Концепты космических станций: фантастика и реальность

Меч джедая

Признаюсь честно, никогда не был ярым фанатом Звездных войн, но отношусь к ним с уважением и понимаю желание NASA отправить на орбиту бесполезный с точки зрения практического смысла, но очень символичный предмет. Речь идет о мече джедая.

Эта посылка была отправлена на МКС вместе с шаттлом Дискавери в октябре 2007 года. Отправлена она был по личной просьбе Джорджа Лукаса. Световой меч джедая был упакован в пенопластовый контейнер, в котором он и провел весь полет. Приурочено это было к 30-летнему юбилею выхода фильма ”Звездные войны: новая надежда”.

Световой меч из «Звездных войн» просто обязан был побывать в космосе

В том полете было еще много интересным предметов. Например, специалист по миссии Дуг Уилер, с детства друживший с Бобби Мерсером, и которому потом поставили диагноз опухоли головного мозга, взял бейсбольные карточки команды Мерсера, чтобы потом передать их Мерсеру в качестве подарка.

Когда запланирован первый полет людей на Марс

Космические корабли на соседнюю планету планируют запустить Роскосмос, НАСА (США) и ЕКА (Европа).

Несмотря на успешное проведение международного 500-суточного эксперимента с искусственной изоляцией «Марс-500», главы космических агентств не называют определенной даты полета.

Подготовкой к полету занимаются не только космические агентства разных стран, но и частные компании.

Mars One планирует высадить первых людей на планету в 2027 году. Space X, предположительно, доставит человека на Марс в 2024 году. Исследовательский центр им. Эймса разрабатывает проект отправки в 2030 году людей на Марс без возвращения на Землю.

Другие страны пока не разрабатывают план полета на эту планету, что связано с недостаточным развитием космической отрасли.

Некоторые страны вообще отказались от полетов. Совет по религии ОАЭ категорично высказался о полетах на Красную планету как о форме самоубийства и запретил своим гражданам лететь до Марса.

Планы России

Как и другие жители Земли, русские на Марсе никогда не были. Но российские ученые активно занимаются подготовкой к полету.

По плану ракета, названная «Содружество», эффективна по энергозатратам и грузоподъемности.

Она будет работать на ядерном топливе и солнечных батареях и сможет перевозить до 65 тонн груза на борту.

В настоящее время Росатом совместно с Роскосмосом занимаются разработкой ядерного электродвигателя.

Как только он будет сконструирован, а это планируется в 2023 году, первые российские космонавты смогут отправиться на Марс.

Ракета Содружество (иллюстрация из открытых источников)

Планы Америки

Первые планы по полету на Марс предлагались еще при Джордже Буше, но из-за больших финансовых затрат они были не были реализованы.

В 2015 году НАСА разработала новый план полета на Марс.

План состоит из нескольких этапов:

1. Добыча полезных ресурсов на Луне, а именно топлива, кислорода, воды и строительных материалов. Эти запасы с помощью ионных тягачей будут доставлены на марсианскую орбиту.

2. Колонизация Марса с использованием ее ресурсов. По другому варианту плана мини-база будет создана не на самой планете, а на одном из ее спутников – Фобосе или Деймосе. Астронавты проведут на ней год, а затем вернутся на Землю.

В конце 2015 года НАСА начала работу по поиску места высадки астронавтов на Красной планете.

Планы Европейского космического агентства

Европейское космическое агентство составило программу под названием «Аврора», включающую пилотируемые космические миссии на Марс и Луну.

Инициативы частных организаций

Перспективный полет к Марсу является целью нескольких частных организаций.

1. Проект Mars One под руководством Баса Лансдорпа направлен на осуществление полета на Красную планету и основание на ней колонии.

Также предполагается телевизионная трансляция жизни первых поселенцев. Mars One поддерживается Герардом Хоофтом, лауреатом Нобелевской премии в области физики.

Проект Mars One (иллюстрация из открытых источников)

2. SpaceX во главе с Илоном Маском. Первоначально Илон Маск, руководитель SpaceX, в рамках проекта Mars Oasis планировал построить на Красной планете небольшую теплицу для выращивания растений. Но ввиду отсутствия более совершенных энергетически выгодных ракет Mars Oasis был заброшен.

Маском была создана аэрокосмическая компания SpaceX, которая сможет доставить человека на планету. По мере подготовки миссии туда доставят конструкционные элементы будущей базы, а в 2024 году высадятся первые марсиане.

SpaceX — полет на Марс (иллюстрация из открытых источников)

3. Исследовательский институт Эймса разрабатывает проект полета первых людей на Марс в один конец для создания колонии в 2030 году.

По предположениям ученых запланированный полет будет менее затратным по ресурсам, чем полет туда и обратно.

В таком случае космический корабль может перевезти больше груза и людей.

Первые марсиане с помощью небольшого ядерного реактора и высокотехнологичных приборов будут производить кислород, пищу и воду.

Раз в два года, когда планета будет находиться в нужной точке орбиты, американское НАСА будет отправлять корабли с новыми астронавтами.

Что дальше?

Пока национальные агентства называют приоритетным направлением Луну, бизнес засматривается на Марс. Маск считает делом своей жизни создание колонии на Марсе, которая может спасти человечество от глобальной катастрофы на родной планете. Для этого SpaceX разрабатывает пилотируемую ракету Big Falcon Rocket (BFR), с помощью которой можно уже к середине 2020-х годов доставить на Марс первую команду астронавтов.

BFR станет самой большой ракетой в истории космонавтики: 40 отсеков, вместимость до 100 пассажиров (в зависимости от количества багажа).

SpaceX получает дополнительное финансирование от продажи билетов на полет на Луну на BFR.

Не путать[править]

Многие путают космический холод с холодом стратосферы и считают, что чем выше, тем холоднее, однако в стратосфере с ростом высоты температура растёт! (А растёт она с −56.5 °C до 0,8 °C.) А вот в мезосфере она вновь с высотой падает (до −80 °C), а в термосфере снова растёт. Самое смешное то, что космонавты летают в именно в термосфере, чья температура во время солнечных вспышек может достигать 2000K, то есть космонавты тогда летают в «пекле», а вовсе не в «космическом холоде», и тем не менее благодаря вакууму они там не зажариваются.

Существование космического холода можно эффектно продемонстрировать, хотя на деле это демонстрация несколько иного явления. Если в открытом космосе выпустить на свободу некоторое количество воды, то она мгновенно вскипит и так же мгновенно брызги превратятся в лёд, причём большая часть воды сразу именно замёрзнет, а не испарится. Да, будет ярко, но это лишь показывает поведение жидкости при нулевом давлении — вода бурно испаряется, и из-за наличия большой теплоты испарения сама себя охлаждает. Вот далее, если звезда близко, то весь лёд испарится, причём минуя жидкое состояние, или же так и останется льдом, если звезда далеко.

Первая собака-космонавт — Лайка (она же Кудрявка) полетевшая на Спутник-2, имела 20-дневный запас воды и еды. Но из-за того, что третья ступень носителя не отошла от спутника, как планировалось, система сброса тепла не работала, и собака погибла в первые же сутки от перегрева 🙁

У станции Салют-7 уже имелась современная эффективная система охлаждения, способная действовать в пассивном режиме и при отсутствии электрического питания, что привело к тому, что когда вырубилось электричество, то температура на станции упала ниже нуля.

Мир новых молекул

Многие из молекул, скрывающихся в звездах и туманностях, до крайности странные. Спрашивать, как они будут выглядеть или какими будут на ощупь, бесполезно, поскольку даже если вы их возьмете в руки, они мгновенно прореагируют. Если вам все же удастся установить с ними контакт, они почти наверняка окажутся токсичными и канцерогенными. Как ни странно, ученые имеют грубое представление о том, как будут пахнуть некоторые чужие молекулы: многие из них относятся к классу ароматических соединений, производных бензола, которые первоначально делили названия с сильными запахами.

Некоторые из новых соединений демонстрируют удивительные атомные структуры и делят заряд между атомами странным образом. Иногда они ставят под вопрос современные теории молекулярных связей. Недавний пример — молекула SiCSi, обнаруженная в 2015 году в умирающей звезде, состоящая из двух атомов кремния и одного атома углерода, которые соединены неожиданным образом. В результате получается такая вот странная молекула, которая обладает спектральной подписью, отличной от тех, что предсказывают обычные теоретические модели.

Космические молекулы могут помочь нам ответить на один из самых фундаментальных вопросов Вселенной: как началась жизнь? Ученые не знают, где первоначально возникли аминокислоты, строительные блоки жизни, на Земле или в космосе (и после были занесены на нашу планету кометами и метеоритами). Ответ на этот вопрос может также подсказать, много ли аминокислот во Вселенной и могли ли они теоретически посеять жизнь на мириадах других экзопланет. Астрохимики уже заметили признаки наличия аминокислот в космосе, а также соединения молекул, которые лежат в их основе.

Хороший пример — молекулы «фуллерены». Эти крупные собрания 60 атомов углерода впервые были созданы в лаборатории в 1985 году (и принесли Нобелевскую премию). Спустя почти десять лет астрономы видели спектральные линии в межзвездном газе, которые в точности указывали на положительно заряженные версии фуллеренов, и эта связь подтвердилась в июле, когда ученые сравнили их сигнатуры со спектром фуллеренов, которые были создали в космосоподобных условиях в лаборатории. Позднее фуллерены оказались не просто странной космической находкой, а вполне приличным практическим инструментом для нанотехнологий, полезным для укрепления материалов, улучшения солнечных батарей и даже в фармацевтике.

Пока что астрохимики все еще плескаются на мелководье огромного моря молекул где-то там, в космосе. Их находки напоминают нам, что наш собственный уголок в космосе относительно мал — может быть незначительным, не показательным, лишь примером возможностей. Возможно, те молекулы, которые мы имеем на Земле, являются на самом деле экзотическими, а C3H+, фуллерены и другие пока неизвестные молекулы — обычный вселенский материал.

Какие типы скафандров бывают

Получается, скафандр — это то, что расширяет наши горизонты и позволяет оказаться там, где нам не положено быть просто по нашей физиологии. Но какие же типы скафандров используются покорителями неизведанных и опасных мест?

Водолазные скафандры

Да, то, в чем водолазы работают на большой глубине, тоже называется скафандрами. Есть даже модели, которые способны погружать человека на глубину до 600 метров, сохраняя внутри нормальное давление. Это не только позволяет сохранить жизнь и здоровье водолаза, но и обеспечивает более быстрое всплытие и погружение. Если не пользоваться подобными средствами защиты, то человек не сможет погрузиться на такую глубину и будет вынужден подниматься на поверхность очень медленно, проходя все стадии декомпрессии.

Некоторые подводные скафандры обеспечивают просто фантастические показатели. автономности.

Авиационные скафандры

Почти все хоть раз куда-то летали на самолете. Во время полета некоторые испытывали заложенность ушей или носа. Это только незначительные признаки того, что человек столкнулся с изменением давления. Такое изменение все равно очень плавное и не способно причинить вреда здоровью или привести к тому, что человек потеряет сознание.

А ведь скорость набора высоты (скороподъемность) современных истребителей в десятки раз выше не только того, что по нормативам положено обычному авиалайнеру, но даже намного выше его технических возможностей.

Некоторым пилотам приходится пользоваться скафандрами.

Все это приводит к тому, что пилоту часто требуются скафандр, который защитит его от таких перепадов давления, перегрузок во время маневров, которые достигают нескольких G, а также при подъемах на высоту 30 000 метров и более. Мировой рекорд высоты для самолета был поставлен на истребителе МиГ-25РБ, когда он поднялся на 37 650 метров.

Скафандр для стратосферных полетов

Есть скафандры и для стратосферных полетов. В конце пятидесятых годов прошлого века эти системы защиты активно тестировались для создания космических скафандров и средств спасения. Для этого людей в скафандре поднимали на высоту до 40 000 метров в открытой гондоле, прикрепленной к стратостату. Проблема в том, что люди слишком часто погибали, и эксперименты прекратили. Впрочем, все было не зря и накопленных данных исследователям хватило, чтобы разработать скафандры для космонавтов.

Уже в 2012 году в рамках проекта Red Bull Stratos австриец Феликс Баумгартнер совершил прыжок с высоты 39 000 метров, установив тем самым два мировых рекорда — максимальной высоты прыжка и максимальной скорости падения.

Так выглядел прыжок Баумгартнера с высоты 39 900 метров.

Для подготовки к этому прыжку он и его команда несколько лет готовились и проводили тренировки. Основная проблема была в том, что при падении с такой высоты и наборе очень большой скорости тело становится нестабильным по мере увеличения давления и его может закрутить так, что человек потеряет сознание и погибнет. При таких прыжках надо уметь управлять полетом не хуже, чем пилот самолета.

Для сравнения скорость падения обычного парашютиста при прыжке с 4000-5000 метров составляет примерно 180-200 километров в час. Баумгартнер же преодолел звуковой барьер и разогнался до 1350 километров час.

Космический скафандр

Самым привычным типом скафандров является космический. Учитывая его сложность и то, что он делает для космонавта, можно сказать, что это небольшой космический корабль, который надет на человека.

Скафандр — это настоящее торжество инженерной мысли.

На самом деле, так и есть. В нем предусмотрены все системы жизнеобеспечения, что позволяет человеку находится в космосе несколько часов.

Делятся они на два типа — мягкие и жесткие. В космос человек в любом случае летит в скафандре, просто некоторые имеют возможность выхода в космос, а некоторые — нет.

Космос ближе

В течение многих лет официальная линия Кармана была установлена ​​в 100 км. Но это было не то значение, которое установил для него Карман. В статье, опубликованной ранее в этом году в журнале Acta Astronautica, Макдауэлл пересчитал линию Кармана и обнаружил, что она значительно ближе – достаточно близко, чтобы сделать частные туристические полеты путешествием в космос.

Ученый заявил, что правительство США долгое время сопротивлялось определению официальной правовой границы между воздухом и космосом. Хотя в этом есть острая необходимость. На воздушные суда распространяются правила, касающиеся воздушного пространства, а объекты в космосе – нет. Хотя на них распространяются международные договоры о мирном использовании космоса.

По словам Макдауэлла, когда Северная Корея запустила ракету в прошлом году, по сообщениям, над японским воздушным пространством, она фактически была выше, чем Международная космическая станция.

«Конечно, она находилась в космосе. И не имеет смысла говорить, что он находится в воздушном пространстве Японии», – сказал он. Без международного соглашения о границе между воздухом и космосом такая путаница неизбежна.

Подземные города как в «Матрице»

События трилогии «Матрица» в действительности происходят на Земле. Однако поверхность планеты заселена роботами-убийцами, и поэтому наш дом выглядит как чужой и очень негостеприимный мир. Для выживания людям пришлось спуститься под землю, ближе к ядру планеты, где все еще тепло и более безопасно. Основная же проблема при таких реальных стечениях обстоятельств, помимо, конечно же, сложности при транспортировке оборудования, которое потребуется для создания подземной колонии, будет заключаться в поддержании контакта с остальным человечеством. Ду объясняет эту сложность на примере Марса:

Мобильная космическая станция наподобие «Звезды смерти»

Практически каждый любитель научно-фантастических фильмов знает, что такое «Звезда смерти». Это такая большая серая и круглая космическая станция из киноэпопеи «Звездные войны», внешне очень напоминающая Луну. Это межгалактический уничтожитель планет, который по сути сам является искусственной планетой, состоящей из стали и населенной штурмовиками.

Можем ли мы в реальности построить такую искусственную планету и бороздить на ней просторы галактики? В теории — да. Только на это потребуется невероятное количество человеческих и финансовых ресурсов.

Вопрос строительства «Звезды смерти» — без шуток — поднимался даже американским Белым домом, после того как общество отправило соответствующую петицию для рассмотрения. Официальный ответ властей гласил, что только на сталь для строительства потребуется 852 000 000 000 000 000 долларов.

Давайте предположим, что вопрос денег не является проблемой и «Звезду смерти» действительно построили. Что дальше? А дальше в дело включится старая добрая физика. И это окажется действительно проблемой.

У вселенной нет границ

Артур Косовский, профессор физики Питтсбургского университета

«Одним из самых фундаментальных свойств вселенной является ее возраст, который, согласно различным измерениям, мы сегодня определяем как 13,7 миллиарда лет. Поскольку мы также знаем, что свет распространяется с постоянной скоростью, это означает, что луч света, который появился в ранние времени, прошел к сегодняшнему дню определенное расстояние (назовем это «расстоянием до горизонта» или «расстоянием Хаббла»). Поскольку ничто не может двигаться быстрее скорости света, расстояние Хаббла будет самым дальним расстоянием, которое мы когда-либо сможем наблюдать в принципе (если не обнаружим какой-либо способ обойти теорию относительности).

У нас есть источник света, идущий к нам почти с расстояния Хаббла: космическое микроволновое фоновое излучение. Мы знаем, что у вселенной не существует «края» на расстоянии до источника микроволнового излучения, которое находится почти на целой дистанции Хаббла от нас. Поэтому мы обычно предполагаем, что вселенная намного больше, чем нам собственный наблюдаемый объем Хаббла, и что настоящий край, который может существовать, находится намного дальше, чем мы когда-либо могли наблюдать. Возможно, это неверно: возможно, край вселенной находится сразу за дистанцией Хаббла от нас, а за ним — морские чудища. Но поскольку вся наблюдаемая нами вселенная везде относительно одинакова и однородна, такой поворот был бы очень странным.

Боюсь, у нас никогда не будет хорошего ответа на этот вопрос. У Вселенной может вообще не быть края, а если он и есть, то будет достаточно далеко, чтобы мы его никогда не увидели. Нам остается постигать лишь ту часть Вселенной, которую мы действительно можем наблюдать».

А у вас есть предположения, что находится на краю Вселенной? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Россия может прикрыть программу МКС

МКС кажется большой, но если отойти подальше…

У России нет возможности напрямую запретить США или любой другой стране, учувствовавшей в создании МКС, использование станции. Однако перекрыть доступ к станции она может косвенно. Как уже говорилось выше, Россия нужна Америке для того, чтобы доставлять ее астронавтов на МКС. В 2014 году Дмитрий Рогозин намекнул на то, что, начиная с 2020 года Россия планирует тратить деньги и ресурсы, выделяемые на космическую программу, на другие проекты. США в свою очередь хотят продолжить отправлять своих астронавтов на МКС как минимум до 2024 года.

Если Россия сократит или даже прекратит использование МКС к 2020 году, то это станет серьезной проблемой для американских астронавтов, поскольку им будет ограничен или даже закрыт доступ к МКС. Рогозин добавил, что Россия смогла бы и без США летать на МКС, США в свою очередь такой роскошью не располагают.

Американское аэрокосмическое агентство NASA активно работает с коммерческими космическими компаниями по вопросам транспортировки и возвращения американских астронавтов с МКС. В то же время NASA может всегда воспользоваться батутами, о которых Рогозин упоминал ранее.