. Оттогава хората са успели да посетят, а безпилотните космически сонди са посетили всички планети, с изключение на. Сателитите, обикалящи около Земята, навлязоха в живота ни. Благодарение на тях милиони хора имат възможност да гледат телевизия (виж статията „“). Картината показва как част от космическия кораб се връща на Земята с помощта на парашут.

Ракети

Историята на изследването на космоса започва с ракетите. Първите ракети са използвани за бомбардировки по време на Втората световна война. През 1957 г. е създадена ракета, която доставя Спутник 1 в космоса. По-голямата част от ракетата е заета от резервоари за гориво. Само горната част на ракетата, т.нар полезен товар. Ракетата Ariane 4 има три отделни секции с горивни резервоари. Те се наричат ракетни степени. Всяка степен избутва ракетата на определено разстояние, след което, когато е празна, тя се отделя. В резултат на това от ракетата остава само полезният товар. Първият етап носи 226 тона течно гориво. Горивото и двата ускорителя създават огромната маса, необходима за излитане. Вторият етап се отделя на височина 135 км. Третата степен на ракетата е неговата, работеща на течност и азот. Горивото тук изгаря за около 12 минути. В резултат на това от ракетата Ariane 4 на Европейската космическа агенция остава само полезният товар.

През 1950-1960 г. СССР и САЩ се състезаваха в изследването на космоса. Първият пилотиран космически кораб беше Восток. Ракетата Сатурн 5 отведе хора на Луната за първи път.

Ракети 1950-/960-те:

1. "Спутник"

2. "Авангард"

3. Джуно 1

4. "Изток"

5. "Меркурий-Атлант"

6. Gemini Titan 2

8. "Сатурн-1В"

9. Сатурн 5

Космически скорости

За да стигне до космоса, ракетата трябва да премине отвъд . Ако скоростта му е недостатъчна, той просто ще падне на Земята поради действието на силата. Скоростта, необходима за навлизане в космоса, се нарича първа евакуационна скорост. Това е 40 000 км/ч. В орбита космически кораб обикаля Земята с орбитална скорост. Орбиталната скорост на кораба зависи от разстоянието му от Земята. Когато космически кораб лети в орбита, той по същество просто пада, но не може да падне, тъй като губи височина точно толкова, колкото земната повърхност се спуска под него, закръгляйки се.

Космически сонди

Сондите са безпилотни космически кораби, изпратени на големи разстояния. Те посетиха всички планети с изключение на Плутон. Сондата може да лети до местоназначението си в продължение на много години. Когато той лети до дясната небесно тяло, след което излиза в орбита около него и изпраща получената информация на Земята. Miriner 10, единствената сонда за посещение. Pioneer 10 стана първата космическа сонда, напуснала Слънчевата система. Ще достигне най-близката звезда след повече от милион години.

Някои сонди са проектирани да кацат на повърхността на друга планета или са оборудвани със спускаеми модули, които се пускат на планетата. Спускаемият модул може да събира проби от почвата и да ги доставя на Земята за изследване. През 1966 г. той за първи път каца на повърхността на Луната. космически кораб- Сонда Луна-9. След засаждането се отвори като цвете и започна да снима.

Сателити

Сателитът е безпилотен автомобил, който се извежда в орбита, обикновено околоземната. Сателитът има специфична задача - например да наблюдава, да предава телевизионни изображения, да изследва минерални находища: има дори шпионски сателити. Сателитът се движи в орбита с орбитална скорост. На снимката виждате снимка на устието на река Хъмбър (Англия), направена от Landset от ниска околоземна орбита. Landset може да „разгледа области на Земята с размери от 1 кв. м.

Станцията е същият сателит, но предназначен за работата на хората на борда. На станцията може да акостира космически кораб с екипаж и товар. Досега в космоса са работили само три дългосрочни станции: американската Skylab и руските Salyut и Mir. Skylab беше изстрелян в орбита през 1973 г. На борда работиха последователно три екипажа. Станцията престава да съществува през 1979 г.

Орбиталните станции играят огромна роля в изучаването на ефектите от безтегловността върху човешкото тяло. Бъдещите станции като Freedom, които американците сега изграждат с участието на специалисти от Европа, Япония и Канада, ще се използват за много дългосрочни експерименти или за промишлено производствов космоса.

Когато астронавт напусне станция или космически кораб открито пространство, той поставя скафандър. Вътре в скафандъра изкуствено се създава температура, равна на атмосферното налягане. Вътрешните слоеве на скафандъра се охлаждат с течност. Устройствата следят налягането и съдържанието на кислород вътре. Стъклото на каската е много издръжливо, издържа на удари от малки камъчета - микрометеорити.