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El récord de velocidad actual en el espacio se ha mantenido durante 46 años. El corresponsal se preguntó cuándo lo golpearían.

Los humanos estamos obsesionados con la velocidad. Entonces, solo en los últimos meses se supo que los estudiantes en Alemania establecieron un récord de velocidad para un automóvil eléctrico, y la Fuerza Aérea de los EE. UU.Planea mejorar los aviones hipersónicos para que desarrollen una velocidad cinco veces mayor que la del sonido, es decir. más de 6100 km / h.

Dichos aviones no tendrán tripulación, pero no porque las personas no puedan moverse con tales alta velocidad... De hecho, la gente ya se ha movido a una velocidad varias veces superior a la del sonido.

Sin embargo, ¿existe un límite más allá del cual nuestros cuerpos que se apresuran rápidamente ya no podrán resistir la sobrecarga?

El récord de velocidad actual es compartido por igual por los tres astronautas que participaron en Misión espacial Apolo 10 a Tom Stafford, John Young y Eugene Cernan.

En 1969, cuando los astronautas volaron alrededor de la luna y regresaron, la cápsula en la que se encontraban desarrolló una velocidad que en la Tierra habría sido de 39.897 km / h.

“Creo que hace cien años difícilmente podríamos haber imaginado que una persona podría moverse en el espacio a una velocidad de casi 40 mil kilómetros por hora”, dice Jim Bray de la empresa aeroespacial Lockheed Martin.

Bray es el director del proyecto del módulo tripulado para la prometedora nave espacial Orion, que está siendo desarrollado por la Agencia Espacial de los Estados Unidos, NASA.

Tal como la concibieron los desarrolladores, la nave espacial Orion, multipropósito y parcialmente reutilizable, debería lanzar a los astronautas a la órbita terrestre baja. Es muy posible que con su ayuda sea posible romper el récord de velocidad establecido para una persona hace 46 años.

El nuevo cohete superpesado, que forma parte del Space Launch System, está programado para realizar su primer vuelo tripulado en 2021. Este será un sobrevuelo de un asteroide en una órbita circunlunar.

La persona promedio puede soportar una fuerza G de aproximadamente cinco G antes de desmayarse.

Luego deberían seguir expediciones de meses de duración a Marte. Ahora, según los diseñadores, la velocidad máxima habitual del Orion debería ser de unos 32 mil km / h. Sin embargo, la velocidad que desarrolló el Apolo 10 podría superarse incluso si se conservara la configuración básica del Orion.

"El Orion está diseñado para volar a una variedad de objetivos a lo largo de su vida", dice Bray. "Podría ser a una velocidad significativamente mayor de lo que estamos planeando actualmente".

Pero incluso Orión no representará el pico del potencial de velocidad humana. "Básicamente, no existe ningún otro límite de velocidad que podamos viajar que no sea la velocidad de la luz", dice Bray.

La velocidad de la luz es de mil millones de km / h. ¿Hay alguna esperanza de que podamos cerrar la brecha entre 40 mil km / hy estos valores?

Sorprendentemente, la velocidad, como una cantidad vectorial que denota la velocidad y la dirección del movimiento, no es un problema para las personas en sentido fisico siempre que sea relativamente constante y se dirija en una dirección.

En consecuencia, las personas, en teoría, pueden moverse en el espacio solo un poco más lento que el "límite de velocidad del universo", es decir, la velocidad de la luz.

Derechos de autor de la imagen NASA Captura de imagen ¿Cómo se sentirá una persona en un barco que vuela casi a la velocidad de la luz?

Pero incluso si asumimos que superamos los importantes obstáculos tecnológicos asociados con la creación de naves espaciales de alta velocidad, nuestros cuerpos frágiles, en su mayoría a base de agua, enfrentarán nuevos peligros asociados con los efectos de la alta velocidad.

Puede haber, y hasta ahora solo peligros imaginarios, si las personas pueden moverse. velocidad más rápida luz gracias al uso de lagunas en física moderna o con aberturas que rompan el patrón.

Cómo soportar la sobrecarga

Sin embargo, si pretendemos movernos a una velocidad superior a los 40 mil km / h, tendremos que alcanzarlo, y luego frenar, lentamente y con paciencia.

La aceleración rápida y la desaceleración igualmente rápida están plagadas de peligros mortales para el cuerpo humano. Prueba de ello es la gravedad de las lesiones corporales derivadas de accidentes automovilísticos, en los que la velocidad desciende de varias decenas de kilómetros por hora a cero.

¿Cuál es la razón para esto? En esa propiedad del Universo, que se llama inercia o habilidad cuerpo físico, poseedor de masa, para resistir un cambio en su estado de reposo o movimiento en ausencia o compensación de influencias externas.

Esta idea está formulada en la primera ley de Newton, que dice: "Todo cuerpo se mantiene en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo, siempre y cuando no sea forzado por las fuerzas aplicadas a cambiar este estado".

Los humanos somos capaces de soportar enormes sobrecargas sin sufrir lesiones graves, sin embargo, solo por unos momentos.

"Descansar y moverse a una velocidad constante es normal para el cuerpo humano", explica Bray.

Hace aproximadamente un siglo, el desarrollo de aviones resistentes que podían maniobrar a gran velocidad llevó a los pilotos a hablar sobre síntomas extraños causados ​​por cambios de velocidad y dirección. Estos síntomas incluyeron pérdida temporal de la visión y sensación de pesadez o ingravidez.

La razón radica en las fuerzas G, que son la relación entre la aceleración lineal y la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra debido a la atracción o la gravedad. Estas unidades representan el efecto de la aceleración gravitacional sobre una masa, por ejemplo, de un cuerpo humano.

Una sobrecarga de 1 G es igual al peso de un cuerpo que se encuentra en el campo de gravedad de la Tierra y es atraído hacia el centro del planeta a una velocidad de 9,8 m / s (al nivel del mar).

Las sobrecargas que una persona experimenta verticalmente de la cabeza a los pies o viceversa son realmente malas noticias para pilotos y pasajeros.

Con sobrecargas negativas, es decir disminuyendo la velocidad, la sangre corre de los dedos de los pies a la cabeza, hay una sensación de sobresaturación, como en una parada de manos.

Derechos de autor de la imagen SPL Captura de imagen Para comprender cuánto G pueden soportar los astronautas, se les entrena en una centrífuga.

El "velo rojo" (la sensación que experimenta una persona cuando la sangre corre a la cabeza) se produce cuando los párpados inferiores translúcidos, hinchados de sangre, suben y cierran las pupilas de los ojos.

Por el contrario, con aceleraciones o sobrecargas positivas, la sangre fluye desde la cabeza hacia las piernas, los ojos y el cerebro comienzan a experimentar una falta de oxígeno, ya que la sangre se acumula en las extremidades inferiores.

Al principio, la visión es borrosa, es decir hay una pérdida de la visión de los colores y se enrolla lo que se llama un "velo gris", luego hay una pérdida total de la visión o "velo negro", pero la persona permanece consciente.

Las sobrecargas excesivas conducen a la pérdida total del conocimiento. Esta condición se llama síncope inducido por sobrecarga. Muchos pilotos murieron debido al hecho de que un "velo negro" cayó sobre sus ojos y se estrellaron.

La persona promedio puede soportar una fuerza G de aproximadamente cinco G antes de desmayarse.

Los pilotos, vestidos con monos especiales anti-G y entrenados de una manera especial para tensar y relajar los músculos del torso para que la sangre no drene de la cabeza, pueden volar el avión con fuerzas G de aproximadamente nueve G.

Al alcanzar una velocidad de crucero estable de 26.000 km / h en órbita, los astronautas no sienten más velocidad que los pasajeros en vuelos comerciales.

"Durante períodos cortos de tiempo, el cuerpo humano puede tolerar fuerzas G mucho más altas que nueve G", dice Jeff Swentek, director ejecutivo de la Asociación de Medicina Aeroespacial con sede en Alexandria, VA.

Los humanos somos capaces de soportar enormes sobrecargas sin sufrir lesiones graves, sin embargo, solo por unos momentos.

El récord de resistencia a corto plazo fue establecido por el Capitán de la Fuerza Aérea Eli Beading Jr. en Holloman AFB en Nuevo México. En 1958, al frenar en un trineo especial con motor cohete, después de acelerar a 55 km / h en 0,1 segundo, experimentó una sobrecarga de 82,3 G.

Este resultado fue registrado por un acelerómetro conectado a su pecho. Un "velo negro" también cayó sobre los ojos de Biding, pero escapó con solo moretones durante esta destacada demostración de la resistencia del cuerpo humano. Es cierto que después de su llegada, pasó tres días en el hospital.

Ahora al espacio

Los astronautas, dependiendo del vehículo, también experimentaron fuerzas G bastante altas, de tres a cinco G, durante los despegues y al regresar a las densas capas de la atmósfera, respectivamente.

Estas sobrecargas se toleran con relativa facilidad, gracias a la inteligente idea de sujetar a los viajeros espaciales a sus asientos mientras están acostados, mirando en la dirección del vuelo.

Al alcanzar una velocidad de crucero estable de 26.000 km / h en órbita, los astronautas no sienten más velocidad que los pasajeros en vuelos comerciales.

Si las sobrecargas no suponen un problema para las expediciones a largo plazo a bordo de la nave espacial Orion, entonces con pequeñas piedras espaciales (micrometeoritos) todo es más complicado.

Derechos de autor de la imagen NASA Captura de imagen Orion necesitará algún tipo de armadura espacial para defenderse de los micrometeoritos.

Estas partículas, del tamaño de un grano de arroz, pueden alcanzar velocidades impresionantes pero destructivas de hasta 300.000 km / h. Para garantizar la integridad de la nave espacial y la seguridad de su tripulación, Orion está equipado con una capa protectora exterior, cuyo grosor varía de 18 a 30 cm.

Además, se proporcionan escudos de protección adicionales, así como una ingeniosa colocación de equipo dentro de la nave.

“Para no perder los sistemas de vuelo vitales para toda la nave espacial, debemos calcular con precisión los ángulos de aproximación de los micrometeoritos”, dice Jim Bray.

Tenga la seguridad de que los micrometeoritos no son el único obstáculo para las expediciones espaciales, durante las cuales las altas velocidades de vuelo humano en el espacio sin aire jugarán un papel cada vez más importante.

Durante la expedición a Marte habrá que resolver otras tareas prácticas, por ejemplo, abastecer a la tripulación de comida y mostrador. mayor peligro cánceres debido a la exposición a cuerpo humano radiación cósmica.

Reducir el tiempo de viaje reducirá la gravedad de tales problemas, por lo que la velocidad de viaje será cada vez más deseable.

Viajes espaciales de próxima generación

Esta necesidad de velocidad levantará nuevos obstáculos en el camino de los viajeros espaciales.

La nueva nave espacial de la NASA que amenaza con romper el récord de velocidad del Apolo 10 continuará confiando en probado en el tiempo sistemas de cohetes químicos utilizados desde los primeros vuelos espaciales. Pero estos sistemas tienen límites de velocidad severos debido a la liberación de pequeñas cantidades de energía por unidad de combustible.

La fuente de energía más preferida, aunque esquiva, para una nave espacial rápida es la antimateria, el gemelo y antípoda de la materia ordinaria.

Por lo tanto, para aumentar significativamente la velocidad de vuelo de las personas que van a Marte y más allá, se necesitan enfoques completamente nuevos, como admiten los científicos.

"Los sistemas que tenemos hoy son bastante capaces de llevarnos allí", dice Bray, "pero a todos nos gustaría presenciar una revolución en los motores".

Eric Davis, físico investigador principal del Instituto de Estudios Avanzados en Austin, Texas, y miembro del Programa de Física de Movimiento Disruptivo en Movimiento de la NASA, 6 años proyecto de investigación, completado en 2002, ha identificado tres de los medios más prometedores, desde el punto de vista de la física tradicional, capaces de ayudar a la humanidad a alcanzar velocidades razonablemente suficientes para viajes interplanetarios.

En breve, Viene sobre los fenómenos de liberación de energía durante la fisión de la materia, la fusión termonuclear y la aniquilación de la antimateria.

El primer método implica la fisión de átomos y se utiliza en reactores nucleares comerciales.

La segunda, la fusión termonuclear, es la creación de átomos más pesados ​​a partir de átomos simples; este tipo de reacción energiza el Sol. Es una tecnología fascinante, pero no fácil de comprender; antes de su adquisición "siempre hay otros 50 años", y así será siempre, como dice el antiguo lema de la industria.

"Se trata de tecnologías muy avanzadas", dice Davis, "pero se basan en la física tradicional y se han establecido firmemente desde los albores de la era atómica". Estimaciones optimistas sistemas de propulsión Basado en los conceptos de fisión atómica y fusión termonuclear, en teoría, son capaces de acelerar una nave hasta un 10% de la velocidad de la luz, es decir. hasta 100 millones de km / h muy decentes.

Derechos de autor de la imagen Fuerza Aérea de EE. UU. Captura de imagen Volar a velocidad supersónica ya no es un problema para los humanos. Otra cosa es la velocidad de la luz, o al menos cercana a ella ...

La fuente de energía más preferida, aunque esquiva, para una nave espacial rápida es la antimateria, el gemelo y antípoda de la materia ordinaria.

Cuando dos tipos de materia entran en contacto, se destruyen entre sí, lo que resulta en la liberación de energía pura.

Actualmente existen tecnologías que permiten la producción y el almacenamiento de cantidades extremadamente pequeñas de antimateria.

Al mismo tiempo, la producción de antimateria en cantidades útiles requerirá nuevas capacidades especiales de próxima generación, y la ingeniería tendrá que participar en una carrera competitiva para crear una nave espacial adecuada.

Pero, como dice Davis, muchas grandes ideas ya se está elaborando en los tableros de dibujo.

Las naves espaciales, impulsadas por la energía de la antimateria, podrán moverse con aceleración durante varios meses e incluso años y alcanzar porcentajes más significativos de la velocidad de la luz.

Al mismo tiempo, las sobrecargas a bordo seguirán siendo aceptables para los habitantes de los barcos.

Al mismo tiempo, estas nuevas velocidades fantásticas ocultarán otros peligros para el cuerpo humano.

Granizo de energía

A una velocidad de varios cientos de millones de kilómetros por hora, cualquier partícula de polvo en el espacio, desde átomos de hidrógeno atomizados hasta micrometeoritos, se convierte inevitablemente en una bala de alta energía y capaz de perforar el casco de la nave de principio a fin.

"Cuando te mueves a una velocidad muy alta, significa que las partículas que vuelan hacia ti se mueven a la misma velocidad", dice Arthur Edelstein.

Junto con su difunto padre, William Edelstein, profesor de radiología en escuela de Medicina Johns Hopkins University, estaba trabajando en un artículo científico que examinaba los efectos de los efectos de los átomos de hidrógeno cósmicos (en las personas y la tecnología) durante la ultrarrápida viaje espacial en el espacio.

El hidrógeno comenzará a descomponerse en partículas subatómicas, que penetrarán en el interior de la nave y expondrán tanto a la tripulación como al equipo a la radiación.

El motor de Alcubierre te llevará como un surfista sobre una tabla de surf en la cresta de una ola Eric Davis, físico investigador

A una velocidad igual al 95% de la velocidad de la luz, la exposición a dicha radiación significaría una muerte casi instantánea.

La nave espacial se calentará a temperaturas de fusión más allá de las cuales ningún material concebible puede resistir, y el agua contenida en el cuerpo de los miembros de la tripulación hervirá inmediatamente.

"Todos estos son problemas extremadamente desagradables", señala Edelstein con humor sombrío.

Él y su padre calcularon aproximadamente que para crear un hipotético sistema de protección magnética capaz de proteger a la nave y a las personas en ella de la mortal lluvia de hidrógeno, la nave estelar podría moverse a una velocidad que no exceda la mitad de la velocidad de la luz. Entonces las personas a bordo tienen la oportunidad de sobrevivir.

Mark Millis, físico de problemas movimiento de translación, y ex líder El programa de física disruptiva de la NASA advierte que este límite de velocidad potencial para los viajes espaciales sigue siendo un problema lejano.

"Basándonos en el conocimiento físico acumulado hasta ahora, podemos decir que será extremadamente difícil alcanzar una velocidad de más del 10% de la velocidad de la luz", dice Millis. Aún no estamos en peligro. Una simple analogía: por qué preocuparse de que podamos ahogarnos si aún no nos hemos metido en el agua ".

¿Más rapido que la luz?

Si asumimos que hemos aprendido a nadar, por así decirlo, ¿podemos entonces dominar el deslizamiento en el espacio-tiempo, si desarrollamos más esta analogía, y volar a una velocidad superluminal?

La hipótesis de una capacidad innata para sobrevivir en un entorno superlumínico, aunque dudosa, no está exenta de ciertos destellos de iluminación educada en la oscuridad total.

Uno de esos movimientos intrigantes se basa en tecnologías similares a las que se encuentran en el "warp drive" o "warp drive" de Star Trek.

El principio de funcionamiento de este planta de energía, también conocido como el "motor Alcubierre" * (llamado así por el físico teórico mexicano Miguel Alcubierre), consiste en el hecho de que permite a la nave comprimir el espacio-tiempo normal descrito por Albert Einstein frente a él y expandirlo detrás de él. .

Derechos de autor de la imagen NASA Captura de imagen El récord de velocidad actual pertenece a tres astronautas del Apolo 10: Tom Stafford, John Young y Eugene Cernan.

En esencia, la nave se mueve en un cierto volumen de espacio-tiempo, una especie de "burbuja de curvatura" que se mueve más rápido que la velocidad de la luz.

Así, la nave permanece estacionaria en el espacio-tiempo normal en esta "burbuja", sin sufrir deformaciones y evitando violaciones del límite universal de la velocidad de la luz.

"En lugar de flotar en la columna de agua del espacio-tiempo normal", dice Davis, "el motor de Alcubierre te llevará como un surfista sobre una tabla sobre la cresta de una ola".

También hay una cierta trampa aquí. Para implementar esta empresa, se necesita una forma exótica de materia con masa negativa para comprimir y expandir el espacio-tiempo.

"La física no contiene ninguna contraindicación para la masa negativa", dice Davis, "pero no hay ejemplos de ella, y nunca la hemos conocido en la naturaleza".

Hay otra trampa. En un artículo publicado en 2012, investigadores de la Universidad de Sydney sugirieron que la "burbuja de deformación" acumularía partículas cósmicas cargadas de alta energía, ya que inevitablemente interactuaría con el contenido del universo.

Algunas partículas penetrarán en la propia burbuja y bombearán la nave con radiación.

¿Atascado a velocidades subluz?

¿Estamos realmente condenados a quedarnos atascados en la etapa de velocidades subluz debido a nuestra delicada biología?

No se trata tanto de establecer un nuevo récord mundial (¿galáctico?) De velocidad para los humanos, sino de la posibilidad de que la humanidad se convierta en una sociedad interestelar.

A la mitad de la velocidad de la luz, y este es el límite que nuestros cuerpos pueden soportar, según la investigación de Edelstein, un viaje de ida y vuelta a la estrella más cercana llevará más de 16 años.

(Los efectos de la expansión del tiempo, bajo la influencia de la cual pasará menos tiempo para la tripulación de una nave estelar en su sistema de coordenadas que para las personas que permanecen en la Tierra en su sistema de coordenadas, no conducirán a consecuencias dramáticas a una velocidad que es la mitad de la velocidad de la luz).

Mark Millis tiene esperanzas. Teniendo en cuenta que la humanidad ha inventado los trajes G y la protección contra micrometeoritos que permiten a las personas viajar de forma segura a través de la gran distancia azul y la negrura del espacio repleta de estrellas, confía en que podemos encontrar formas de sobrevivir, sin importar los límites de velocidad que alcancemos en el mundo. futuro.

Las mismas tecnologías que nos ayudarán a lograr nuevas velocidades de viaje increíbles, reflexiona Millis, nos proporcionarán capacidades nuevas, aún desconocidas, para proteger a las tripulaciones.

Notas del traductor:

*A Miguel Alcubierre se le ocurrió la idea de su burbuja en 1994. Y en 1995, el físico teórico ruso Sergei Krasnikov propuso el concepto de un dispositivo para viajar al espacio más rápido que la velocidad de la luz. La idea se denominó "tuberías de Krasnikov".

Se trata de una curvatura artificial del espacio-tiempo según el principio del llamado agujero de gusano. Hipotéticamente, la nave se moverá en línea recta desde la Tierra hasta una estrella determinada a través del espacio-tiempo curvo, pasando por otras dimensiones.

Según la teoría de Krasnikov, el viajero espacial regresará al mismo tiempo que salga a la carretera.

Para la atención de los lectores se presentan los cohetes más rápidos del mundo en toda la historia de la creación.

Velocidad 3,8 km / s

El misil balístico de medio alcance más rápido con velocidad máxima 3,8 km por segundo abre el ranking de los misiles más rápidos del mundo. El R-12U era una versión modificada del R-12. El cohete se diferenciaba del prototipo por la ausencia de un fondo intermedio en el tanque oxidante y algunos cambios menores de diseño: no hay cargas de viento en la mina, lo que hizo posible aligerar los tanques y secar las secciones del cohete y abandonar el cohete. estabilizadores. Desde 1976, los misiles R-12 y R-12U comenzaron a ser retirados del servicio y reemplazados por los sistemas móviles terrestres de Pioneer. Fueron dados de baja en junio de 1989 y, entre el 21 de mayo de 1990, 149 misiles fueron destruidos en la base de Lesnaya en Bielorrusia.

Velocidad 5,8 km / s

Uno de los vehículos de lanzamiento estadounidenses más rápidos con una velocidad máxima de 5,8 km por segundo. Es el primer misil balístico intercontinental desarrollado adoptado por Estados Unidos. Desarrollado como parte del programa MX-1593 desde 1951. Hizo la base arsenal nuclear Fuerza Aérea de EE. UU. En 1959-1964, pero luego se retiró rápidamente del servicio en relación con la aparición del misil Minuteman más avanzado. Sirvió de base para la creación de la familia Atlas de vehículos de lanzamiento espacial, que ha estado en funcionamiento desde 1959 hasta la actualidad.

Velocidad 6 km / s

UGM-133 A Tridente II- Americano de tres etapas misil balístico, uno de los más rápidos del mundo. Su velocidad máxima es de 6 km por segundo. "Trident-2" se ha desarrollado desde 1977 en paralelo con el más ligero "Trident-1". Introducido en servicio en 1990. El peso de lanzamiento es de 59 toneladas. Max. peso de lanzamiento: 2,8 toneladas con un alcance de lanzamiento de 7800 km. El alcance máximo de vuelo con un número reducido de ojivas es de 11.300 km.

Velocidad 6 km / s

Uno de los misiles balísticos de propulsor sólido más rápidos del mundo, en servicio con Rusia. Tiene un radio de impacto mínimo de 8000 km, una velocidad aproximada de 6 km / s. El desarrollo del cohete se ha llevado a cabo desde 1998 por el Instituto de Ingeniería Térmica de Moscú, que se desarrolló en 1989-1997. misil terrestre "Topol-M". Hasta la fecha, se han realizado 24 lanzamientos de prueba de Bulava, quince de los cuales han sido reconocidos como exitosos (durante el primer lanzamiento, diseño de peso y tamaño misiles), dos (séptimo y octavo) - parcialmente exitosos. El último lanzamiento de prueba del cohete tuvo lugar el 27 de septiembre de 2016.

Velocidad 6,7 km / s

Minuteman LGM-30 GRAMO es uno de los misiles balísticos intercontinentales terrestres más rápidos del mundo. Su velocidad es de 6,7 km por segundo. El LGM-30G Minuteman III tiene un alcance estimado de 6.000 kilómetros a 10.000 kilómetros, dependiendo del tipo de ojiva. Minuteman 3 ha estado en servicio con los Estados Unidos desde 1970 hasta la actualidad. Es el único misil basado en silos en los Estados Unidos. El primer lanzamiento del cohete tuvo lugar en febrero de 1961, las modificaciones II y III se lanzaron en 1964 y 1968, respectivamente. El cohete pesa alrededor de 34 473 kilogramos y está propulsado por tres motores de propulsión sólida. Está previsto que el misil esté en servicio hasta 2020.

Velocidad 7 km / s

El misil antimisiles más rápido del mundo, diseñado para destruir objetivos altamente maniobrables y a gran altitud. misiles hipersónicos... Las pruebas de la serie 53T6 del complejo Amur comenzaron en 1989. Su velocidad es de 5 km por segundo. El cohete es un cono puntiagudo de 12 metros sin partes sobresalientes. Su cuerpo está fabricado con aceros de alta resistencia mediante bobinado compuesto. El diseño del cohete le permite soportar grandes sobrecargas. El interceptor comienza con una aceleración de 100x y es capaz de interceptar objetivos que vuelan a velocidades de hasta 7 km por segundo.

Velocidad 7.3 km / s

El más potente y rápido cohete nuclear en el mundo a una velocidad de 7,3 km por segundo. Está destinado principalmente a destruir los más fortificados. puestos de mando, silos de misiles balísticos y una base aérea. Los explosivos nucleares de un misil pueden destruir Gran ciudad, una gran parte de los Estados Unidos. La precisión de golpe es de unos 200-250 metros. El cohete está alojado en los silos más resistentes del mundo. SS-18 lleva 16 plataformas, una de las cuales está cargada con señuelos. Al entrar en órbita alta, todas las cabezas de "Satanás" van "en una nube" de objetivos falsos y prácticamente no son identificadas por los radares ".

Velocidad 7,9 km / s

Un misil balístico intercontinental (DF-5A) con una velocidad máxima de 7,9 km por segundo abre los tres primeros más rápidos del mundo. El misil balístico intercontinental DF-5 chino entró en servicio en 1981. Puede transportar una enorme ojiva de 5 mt y tiene un alcance de más de 12.000 km. El DF-5 tiene una desviación de aproximadamente 1 km, lo que significa que el misil tiene un objetivo: destruir ciudades. El tamaño de la ojiva, la desviación y el hecho de que solo se tarda una hora en prepararse por completo para el lanzamiento, significan que el DF-5 es un arma punitiva diseñada para castigar a cualquier atacante potencial. La versión 5A tiene un mayor alcance, una mejora de la deflexión de 300 my la capacidad de transportar múltiples ojivas.

P-7 Velocidad 7,9 km / s

P-7- Soviet, el primer misil balístico intercontinental, uno de los más rápidos del mundo. Su velocidad máxima es de 7,9 km por segundo. El desarrollo y la producción de las primeras copias del cohete se llevaron a cabo en 1956-1957 por la empresa OKB-1 de la región de Moscú. Después de lanzamientos exitosos, se utilizó en 1957 para lanzar el primer satélites artificiales Tierra. Desde entonces, los cohetes portadores de la familia R-7 se han utilizado activamente para lanzar naves espaciales con diversos fines, y desde 1961 estos cohetes portadores se han utilizado ampliamente en la exploración espacial tripulada. Sobre la base del R-7, se creó toda una familia de vehículos de lanzamiento. De 1957 a 2000, se lanzaron más de 1800 vehículos de lanzamiento basados ​​en el R-7, de los cuales más del 97% tuvieron éxito.

Velocidad 7,9 km / s

RT-2PM2 "Topol-M" (15Zh65) es el misil balístico intercontinental más rápido del mundo con una velocidad máxima de 7,9 km por segundo. El alcance máximo es de 11.000 km. Lleva una ojiva termonuclear de 550 kt. En la versión basada en minas, se puso en servicio en 2000. Método de inicio: mortero. El motor propulsor sólido sustentador del cohete le permite ganar velocidad mucho más rápido que los tipos anteriores de misiles de una clase similar, creados en Rusia y la Unión Soviética. Esto complica enormemente su interceptación por sistemas de defensa antimisiles en la fase activa del vuelo.

Nuestro lector Nikita Ageev pregunta: ¿cuál es el principal problema de los viajes interestelares? La respuesta también requerirá un artículo extenso, aunque la pregunta se puede responder con un solo símbolo: C .

La velocidad de la luz en el vacío, c, es de aproximadamente trescientos mil kilómetros por segundo y no se puede exceder. En consecuencia, es imposible llegar a las estrellas más rápido que en unos pocos años (la luz viaja 4.243 años hasta Proxima Centauri, por lo que la nave espacial no puede llegar incluso más rápido). Si sumamos el tiempo de aceleración y desaceleración con una aceleración más o menos aceptable para una persona, resultará en unos diez años para la estrella más cercana.

¿En que condiciones deberías volar?

Y este período ya es un obstáculo significativo en sí mismo, incluso si ignoramos la pregunta "cómo acelerar a una velocidad cercana a la velocidad de la luz". Ahora no hay naves espaciales que permitan a la tripulación vivir de forma autónoma en el espacio durante tanto tiempo: los astronautas traen constantemente nuevos suministros de la Tierra. Por lo general, una conversación sobre los problemas de los viajes interestelares comienza con preguntas más fundamentales, pero comenzaremos con problemas puramente aplicados.

Incluso medio siglo después del vuelo de Gagarin, los ingenieros no pudieron crear una lavadora y una ducha lo suficientemente práctica para las naves espaciales, y los inodoros diseñados para la gravedad cero se descomponen en la ISS con una regularidad envidiable. Un vuelo a al menos Marte (22 minutos luz en lugar de 4 años luz) ya representa una tarea no trivial para los diseñadores de plomería: por lo tanto, para viajar a las estrellas, necesitará al menos inventar un inodoro espacial con una garantía de veinte años y lo mismo lavadora.

El agua para lavar, lavar y beber también deberá llevarse con usted o reutilizarse. Tanto el aire como los alimentos también deben almacenarse o cultivarse a bordo. Ya se habían realizado experimentos para crear un ecosistema cerrado en la Tierra, pero sus condiciones aún eran muy diferentes a las cósmicas, al menos en presencia de gravedad. La humanidad sabe cómo convertir el contenido de un orinal en uno limpio agua potable, pero en este caso hay que poder hacerlo en gravedad cero, con absoluta fiabilidad y sin un camión de consumibles: llevar un camión de cartuchos filtrantes a las estrellas es demasiado caro.

Lavar los calcetines y protegerse de las infecciones intestinales puede parecer restricciones demasiado triviales y "no físicas" para los viajes interestelares; sin embargo, cualquier viajero experimentado dará fe de que "pequeñas cosas" como zapatos incómodos o malestar estomacal por comida desconocida en una expedición autónoma pueden ser potencialmente mortal.

Solución incluso elemental problemas cotidianos requiere la misma base tecnológica seria que el desarrollo de motores espaciales fundamentalmente nuevos. Si en la Tierra se puede comprar una junta gastada en la cisterna de un inodoro en la tienda más cercana por dos rublos, entonces ya en un barco marciano debe proporcionar un suministro de todo piezas similares, o una impresora 3D para la producción de piezas de repuesto a partir de materias primas plásticas universales.

En la Marina de los EE. UU. En 2013 en serio comprometido con la impresión 3D después de estimar el tiempo y el dinero invertidos en la reparación de equipos militares utilizando métodos tradicionales en el campo. El ejército decidió que imprimir una junta poco común para un ensamblaje de helicóptero que se suspendió hace diez años era más fácil que pedir una pieza de un almacén en otro continente.

Uno de los asociados más cercanos de Korolyov, Boris Chertok, escribió en sus memorias "Cohetes y gente" que en un momento determinado el Soviet programa espacial ante una escasez de contactos de enchufe. Los conectores fiables para cables multinúcleo debían desarrollarse por separado.

Además de las piezas de repuesto para equipos, alimentos, agua y aire, los astronautas necesitarán energía. El motor y el equipo de a bordo necesitarán energía, por lo que el problema con una fuente de energía potente y confiable deberá resolverse por separado. Las baterías solares no son adecuadas, aunque solo sea por la distancia de las estrellas en vuelo, los generadores de radioisótopos (que alimentan a las Voyager y New Horizons) no proporcionan la energía necesaria para una gran nave espacial tripulada, y todavía no han aprendido a hacer su -reactores nucleares de pleno derecho para el espacio.

El programa soviético para crear satélites con una central nuclear se vio ensombrecido por un escándalo internacional tras la caída del aparato Kosmos-954 en Canadá, así como por una serie de fallas con consecuencias menos dramáticas; un trabajo similar en los Estados Unidos se redujo incluso antes. Ahora, la creación de una planta de energía nuclear espacial se abordará en Rosatom y Roskosmos, pero estas siguen siendo instalaciones para vuelos de corto alcance y no un viaje a largo plazo a otro sistema estelar.

Quizás, en lugar de un reactor nuclear, los tokamaks se usarán en futuras naves interestelares. Acerca de lo difícil que es al menos determinar correctamente los parámetros de un plasma termonuclear, en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú este verano. Por cierto, el proyecto ITER en la Tierra avanza con éxito: incluso aquellos que entraron en el primer año, hoy tienen todas las posibilidades de unirse al trabajo en el primer reactor termonuclear experimental con un balance energético positivo.

¿En qué volar?

Los motores de cohetes convencionales no son adecuados para acelerar y desacelerar una nave interestelar. Aquellos familiarizados con el curso de mecánica, que se imparte en MIPT en el primer semestre, pueden calcular de forma independiente cuánto combustible necesitará un cohete para ganar al menos cien mil kilómetros por segundo. Para aquellos que aún no están familiarizados con la ecuación de Tsiolkovsky, anunciaremos inmediatamente el resultado: la masa de los tanques de combustible resulta ser significativamente mayor que la masa del sistema solar.

El suministro de combustible se puede reducir aumentando la velocidad a la que el motor expulsa el fluido de trabajo, gas, plasma u otra cosa, hasta un haz de partículas elementales. En la actualidad, los motores de plasma e iones se utilizan activamente para vuelos de estaciones interplanetarias automáticas dentro del sistema solar o para corregir la órbita de satélites geoestacionarios, pero tienen otras desventajas. En particular, todos estos motores dan muy poco empuje, todavía no pueden dar al barco una aceleración de varios metros por segundo al cuadrado.

Oleg Gorshkov, vicerrector del MIPT, es uno de los expertos reconocidos en el campo de los motores de plasma. Los motores de la serie SPD se fabrican en Fakel Design Bureau, son productos en serie para corregir la órbita de los satélites de comunicación.

En la década de 1950, se desarrolló un diseño de motor que utilizaría impulsos Explosión nuclear(Proyecto Orion), pero está lejos de convertirse en una solución preparada para vuelos interestelares. Aún menos desarrollado está el diseño del motor, que utiliza el efecto magnetohidrodinámico, es decir, se acelera debido a la interacción con el plasma interestelar. En teoría, una nave espacial podría "succionar" plasma y arrojarlo hacia atrás para crear empuje de chorro, pero luego surge otro problema.

¿Como sobrevivir?

El plasma interestelar está formado principalmente por protones y núcleos de helio, si consideramos partículas pesadas. Cuando se mueven a velocidades del orden de cientos de miles de kilómetros por segundo, todas estas partículas adquieren energía en megaelectronvoltios o incluso decenas de megaelectronvoltios, la misma cantidad que los productos de reacciones nucleares. La densidad del medio interestelar es de unos cien mil iones por metro cúbico, lo que significa que en un segundo metro cuadrado el enchapado de la nave recibirá alrededor de 10 13 protones con energías de decenas de MeV.

Un electrón voltio, eV,― esta es la energía que adquiere un electrón al volar de un electrodo a otro con una diferencia de potencial de un voltio. Los cuantos de luz tienen tal energía, y los cuantos ultravioleta con mayor energía ya son capaces de dañar las moléculas de ADN. La radiación o las partículas con energías en megaelectronvoltios acompañan a las reacciones nucleares y, además, son ellas mismas capaces de provocarlas.

Dicha irradiación corresponde a la energía absorbida (asumiendo que toda la energía es absorbida por la piel) en decenas de julios. Además, esta energía no solo vendrá en forma de calor, sino que puede ir parcialmente al inicio de reacciones nucleares en el material de la nave con la formación de isótopos de vida corta: en otras palabras, la piel se volverá radiactiva.

Algunos de los protones incidentes y núcleos de helio pueden desviarse hacia un lado. campo magnético, es posible proteger contra la radiación inducida y la radiación secundaria mediante una capa compleja de muchas capas, pero estos problemas tampoco tienen todavía una solución. Además, dificultades fundamentales como "qué material será menos destruido durante la irradiación" en la etapa de mantenimiento de la nave espacial en vuelo se convertirán en problemas particulares: "cómo desenroscar cuatro pernos por 25 en un compartimento con un fondo de cincuenta milisieverts por hora."

Recordemos que durante la última reparación del telescopio Hubble, los astronautas al principio no pudieron desenroscar los cuatro tornillos que aseguraban una de las cámaras. Después de consultar con la Tierra, reemplazaron la llave limitadora dinamométrica por una regular y aplicaron una fuerza física... Los pernos estaban sueltos, la cámara se reemplazó con éxito. Si el cerrojo se hubiera arrancado al mismo tiempo, la segunda expedición habría costado 500 millones de dólares estadounidenses. O no habría tenido lugar en absoluto.

¿Existen soluciones alternativas?

En la ciencia ficción (a menudo más fantástica que la ciencia ficción), los viajes interestelares tienen lugar a través de "túneles subespaciales". Formalmente, las ecuaciones de Einstein, que describen la geometría del espacio-tiempo en función de la masa y la energía distribuidas en este espacio-tiempo, admiten realmente algo similar: solo el supuesto gasto de energía es aún más deprimente que las estimaciones de la cantidad. combustible para cohetes para un vuelo a Proxima Centauri. No solo se necesita mucha energía, sino que también la densidad de energía debe ser negativa.

La cuestión de si es posible crear un "agujero de gusano" estable, grande y energéticamente posible está ligada a cuestiones fundamentales sobre la estructura del Universo en su conjunto. Uno de los problemas físicos sin resolver es la ausencia de gravedad en el llamado Modelo Estándar, una teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales y tres de los cuatro fundamentales. interacciones físicas... La gran mayoría de los físicos son bastante escépticos sobre el hecho de que en Teoría cuántica la gravedad encontrará un lugar para los "saltos interestelares a través del hiperespacio", pero, estrictamente hablando, nadie prohíbe tratar de encontrar una solución para los vuelos a las estrellas.

Korznikov da cálculos de que a una velocidad de más de 0,1 C, la nave espacial no tendrá tiempo para cambiar la trayectoria de vuelo y evitar una colisión. Él cree que a velocidad subluz, la nave espacial colapsará antes de alcanzar su objetivo. En su opinión, los viajes interestelares solo son posibles a velocidades significativamente más bajas (hasta 0.01 C). Desde 1950 hasta 1960. En los Estados Unidos, se desarrolló una nave espacial con un motor de cohete de impulso nuclear para explorar el espacio interplanetario "Orión".

El vuelo interestelar es un viaje entre las estrellas de vehículos tripulados o estaciones no tripuladas. Según el director del Centro de Investigación Ames (NASA) Simon P. Warden, un proyecto para un vuelo al espacio profundo podría desarrollarse dentro de 15 a 20 años.

Deje que el vuelo allí y el vuelo de regreso constan de tres fases: aceleración uniformemente acelerada, vuelo a una velocidad constante y desaceleración uniformemente acelerada. Deje que la nave espacial se mueva la mitad del camino con una unidad de aceleración, y la otra mitad con la misma aceleración desacelera (). Entonces el barco da la vuelta y repite los pasos de aceleración y desaceleración.

No todos los tipos de motores son adecuados para vuelos interestelares. Los cálculos muestran que con la ayuda del sistema espacial considerado en este documento, es posible llegar a la estrella Alpha Centauri ... en unos 10 años ". Como una de las opciones para resolver el problema, se propone utilizar partículas elementales que se muevan a la velocidad de la luz o cercana a la de la luz como sustancia de trabajo de un cohete.

¿Cuál es la velocidad de las naves espaciales modernas?

Velocidad de las partículas de escape de 15 a 35 kilómetros por segundo. Por lo tanto, las ideas parecían suministrar energía a las naves interestelares de fuente externa... Sobre este momento este proyecto no es factible: el motor debe tener una velocidad de expiración de 0.073 s (impulso específico 2 millones de segundos), mientras que su empuje debe alcanzar 1570 N (es decir, 350 lb).

Las colisiones con polvo interestelar ocurrirán a velocidades cercanas a la de la luz y se parecerán físicamente a microexplosiones. Los trabajos de ciencia ficción a menudo mencionan los métodos de viaje interestelar, basados ​​en moverse más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. La tripulación más grande estaba formada por 8 cosmonautas (incluía 1 mujer), lanzada el 30 de octubre de 1985 en el barco. reutilizable Desafiador.

La distancia a la estrella más cercana (Proxima Centauri) es de unos 4.243 años luz, o unas 268 mil veces la distancia de la Tierra al Sol. Los viajes en naves espaciales son una parte esencial de la ciencia ficción.

En esta situación, el tiempo de vuelo en el marco de referencia terrestre será de aproximadamente 12 años, mientras que el reloj de la nave pasará 7,3 años. La idoneidad de varios tipos de motores para viajes interestelares en particular fue revisada en una reunión de la Sociedad Interplanetaria Británica en 1973 por el Dr. Tony Martin.

En el transcurso del trabajo, se propusieron proyectos para naves estelares grandes y pequeñas ("naves de generaciones"), capaces de alcanzar la estrella Alpha Centauri en 1800 y 130 años, respectivamente. En 1971, en un informe de G. Marx en un simposio en Byurakan, se propuso utilizar láseres de rayos X para vuelos interestelares. En 1985, R. Forward propuso un diseño para una sonda interestelar acelerada por la energía de la radiación de microondas.

Límite de velocidad cósmica

El componente principal de la masa de los cohetes modernos es la masa de combustible que necesita el cohete para acelerar. Si es posible utilizar de alguna manera el entorno que rodea al cohete como fluido de trabajo y combustible, es posible reducir significativamente la masa del cohete y, debido a esto, lograr altas velocidades.

En la década de 1960, Bussard propuso el diseño de un motor ramjet interestelar (MPRD). El medio interestelar está compuesto principalmente de hidrógeno. En 1994, Jeffrey Landis propuso un proyecto para una sonda de iones interestelares que recibiría energía de un rayo láser en la estación.

El cohete según el proyecto Daedalus resultó ser tan grande que tendría que construirse en un espacio abierto. Una de las desventajas naves interestelares Es la necesidad de llevar consigo el sistema de potencia, lo que aumenta la masa y, en consecuencia, reduce la velocidad. Entonces, un motor de cohete eléctrico tiene una velocidad característica de 100 km / s, que es demasiado lenta para volar a estrellas distantes en un tiempo aceptable.

Comenzó en 1957, cuando se lanzó el primer satélite, Sputnik-1, en la URSS. Desde entonces, la gente ha logrado visitarlos, y las sondas espaciales no tripuladas han visitado todos los planetas, excepto. Los satélites que orbitan alrededor de la Tierra han entrado en nuestras vidas. Gracias a ellos, millones de personas tienen la oportunidad de ver televisión (ver artículo ““). La figura muestra cómo una parte de la nave espacial regresa a la Tierra usando un paracaídas.

Cohetes

La historia de la exploración espacial comienza con los cohetes. Los primeros misiles se utilizaron para misiones de bombardeo durante la Segunda Guerra Mundial. En 1957, se creó un cohete que lanzó el Sputnik-1 al espacio. La mayor parte del cohete está ocupada por tanques de combustible. Solo la parte superior del cohete, llamada carga útil... El cohete Ariane 4 tiene tres secciones separadas con tanques de combustible. Se les llama etapas de cohete... Cada etapa empuja el cohete una cierta distancia, después de lo cual, cuando está vacío, se separa. Como resultado, solo queda la carga útil del cohete. La primera etapa transporta 226 toneladas de combustible líquido. El combustible y dos propulsores crean la enorme masa necesaria para el despegue. La segunda etapa se separa a una altitud de 135 km. La tercera etapa del cohete es de ella, trabajando con líquido y nitrógeno. El combustible se quema aquí en unos 12 minutos. Como resultado, solo queda la carga útil del cohete Ariane-4 de la Agencia Espacial Europea.

En las décadas de 1950 y 1960. La URSS y los EE. UU. Compitieron en la exploración espacial. La primera nave espacial tripulada fue Vostok. El cohete Saturno 5 llevó personas a la luna por primera vez.

Cohetes de los años 50 y 60:

1. "Sputnik"

2. "Vanguardia"

3. "Juno-1"

4. "Este"

5. "Mercurio-Atlántida"

6. "Gemini-Titan-2"

8. "Saturno-1B"

9. "Saturno-5"

Velocidades espaciales

Para llegar al espacio, un cohete debe salir al exterior. Si su velocidad no es suficiente, simplemente caerá a la Tierra, debido a la acción de la fuerza. La velocidad requerida para la caminata espacial se llama primera velocidad espacial... Son 40.000 km / h. En órbita, la nave espacial se dobla alrededor de la Tierra con velocidad orbital... La velocidad orbital de una nave depende de su distancia a la Tierra. Cuando una nave espacial vuela en órbita, en esencia, simplemente cae, pero no puede caer, ya que pierde altura tanto como la superficie de la tierra desciende por debajo de ella, redondeándose.

Sondas espaciales

Las sondas son naves espaciales no tripuladas que se envían a largas distancias. Visitaron todos los planetas excepto Plutón. La sonda puede volar a su destino. largos años... Cuando vuela a la derecha cuerpo celestial, luego entra en órbita a su alrededor y envía la información obtenida a la Tierra. Miriner-10, la única sonda que visitó el. Pioneer 10 fue la primera sonda espacial en abandonar el sistema solar. Volará a la estrella más cercana en más de un millón de años.

Algunas sondas están diseñadas para aterrizar en la superficie de otro planeta, o están equipadas con vehículos de descenso arrojados al planeta. El módulo de aterrizaje puede recolectar muestras de suelo y enviarlas a la Tierra para su investigación. En 1966, por primera vez cayó sobre la superficie de la luna. astronave- sonda "Luna-9". Después de plantar, se abrió como una flor y comenzó a filmar.

Satélites

Un satélite es un vehículo no tripulado que se pone en órbita, generalmente terrestre. El satélite tiene una tarea específica, por ejemplo, monitorear, transmitir imágenes de televisión, explorar depósitos minerales: incluso hay satélites espías. El satélite orbita a velocidad orbital. En la imagen, se puede ver una toma de la desembocadura del río Humber (Inglaterra) tomada por Landset desde la órbita terrestre. "Landset" puede "considerar en la Tierra parcelas con un área de solo 1 m2. metro.

La estación es el mismo satélite, pero diseñada para el trabajo de las personas a bordo. Una nave espacial con tripulación y carga se puede acoplar a la estación. Hasta ahora, solo tres estaciones de larga duración han operado en el espacio: la estadounidense Skylab y la rusa Salyut y Mir. El Skylab se puso en órbita en 1973. Tres tripulaciones trabajaron a bordo sucesivamente. La estación dejó de existir en 1979.

Las estaciones orbitales juegan un papel muy importante en el estudio del efecto de la ingravidez en el cuerpo humano. Futuras estaciones como Freedom, que los estadounidenses están construyendo ahora con la ayuda de especialistas de Europa, Japón y Canadá, se utilizarán para experimentos a muy largo plazo o para producción industrial en el espacio.

Cuando el astronauta abandona la estación o el barco en espacio abierto, se pone traje espacial... Dentro del traje espacial, se crea artificialmente uno igual al atmosférico. Las capas internas del traje espacial están refrigeradas por líquido. Los dispositivos controlan la presión y el contenido de oxígeno en el interior. El vidrio del casco es muy duradero; puede soportar golpes de piedras pequeñas: micrometeoritos.