Материалы портала «Научная Россия»

Как попасть в другую галактику

Представляем перечень  самых удивительных космических двигателей и способов попасть в другую звездную систему.

Сколько времени надо, чтобы добраться до Марса, как путешествовать на Солнечном парусе и что сделать, чтобы «изменить пространство Вселенной»? Представляем перечень  самых удивительных космических двигателей и способов попасть в другую звездную систему.

Ионный двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все фанаты «Звездных войн» знакомы с ионными двигателями. Правда, в фильме, они конечно, во много раз мощнее, чем есть на самом деле. Как же устроен ионный движок, воспетый фантастами?

 Для его работы необходимы две вещи: топливо в форме инертного ксенона и электричество. Благодаря высоким напряжениям в специальной камере ионизируется инертный газ, вследствие чего ионы этого газа выбрасываются из камеры, создавая тягу. Эта реакция цепная: тяга увеличивается постепенно, правда очень медленно. Поэтому, чтобы разогнаться до скорости в 210 км/с космическому кораблю потребуется 7-8 месяцев. Примерно столько же времени займет торможение.

Однако надо отметить, что  сжиженный инертный газ занимает намного меньше места, чем ракетное топливо. Подобный тип двигателей уже используется. В частности, ими оснастили японский зонд Hayabusa и европейский лунный аппарат SMART-1.

Еще один многообещающий проект - VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket - электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом). Рабочее тело (аргон) ионизируется радиоволнами, а полученная плазма затем разгоняется в электромагнитном поле, создавая реактивную тягу.

Предполагается, что основное применение такого аппарата – это «космическая буксировка». Он мог бы перемещать многотонные грузы между орбитами Земли и Луны. В ролике вы можете увидеть макет двигателя VASIMR VF-200-1.

 

 

Кстати недавно профессор Массачусетского технологического института Пауло Лозано изобрел ионный двигатель крошечных размеров. Он развивает тягу 50 мкН. На Земле этого едва хватило бы, чтобы удержать тонкую бумажную полоску. Но на орбите в условиях микрогравитации достаточно, чтобы двигать наноспутник CubeSat весом в 1 килограмм. Такие запускает NASA. Размеры двигателя — всего 1 × 1 × 0,2 мм, прибавку в массе спутнику он даст весьма незначительную. Поэтому на борту наноспутника можно будет разместить сразу несколько ионных двигателей, что позволит ему маневрировать. 

Ядерные двигатели.

Ядерные двигатели разрабатываются с пятидесятых годов прошлого века и актуальны до сих пор. Изначально их предполагалось делать импульсными – ядерные взрывы малой мощности должны были придавать ускорение огромному космическому кораблю. Грандиозный проект ORION должен был дать возможность быстрых путешествий к другим планетам. В первый полет планировалось отправить  команду в 200 человек. Но по техническим и экономическим причинам проект так и не удалось воплотить.

Конструкция ORION включала гигантский «поглотитель» ударной волны и щит для предотвращения попадания радиации внутрь корабля. Однако конструкторы боялись, что системы выйдут из строя до достижения космоса. Еще одной проблемой были  радиоактивные осадки в земной атмосфере. Проект закрыли в 1960 году, когда в силу вступил первый запрет на проведение ядерных испытаний. Тем не менее, некоторые исследователи предлагают новые варианты подобных конструкций с новыми технологиями. Теоретически корабль на ядерной тяге может двигаться со скоростью 10% от скорости света и достигнуть ближайшей звезды за 40 лет.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

Позже предпочтение отдали менее экстремальному режиму работы ЯРД – реактивному, в котором ядерный реактор используется для контролируемого нагрева рабочего тела. Следующий проект – Daedalus начал разрабатываться в 1970-х годах британским обществом British Interplanetary Society. После пяти лет и 100000 человеко-часов работы был создан проект беспилотного космического корабля. Предполагалось, что он способен добраться до звезды Барнарда, расположенной в созвездии Змееносца на расстоянии 6 световых лет от Земли, менее чем за 50 лет. Проект был свернут в 1977 году из-за недостаточных знаний об устройстве Солнечной системы вблизи ее внешних границ.

Затем появился Longsho. Он был основан на использовании лазерно-термоядерного двигателя. В качестве цели была выбрана звезда альфа Центавра B. Время полета увеличилось до века, а миссия не предполагала возвращения. В отличие от проекта Daedalus, Longshot опирался преимущественно на существующие, а не на перспективные технологии.

Longshot должен был иметь стартовую массу 396 тонн, включая 264 тонны гелия-3/дейтерия. В итоге было решено, что такое количество топлива требует слишком больших затрат.

 Термоядерные двигатели.

Приручить термоядерную реакцию человечество пытается уже около 50 лет. Но пока освоить эту технологию  не удалось ни в одной отрасли. Тем не менее, недавно ученые из Вашингтона под руководством Джона Слоу заявили, что трудятся над ракетой с термоядерным двигателем (Fusion Driven Rocket). 

В качестве источника энергии вместо расщепления ядер используется реакция синтеза. Проект ракеты из Университета Вашингтона достаточно прост. Ключевые компоненты -  крошечные гранулы дейтерия и трития и большие металлические кольца из лития. После прохождения гранул через камеру сгорания двигателя на выходе создается сильное магнитное поле. Оно приводит в действие металлические кольца, которые создают такое давление, что термоядерное топливо сжимается в общую массу (плазма) и начинается термоядерная реакция.

Взрыв отбрасывает кольца на скорости 108 тысяч км/ч и создает необходимую тягу. Планируется, что космический корабль, спроектированный командой Слау, будет весить не более 134 тонн и совершит полет до Марса и обратно всего за 210 дней.

 

Двигатель Бассарда

 Все ракеты имеют одну фундаментальную проблему. Для большего ускорения и покрытия значительных расстояний требуется больше топлива. А оно утяжеляет корабль и снижает общую эффективность.

Но в 1960 году физик Роберт Бассард предложил модель прямоточного термоядерного двигателя. Его принцип действия основан на использовании водорода и межзвездной пыли, которая есть в космическом пространстве. Сначала космический корабль разгоняется на собственном горючем, затем формирует гигантскую магнитную воронку диаметром в несколько тысяч километров, которая захватывает из космоса водород. Он и служит источником топлива для ракеты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 За счет максимального ускорения отпадает проблема невесомости. Корабль, двигаясь со скоростью, равной 50%  от скорости света, способен преодолеть расстояние в 10 световых лет. И займет все это не больше 12 земных лет!

Однако пока двигатель Бассарда так и остался теоретической разработкой. Никому не удалось разработать «ловушку» для водорода, генерирующую магнитные поля такой колоссальной мощности.

 Солнечный парус

 Солнечный парус получает энергию от солнечного света. В вакуумных камерах эти устройства успешно проходят испытания, но попытки протестировать их в космосе пока завершались неудачами. Так, в 2006 году независимым Планетарным объединением (Planetary Society) из Пасадены был запущен корабль Cosmos 1. Ракета потерпела крушение. Миссия NanoSail-D завершилась тем же. Несмотря на неутешительную статистику, технология остается одной из самых многообещающих.

Например, в 2014 году запустить в космос солнечный парус собирается NASA. Его площадь составит 1200 квадратных метров. На данный момент, это в 7 раз больше, чем размер любого из испытанных парусов. Вес конструкции - 32 кг.  Вместе с ним на борту ракеты полетит модуль поддержки весом в 80 кг. Ракета выведет конструкцию на низкую орбиту. Там парус развернется и начнет работать. Ученые будут наблюдать за его  стабильностью, а также проверят можно ли им будет управлять.

 Двигатель Алькубьерре

 Этот двигатель впервые предложил физик Мигель Алькубьерре из Университета Уэльса в 1994 году. По замыслу, он должен был использовать еще не открытую «экзотическую материю» – частицы с отрицательной массой, создающие отрицательное давление.

Они могут искривлять пространство-время, заставляя пространство перед кораблем сжиматься, а позади – наоборот, расширяться. Таким образом, космический аппарат перемещается быстрее света без нарушений принципов относительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однако, для того, чтобы удержать корабль в «деформирующем коконе» нужно такое количество энергии, которое превосходит всю энергию Вселенной. Кроме того, в 2002 году были опубликованы расчеты, которые показывают невозможность передачи сигналов от корабля к передней части «кокона». Это значит, что управлять движением экипаж не сможет.

«Космический» science-art

Тема космоса, ракетных установок и межгалактических пространств всегда вызывала интерес у людей искусства. Будь то художники, писатели-фантасты или кинорежиссеры. Недавно в Москве открылась выставка «Стратегическое наследство» - совместный проект НПО «Энергомаш» и российских художников Сергея Сонина и Елены Самородовой (товарищество «Свинец и Кобальт»). Выставка проходит в Политехническом музее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владимир Солнцев, исполнительный директор ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко»: «Эта выставка – наша попытка разбудить общество!»

 

Посетители попадают в зал с приглушенным светом. В центре внимания фотографии космических двигателей, которые долгое время были укрыты от посторонних глаз. Все они будто стояли за дверью, на которой висит табличка «под грифом секретно». Наконец НПО «Энергомаш» приоткрывает завесу тайны.

Помимо фотографий в зале макеты современных ракетных двигателей в натуральную величину. Вместо музыкального сопровождения - производственный шум, записанный в цехах и коридорах, реплики инженеров, летчиков-космонавтов, технологов и рабочих. Вот он настоящий «космический» science-art!  

 Как считают сами художники: «Рождение двигателя – синтез великого и малого, как это бывает в искусстве, где последним оживляющим толчком может оказаться почти незаметный, непредсказуемый элемент. Сам же агрегат – лишь импульс к полету, его жизнь мгновенна, она длится считанные минуты старта…..»

 

Сергей Сонин, художник, автор выставки «Стратегическое наследство»: «Не каждому художнику удается оказаться в реликтовом советском заповеднике!»

Елена Самородова, художник, автор выставки «Стратегическое наследство»: «Двигатель создает 5 тысяч  человек,  а живет он две минуты!»

 

 

 

 

science-art владимир солнцев двигатель алькубьерре двигатель бассарда елена самородова ионный двигатель космические двигатели сергей сонин солнечный парус термоядерные двигатели ядерные двигатели

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий