Kenderaan pendorong ion Amerika telah mencatatkan rekod kelajuan di kalangan kapal angkasa. Kelajuan di angkasa

Untuk mengatasi daya graviti dan melancarkan kapal angkasa ke orbit Bumi, roket mesti terbang pada kelajuan sekurang-kurangnya 8 kilometer sesaat. Ini adalah halaju melarikan diri pertama. Peranti, yang diberi kelajuan kosmik pertama, selepas diangkat dari Bumi, menjadi satelit buatan, iaitu, ia bergerak mengelilingi planet dalam orbit bulat. Jika radas diberi kelajuan kurang daripada kelajuan kosmik pertama, maka ia akan bergerak di sepanjang trajektori yang bersilang dengan permukaan dunia. Dengan kata lain, ia akan jatuh ke Bumi.

Tetapi penerbangan sedemikian memerlukan banyak bahan api. 3a jet selama beberapa minit, enjin memakan keseluruhan tangki kereta apinya, dan untuk memberikan roket pecutan yang diperlukan, kereta api kereta api yang besar bahan api diperlukan.

Tiada stesen minyak di angkasa, jadi anda perlu membawa semua bahan api anda bersama anda.

Tangki bahan api sangat besar dan berat. Apabila tangki kosong, ia menjadi berat tambahan untuk roket. Para saintis telah mencipta cara untuk menghilangkan berat badan yang tidak perlu. Roket itu dipasang seperti kit pembinaan dan terdiri daripada beberapa peringkat, atau peringkat. Setiap peringkat mempunyai enjin sendiri dan bekalan bahan api sendiri.

Langkah pertama adalah yang paling sukar. Di sinilah terletaknya enjin yang paling berkuasa dan paling banyak bahan api. Ia mesti memindahkan roket dari tempatnya dan memberikannya pecutan yang diperlukan. Apabila bahan api peringkat pertama habis, ia terlepas dari roket dan jatuh ke tanah, menjadikan roket lebih ringan dan tidak perlu membazir bahan api tambahan yang membawa tangki kosong.

Kemudian enjin peringkat kedua dihidupkan, yang lebih kecil daripada yang pertama, kerana ia perlu menghabiskan lebih sedikit tenaga untuk mengangkat kapal angkasa. Apabila tangki bahan api kosong, dan peringkat ini "membuka" dari roket. Kemudian yang ketiga, keempat akan dimainkan...

Selepas selesai peringkat terakhir, kapal angkasa berada di orbit. Ia boleh terbang mengelilingi Bumi untuk masa yang sangat lama tanpa membazir setitik bahan api.

Dengan bantuan roket tersebut, angkasawan, satelit, dan stesen automatik antara planet dihantar ke penerbangan.

Adakah kamu tahu...

Halaju pelarian pertama bergantung pada jisim badan angkasa. Bagi Mercury, yang jisimnya 20 kali lebih kecil daripada Bumi, ia bersamaan dengan 3.5 kilometer sesaat, dan untuk Musytari, yang jisimnya 318 kali lebih besar daripada jisim Bumi, ia adalah hampir 42 kilometer sesaat!

Disampaikan kepada perhatian pembaca roket terpantas di dunia sepanjang sejarah penciptaan.

Kelajuan 3.8 km/s

Peluru berpandu balistik jarak sederhana terpantas dengan kelajuan maksimum 3.8 km sesaat membuka ranking peluru berpandu terpantas di dunia. R-12U ialah versi ubah suai bagi R-12. Roket itu berbeza daripada prototaip dengan ketiadaan bahagian bawah perantaraan dalam tangki pengoksida dan beberapa perubahan reka bentuk kecil - tiada beban angin dalam aci, yang memungkinkan untuk meringankan tangki dan petak kering roket dan menghapuskan keperluan untuk penstabil. Sejak 1976, peluru berpandu R-12 dan R-12U mula dikeluarkan dari perkhidmatan dan digantikan dengan sistem darat mudah alih Pioneer. Mereka telah ditarik balik daripada perkhidmatan pada Jun 1989, dan antara 21 Mei 1990, 149 peluru berpandu telah dimusnahkan di pangkalan Lesnaya di Belarus.

Kelajuan 5.8 km/s

Salah satu kenderaan pelancar Amerika terpantas dengan kelajuan maksimum 5.8 km sesaat. Ia adalah peluru berpandu balistik antara benua yang pertama dibangunkan yang diterima pakai oleh Amerika Syarikat. Dibangunkan sebagai sebahagian daripada program MX-1593 sejak 1951. Ia membentuk asas senjata nuklear Tentera Udara AS dari 1959-1964, tetapi kemudiannya dengan cepat ditarik balik daripada perkhidmatan kerana kemunculan peluru berpandu Minuteman yang lebih canggih. Ia berfungsi sebagai asas untuk penciptaan keluarga Atlas kenderaan pelancar angkasa, yang telah beroperasi sejak 1959 hingga ke hari ini.

Kelajuan 6 km/s

UGM-133 A Trident II- Peluru berpandu balistik tiga peringkat Amerika, salah satu yang terpantas di dunia. Kelajuan maksimumnya ialah 6 km sesaat. "Trident-2" telah dibangunkan sejak 1977 selari dengan "Trident-1" yang lebih ringan. Diguna pakai dalam perkhidmatan pada tahun 1990. Berat pelancaran - 59 tan. Maks. berat lontaran - 2.8 tan dengan jarak pelancaran 7800 km. Jarak penerbangan maksimum dengan bilangan kepala peledak yang berkurangan ialah 11,300 km.

Kelajuan 6 km/s

Salah satu peluru berpandu balistik propelan pepejal terpantas di dunia, dalam perkhidmatan dengan Rusia. Ia mempunyai jejari kerosakan minimum 8000 km dan kelajuan anggaran 6 km/s. Roket itu telah dibangunkan sejak 1998 oleh Institut Kejuruteraan Terma Moscow, yang membangunkannya pada 1989-1997. peluru berpandu berasaskan darat "Topol-M". Sehingga kini, 24 pelancaran ujian Bulava telah dijalankan, lima belas daripadanya dianggap berjaya (semasa pelancaran pertama, prototaip roket bersaiz besar dilancarkan), dua (yang ketujuh dan kelapan) sebahagiannya berjaya. Pelancaran ujian terakhir roket itu berlangsung pada 27 September 2016.

Kelajuan 6.7 km/s

Minuteman LGM-30 G- salah satu peluru berpandu balistik antara benua berasaskan darat terpantas di dunia. Kelajuannya ialah 6.7 km sesaat. LGM-30G Minuteman III mempunyai anggaran jarak penerbangan 6,000 kilometer hingga 10,000 kilometer, bergantung pada jenis kepala peledak. Minuteman 3 telah berada dalam perkhidmatan AS dari 1970 hingga hari ini. Ia adalah satu-satunya peluru berpandu berasaskan silo di Amerika Syarikat. Pelancaran pertama roket itu berlaku pada Februari 1961, pengubahsuaian II dan III telah dilancarkan pada tahun 1964 dan 1968, masing-masing. Roket itu mempunyai berat kira-kira 34,473 kilogram dan dilengkapi dengan tiga enjin propelan pepejal. Peluru berpandu itu dirancang akan beroperasi sehingga 2020.

Kelajuan 7 km/s

Peluru berpandu antipeluru berpandu terpantas di dunia, direka untuk memusnahkan sasaran yang sangat mudah dikendalikan dan peluru berpandu hipersonik altitud tinggi. Ujian siri 53T6 kompleks Amur bermula pada tahun 1989. Kelajuannya ialah 5 km sesaat. Roket itu adalah kon runcing 12 meter tanpa bahagian yang menonjol. Badannya diperbuat daripada keluli berkekuatan tinggi menggunakan belitan komposit. Reka bentuk roket membolehkannya menahan beban yang berat. Pemintas dilancarkan dengan pecutan 100 kali ganda dan mampu memintas sasaran yang terbang pada kelajuan sehingga 7 km sesaat.

Kelajuan 7.3 km/s

Peluru berpandu nuklear paling berkuasa dan terpantas di dunia dengan kelajuan 7.3 km sesaat. Ia bertujuan, pertama sekali, untuk memusnahkan pos komando yang paling berkubu, silo peluru berpandu balistik dan pangkalan udara. Bahan letupan nuklear satu peluru berpandu boleh memusnahkan bandar besar, sebahagian besar Amerika Syarikat. Ketepatan pukulan adalah kira-kira 200-250 meter. Peluru berpandu itu ditempatkan di silo terkuat di dunia. SS-18 membawa 16 platform, salah satunya dimuatkan dengan umpan. Apabila memasuki orbit tinggi, semua kepala "Syaitan" pergi "dalam awan" sasaran palsu dan boleh dikatakan tidak dikenal pasti oleh radar."

Kelajuan 7.9 km/s

Peluru berpandu balistik antara benua (DF-5A) dengan kelajuan maksimum 7.9 km sesaat membuka tiga teratas terpantas di dunia. ICBM DF-5 China mula beroperasi pada tahun 1981. Ia boleh membawa kepala peledak 5 MT yang besar dan mempunyai jarak lebih 12,000 km. DF-5 mempunyai pesongan kira-kira 1 km, yang bermaksud peluru berpandu mempunyai satu tujuan - untuk memusnahkan bandar. Saiz kepala peledak, pesongan dan fakta bahawa ia hanya mengambil masa sejam untuk bersedia sepenuhnya untuk pelancaran bermakna DF-5 adalah senjata penghukum, yang direka untuk menghukum mana-mana penyerang. Versi 5A telah meningkatkan julat, menambah baik pesongan 300m dan keupayaan untuk membawa berbilang kepala peledak.

R-7 Kelajuan 7.9 km/s

R-7- Soviet, peluru berpandu balistik antara benua pertama, salah satu yang terpantas di dunia. Kelajuan tertingginya ialah 7.9 km sesaat. Pembangunan dan pengeluaran salinan pertama roket itu dijalankan pada 1956-1957 oleh perusahaan OKB-1 berhampiran Moscow. Selepas pelancaran yang berjaya, ia digunakan pada tahun 1957 untuk melancarkan satelit Bumi buatan pertama di dunia. Sejak itu, kenderaan pelancar keluarga R-7 telah digunakan secara aktif untuk melancarkan kapal angkasa untuk pelbagai tujuan, dan sejak 1961, kenderaan pelancar ini telah digunakan secara meluas dalam angkasawan berawak. Berdasarkan R-7, seluruh keluarga kenderaan pelancar telah dicipta. Dari tahun 1957 hingga 2000, lebih daripada 1,800 kenderaan pelancar berdasarkan R-7 telah dilancarkan, yang mana lebih daripada 97% telah berjaya.

Kelajuan 7.9 km/s

RT-2PM2 "Topol-M" (15Zh65)- peluru berpandu balistik antara benua terpantas di dunia dengan kelajuan maksimum 7.9 km sesaat. Julat maksimum - 11,000 km. Membawa satu kepala peledak termonuklear dengan kuasa 550 kt. Versi berasaskan silo telah dimasukkan ke dalam perkhidmatan pada tahun 2000. Kaedah pelancaran adalah mortar. Enjin pendorong pepejal roket itu membolehkannya memperoleh kelajuan lebih pantas daripada jenis roket sebelumnya dari kelas serupa yang dicipta di Rusia dan Kesatuan Soviet. Ini menjadikannya lebih sukar bagi sistem pertahanan peluru berpandu untuk memintasnya semasa fasa aktif penerbangan.

Dalam perjuangan untuk mengatasi "ambang pemeluwapan," saintis aerodinamik terpaksa meninggalkan penggunaan muncung yang mengembang. Terowong angin supersonik daripada jenis asas baru telah dicipta. Di pintu masuk ke paip sedemikian, silinder tekanan tinggi diletakkan, yang dipisahkan daripadanya oleh plat nipis - diafragma. Di saluran keluar, paip disambungkan ke ruang vakum, akibatnya vakum yang tinggi dicipta di dalam paip.

Jika diafragma rosak, contohnya dengan peningkatan mendadak dalam tekanan dalam silinder, aliran gas akan tergesa-gesa melalui paip ke dalam ruang jarang ruang vakum, didahului oleh gelombang kejutan yang kuat. Oleh itu, pemasangan ini dipanggil terowong angin kejutan.

Seperti tiub jenis belon, masa hentaman terowong angin adalah sangat singkat, berjumlah hanya beberapa perseribu saat. Untuk menjalankan pengukuran yang diperlukan dalam masa yang singkat, perlu menggunakan peranti elektronik yang kompleks dan berkelajuan tinggi.

Gelombang kejutan bergerak dalam paip pada kelajuan yang sangat tinggi dan tanpa muncung khas. Dalam terowong angin yang dicipta di luar negara, adalah mungkin untuk mendapatkan kelajuan aliran udara sehingga 5,200 meter sesaat pada suhu aliran itu sendiri sebanyak 20,000 darjah. Pada suhu yang begitu tinggi, kelajuan bunyi dalam gas juga meningkat, dan banyak lagi. Oleh itu, walaupun kelajuan aliran udara yang tinggi, lebihan daripada kelajuan bunyi ternyata tidak ketara. Gas bergerak pada kelajuan mutlak yang tinggi dan pada kelajuan rendah berbanding dengan bunyi.

Untuk menghasilkan semula kelajuan penerbangan supersonik yang tinggi, sama ada perlu meningkatkan lagi kelajuan aliran udara, atau mengurangkan kelajuan bunyi di dalamnya, iaitu mengurangkan suhu udara. Dan kemudian ahli aerodinamik sekali lagi mengingati muncung yang berkembang: selepas semua, dengan bantuannya anda boleh melakukan kedua-duanya pada masa yang sama - ia mempercepatkan aliran gas dan pada masa yang sama menyejukkannya. Muncung supersonik yang berkembang dalam kes ini ternyata menjadi pistol yang mana ahli aerodinamik membunuh dua burung dengan satu batu. Dalam tiub kejutan dengan muncung sedemikian, adalah mungkin untuk mendapatkan kelajuan aliran udara 16 kali lebih tinggi daripada kelajuan bunyi.

PADA LAJU SATELIT

Terdapat pelbagai cara untuk meningkatkan tekanan secara mendadak dalam silinder tiub kejutan dan dengan itu memecahkan diafragma. Sebagai contoh, seperti yang mereka lakukan di Amerika Syarikat, di mana nyahcas elektrik yang kuat digunakan.

Silinder tekanan tinggi diletakkan di dalam paip di salur masuk, dipisahkan dari yang lain oleh diafragma. Di belakang silinder terdapat muncung yang mengembang. Sebelum permulaan ujian, tekanan dalam silinder meningkat kepada 35-140 atmosfera, dan dalam ruang vakum, di saluran keluar paip, ia menurun kepada satu juta tekanan atmosfera. Kemudian pelepasan arka elektrik yang sangat kuat dihasilkan dalam silinder dengan arus satu juta! Kilat tiruan dalam terowong angin dengan mendadak meningkatkan tekanan dan suhu gas dalam silinder, diafragma serta-merta tersejat dan aliran udara bergegas ke dalam ruang vakum.

Dalam masa sepersepuluh saat, adalah mungkin untuk menghasilkan semula kelajuan penerbangan kira-kira 52,000 kilometer sejam, atau 14.4 kilometer sesaat! Oleh itu, dalam makmal adalah mungkin untuk mengatasi kedua-dua halaju kosmik pertama dan kedua.

Sejak saat itu, terowong angin menjadi bantuan yang boleh dipercayai bukan sahaja untuk penerbangan, tetapi juga untuk roket. Ia membolehkan kami menyelesaikan beberapa isu navigasi angkasa lepas moden dan masa hadapan. Dengan bantuan mereka, anda boleh menguji model roket, satelit Bumi buatan dan kapal angkasa, menghasilkan semula bahagian penerbangan mereka yang mereka lalui dalam atmosfera planet.

Tetapi kelajuan yang dicapai hendaklah hanya pada permulaan skala meter kelajuan kosmik khayalan. Pembangunan mereka hanyalah langkah pertama ke arah penciptaan cabang sains baharu - aerodinamik angkasa lepas, yang dihidupkan oleh keperluan teknologi roket yang pesat membangun. Dan sudah ada kejayaan baharu yang ketara dalam pembangunan selanjutnya kelajuan kosmik.

Memandangkan udara diionkan sedikit sebanyak semasa nyahcas elektrik, seseorang boleh cuba menggunakan medan elektromagnet dalam tiub kejutan yang sama untuk mempercepatkan lagi plasma udara yang terhasil. Kemungkinan ini direalisasikan secara praktikal dalam satu lagi tiub kejutan hidromagnet berdiameter kecil yang direka di Amerika Syarikat, di mana kelajuan gelombang kejutan mencapai 44.7 kilometer sesaat! Setakat ini, pereka kapal angkasa hanya boleh mengimpikan pergerakan yang begitu pantas.

Tidak dinafikan bahawa kemajuan selanjutnya dalam sains dan teknologi akan membuka peluang yang lebih besar untuk aerodinamik masa depan. Kini, pemasangan fizikal moden, contohnya, pemasangan dengan jet plasma berkelajuan tinggi, mula digunakan di makmal aerodinamik. Untuk menghasilkan semula penerbangan roket foton dalam medium interstellar rarefied dan untuk mengkaji laluan kapal angkasa melalui kelompok gas antara bintang, adalah perlu untuk menggunakan pencapaian teknologi pecutan zarah nuklear.

Dan, jelas sekali, jauh sebelum kapal angkasa pertama meninggalkan sempadan, salinan miniatur mereka akan lebih daripada sekali mengalami dalam terowong angin semua kesukaran perjalanan panjang ke bintang.

P.S. Apa lagi yang difikirkan oleh saintis British: bagaimanapun, kelajuan kosmik berlaku bukan sahaja di makmal saintifik. Jadi, katakan, jika anda berminat untuk membuat laman web di Saratov - http://galsweb.ru/, maka di sini mereka akan menciptanya untuk anda pada kelajuan yang benar-benar kosmik.

Korznikov memetik pengiraan bahawa pada kelajuan lebih daripada 0.1 C, kapal angkasa tidak akan mempunyai masa untuk menukar laluan penerbangan dan mengelakkan perlanggaran. Dia percaya bahawa pada kelajuan sub-cahaya kapal angkasa akan runtuh sebelum mencapai sasarannya. Pada pendapatnya, perjalanan antara bintang hanya boleh dilakukan pada kelajuan yang jauh lebih rendah (sehingga 0.01 C). Dari 1950-60 Di Amerika Syarikat, sebuah kapal angkasa dengan enjin roket nadi nuklear sedang dibangunkan untuk meneroka ruang antara planet, Orion.

Penerbangan antara bintang ialah perjalanan antara bintang dengan kenderaan berawak atau stesen automatik. Menurut pengarah Pusat Penyelidikan NASA Ames, Simon P. Warden, reka bentuk enjin angkasa lepas boleh dibangunkan dalam tempoh 15 hingga 20 tahun.

Biarkan penerbangan ke sana dan penerbangan balik terdiri daripada tiga fasa: pecutan seragam dipercepatkan, penerbangan pada kelajuan malar dan nyahpecutan dipercepatkan seragam. Biarkan kapal angkasa bergerak separuh jalan dengan pecutan unit, dan biarkan ia memperlahankan separuh kedua dengan pecutan yang sama (). Kapal kemudian berpusing dan mengulangi peringkat pecutan dan nyahpecutan.

Tidak semua jenis enjin sesuai untuk penerbangan antara bintang. Pengiraan menunjukkan bahawa menggunakan sistem angkasa lepas yang dipertimbangkan dalam kerja ini, adalah mungkin untuk mencapai bintang Alpha Centauri... dalam masa kira-kira 10 tahun." Sebagai salah satu pilihan untuk menyelesaikan masalah, adalah dicadangkan untuk menggunakan zarah asas yang bergerak pada kelajuan cahaya atau hampir cahaya sebagai bahan kerja roket.

Apakah kelajuan kapal angkasa moden?

Kelajuan zarah ekzos adalah dari 15 hingga 35 kilometer sesaat. Oleh itu, idea timbul untuk membekalkan kapal antara bintang dengan tenaga daripada sumber luar. Pada masa ini, projek ini tidak dapat dilaksanakan: enjin mesti mempunyai kelajuan ekzos 0.073 s (dorongan khusus 2 juta saat), manakala tujahannya mesti mencapai 1570 N (iaitu, 350 paun).

Perlanggaran dengan habuk antara bintang akan berlaku pada kelajuan hampir cahaya dan kesan fizikal akan menyerupai letupan mikro. Karya fiksyen sains sering menyebut kaedah perjalanan antara bintang berdasarkan pergerakan lebih pantas daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Krew terbesar terdiri daripada 8 angkasawan (termasuk 1 wanita), yang dilancarkan pada 30 Oktober 1985 di kapal angkasa Challenger yang boleh diguna semula.

Jarak ke bintang terdekat (Proxima Centauri) adalah kira-kira 4,243 tahun cahaya, iaitu kira-kira 268 ribu kali jarak dari Bumi ke Matahari. Penerbangan kapal angkasa menduduki tempat yang penting dalam fiksyen sains.

Dalam keadaan ini, masa penerbangan dalam kerangka rujukan bumi adalah lebih kurang 12 tahun, manakala mengikut jam di kapal, 7.3 tahun akan berlalu. Kesesuaian pelbagai jenis enjin untuk penerbangan antara bintang telah dibincangkan terutamanya pada mesyuarat Persatuan Antaraplanet British pada tahun 1973 oleh Dr. Tony Martin.

Dalam perjalanan kerja, projek telah dicadangkan untuk kapal bintang besar dan kecil ("kapal generasi") yang mampu mencapai bintang Alpha Centauri pada tahun 1800 dan 130 tahun, masing-masing. Pada tahun 1971, dalam laporan oleh G. Marx di simposium di Byurakan, ia dicadangkan untuk menggunakan laser sinar-X untuk penerbangan antara bintang. Pada tahun 1985, R. Forward mencadangkan reka bentuk probe antara bintang yang dipercepatkan oleh tenaga gelombang mikro.

Had kelajuan ruang

Komponen utama jisim roket moden ialah jisim bahan api yang diperlukan oleh roket untuk pecutan. Sekiranya kita boleh menggunakan persekitaran di sekeliling roket sebagai bendalir dan bahan api yang berfungsi, kita boleh mengurangkan jisim roket dengan ketara dan dengan itu mencapai kelajuan tinggi.

Pada tahun 1960-an, Bussard mencadangkan reka bentuk enjin ramjet antara bintang (MRJE). Medium antara bintang terdiri terutamanya daripada hidrogen. Pada tahun 1994, Geoffrey Landis mencadangkan reka bentuk untuk probe ion antara bintang yang akan menerima tenaga daripada pancaran laser di stesen.

Kapal roket projek Daedalus ternyata sangat besar sehingga perlu dibina di angkasa lepas. Salah satu kelemahan kapal antara bintang ialah keperluan untuk membawa grid kuasa dengan mereka, yang meningkatkan jisim dan seterusnya mengurangkan kelajuan. Jadi enjin roket elektrik mempunyai kelajuan ciri 100 km/s, yang terlalu perlahan untuk terbang ke bintang yang jauh dalam masa yang boleh diterima.

Pembaca kami Nikita Ageev bertanya: apakah masalah utama perjalanan antara bintang? Jawapannya, seperti , memerlukan artikel yang panjang, walaupun soalan itu boleh dijawab dengan satu simbol: c .

Kelajuan cahaya dalam vakum, c, adalah kira-kira tiga ratus ribu kilometer sesaat, dan adalah mustahil untuk melebihinya. Oleh itu, adalah mustahil untuk mencapai bintang lebih cepat daripada dalam beberapa tahun (cahaya bergerak 4.243 tahun ke Proxima Centauri, jadi kapal angkasa tidak boleh tiba lebih cepat). Jika anda menambah masa untuk pecutan dan nyahpecutan dengan pecutan lebih kurang boleh diterima oleh manusia, anda mendapat kira-kira sepuluh tahun kepada bintang terdekat.

Apakah syarat untuk terbang?

Dan tempoh ini sudah menjadi halangan yang ketara, walaupun kita mengabaikan soalan "bagaimana untuk memecut ke kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya." Kini tidak ada kapal angkasa yang membolehkan anak kapal hidup secara autonomi di angkasa untuk sekian lama - angkasawan sentiasa membawa bekalan segar dari Bumi. Biasanya, perbualan tentang masalah perjalanan antara bintang bermula dengan soalan yang lebih asas, tetapi kita akan bermula dengan masalah yang digunakan semata-mata.

Malah setengah abad selepas penerbangan Gagarin, jurutera tidak dapat mencipta mesin basuh dan pancuran mandian yang cukup praktikal untuk kapal angkasa, dan tandas yang direka untuk tanpa berat rosak di ISS dengan kerap yang dicemburui. Penerbangan ke sekurang-kurangnya Marikh (22 minit cahaya dan bukannya 4 tahun cahaya) sudah menimbulkan tugas yang tidak remeh untuk pereka paip: jadi untuk perjalanan ke bintang, sekurang-kurangnya perlu mencipta tandas angkasa dengan dua puluh tahun jaminan dan mesin basuh yang sama.

Air untuk membasuh, membasuh dan minum juga perlu sama ada dibawa bersama anda atau digunakan semula. Begitu juga udara, dan makanan juga perlu sama ada disimpan atau ditanam di atas kapal. Eksperimen untuk mencipta ekosistem tertutup di Bumi telah pun dijalankan, tetapi keadaan mereka masih sangat berbeza daripada ekosistem angkasa, sekurang-kurangnya dengan kehadiran graviti. Kemanusiaan tahu bagaimana untuk menukar kandungan periuk kebuk menjadi air minuman yang bersih, tetapi dalam kes ini adalah perlu untuk dapat melakukan ini dalam graviti sifar, dengan kebolehpercayaan mutlak dan tanpa muatan trak bahan habis pakai: mengambil satu lori kartrij penapis ke bintang terlalu mahal.

Mencuci stoking dan melindungi daripada jangkitan usus mungkin kelihatan seperti sekatan "bukan fizikal" yang terlalu cetek pada penerbangan antara bintang - walau bagaimanapun, mana-mana pengembara yang berpengalaman akan mengesahkan bahawa "perkara kecil" seperti kasut yang tidak selesa atau sakit perut akibat makanan yang tidak dikenali dalam ekspedisi autonomi boleh berubah. menjadi ancaman kepada kehidupan.

Menyelesaikan masalah harian walaupun asas memerlukan asas teknologi yang sama seriusnya dengan pembangunan enjin angkasa yang asasnya baharu. Jika di Bumi gasket usang di dalam tangki tandas boleh dibeli di kedai terdekat untuk dua rubel, maka di kapal Marikh perlu menyediakan sama ada rizab semua orang bahagian yang serupa, atau pencetak tiga dimensi untuk pengeluaran alat ganti daripada bahan mentah plastik universal.

Di Tentera Laut AS pada tahun 2013 dengan sungguh-sungguh memulakan percetakan 3D setelah kami menilai masa dan wang yang dibelanjakan untuk membaiki peralatan ketenteraan menggunakan kaedah tradisional di lapangan. Tentera beralasan bahawa mencetak beberapa gasket jarang untuk komponen helikopter yang telah dihentikan sepuluh tahun lalu adalah lebih mudah daripada memesan bahagian dari gudang di benua lain.

Salah seorang rakan terdekat Korolev, Boris Chertok, menulis dalam memoirnya "Rockets and People" bahawa pada satu ketika program angkasa Soviet berhadapan dengan kekurangan kenalan palam. Penyambung yang boleh dipercayai untuk kabel berbilang teras perlu dibangunkan secara berasingan.

Selain alat ganti untuk peralatan, makanan, air dan udara, angkasawan akan memerlukan tenaga. Enjin dan peralatan on-board memerlukan tenaga, jadi masalah sumber yang berkuasa dan boleh dipercayai perlu diselesaikan secara berasingan. Bateri solar tidak sesuai, jika hanya kerana jarak dari bintang dalam penerbangan, penjana radioisotop (mereka memberi kuasa kepada Voyagers dan New Horizons) tidak memberikan kuasa yang diperlukan untuk kapal angkasa berawak yang besar, dan mereka belum lagi belajar bagaimana untuk membuat penuh. -reaktor nuklear untuk ruang angkasa.

Program satelit berkuasa nuklear Soviet telah dicemari oleh skandal antarabangsa berikutan nahas Cosmos 954 di Kanada, serta beberapa siri kegagalan dengan akibat yang kurang dramatik; kerja serupa di Amerika Syarikat telah dihentikan lebih awal lagi. Kini Rosatom dan Roscosmos berhasrat untuk mencipta loji kuasa nuklear angkasa, tetapi ini masih pemasangan untuk penerbangan jarak dekat, dan bukan perjalanan berbilang tahun ke sistem bintang lain.

Mungkin bukannya reaktor nuklear, kapal angkasa antara bintang masa depan akan menggunakan tokamaks. Mengenai betapa sukarnya untuk sekurang-kurangnya menentukan parameter plasma termonuklear dengan betul, di MIPT musim panas ini. Ngomong-ngomong, projek ITER di Bumi sedang berjalan dengan jayanya: malah mereka yang memasuki tahun pertama hari ini mempunyai peluang untuk menyertai kerja pada reaktor termonuklear eksperimen pertama dengan keseimbangan tenaga positif.

Apa yang hendak terbang?

Enjin roket konvensional tidak sesuai untuk memecut dan menyahpecutan kapal antara bintang. Mereka yang biasa dengan kursus mekanik yang diajar di MIPT pada semester pertama boleh mengira secara bebas berapa banyak bahan api yang diperlukan oleh roket untuk mencapai sekurang-kurangnya seratus ribu kilometer sesaat. Bagi mereka yang belum biasa dengan persamaan Tsiolkovsky, kami akan segera mengumumkan hasilnya - jisim tangki bahan api ternyata jauh lebih tinggi daripada jisim sistem Suria.

Bekalan bahan api boleh dikurangkan dengan meningkatkan kelajuan di mana enjin mengeluarkan bendalir kerja, gas, plasma atau sesuatu yang lain, sehingga rasuk zarah asas. Pada masa ini, enjin plasma dan ion digunakan secara aktif untuk penerbangan stesen antara planet automatik dalam Sistem Suria atau untuk pembetulan orbit satelit geopegun, tetapi ia mempunyai beberapa kelemahan lain. Khususnya, semua enjin sedemikian memberikan daya tujahan yang terlalu sedikit; mereka belum dapat memberikan pecutan kepada kapal beberapa meter sesaat kuasa dua.

Naib Rektor MIPT Oleg Gorshkov adalah salah seorang pakar yang diiktiraf dalam bidang enjin plasma. Enjin siri SPD dihasilkan di Biro Reka Bentuk Fakel ini adalah produk bersiri untuk pembetulan orbit satelit komunikasi.

Pada tahun 1950-an, projek enjin telah dibangunkan yang akan menggunakan dorongan letupan nuklear (projek Orion), tetapi ia jauh daripada menjadi penyelesaian sedia untuk penerbangan antara bintang. Malah kurang maju ialah reka bentuk enjin yang menggunakan kesan magnetohidrodinamik, iaitu, memecut kerana interaksi dengan plasma antara bintang. Secara teorinya, kapal angkasa boleh "menghisap" plasma ke dalam dan membuangnya semula untuk mencipta tujahan jet, tetapi ini menimbulkan masalah lain.

Bagaimana untuk bertahan?

Plasma antara bintang terutamanya proton dan nukleus helium, jika kita menganggap zarah berat. Apabila bergerak pada kelajuan ratusan ribu kilometer sesaat, semua zarah ini memperoleh tenaga megaelektronvolt atau bahkan puluhan megaelektronvolt - jumlah yang sama dengan hasil tindak balas nuklear. Ketumpatan medium antara bintang adalah kira-kira seratus ribu ion setiap meter padu, yang bermaksud bahawa sesaat satu meter persegi badan kapal akan menerima kira-kira 10 13 proton dengan tenaga berpuluh-puluh MeV.

Satu elektronvolt, eV,― Ini adalah tenaga yang diperolehi oleh elektron apabila terbang dari satu elektrod ke elektrod yang lain dengan beza keupayaan satu volt. Kuanta cahaya mempunyai tenaga ini, dan quanta ultraviolet dengan tenaga yang lebih tinggi sudah mampu merosakkan molekul DNA. Sinaran atau zarah dengan tenaga megaelektronvolt mengiringi tindak balas nuklear dan, sebagai tambahan, ia sendiri mampu menyebabkannya.

Penyinaran sedemikian sepadan dengan tenaga yang diserap (dengan mengandaikan bahawa semua tenaga diserap oleh kulit) berpuluh-puluh joule. Selain itu, tenaga ini bukan sahaja akan datang dalam bentuk haba, tetapi mungkin sebahagiannya digunakan untuk memulakan tindak balas nuklear dalam bahan kapal dengan pembentukan isotop jangka pendek: dengan kata lain, lapisan akan menjadi radioaktif.

Beberapa proton kejadian dan nukleus helium boleh dipesongkan oleh medan magnet dan sinaran sekunder boleh dilindungi oleh cangkerang kompleks yang terdiri daripada banyak lapisan, tetapi masalah ini juga belum mempunyai penyelesaian. Di samping itu, kesukaran asas dalam bentuk "bahan mana yang paling kurang dimusnahkan oleh penyinaran" pada peringkat servis kapal dalam penerbangan akan bertukar menjadi masalah tertentu - "bagaimana untuk membuka empat bolt 25 dalam petak dengan latar belakang lima puluh millisieverts setiap jam."

Mari kita ingat bahawa semasa pembaikan terakhir teleskop Hubble, angkasawan pada mulanya gagal membuka skru empat bolt yang menahan salah satu kamera. Selepas berunding dengan Bumi, mereka menggantikan kunci pengehad tork dengan kunci biasa dan menggunakan kekerasan. Bolt dialih keluar dari tempatnya, kamera berjaya diganti. Sekiranya bolt yang tersangkut telah dikeluarkan, ekspedisi kedua akan menelan belanja setengah bilion dolar AS. Atau ia tidak akan berlaku sama sekali.

Adakah terdapat sebarang penyelesaian?

Dalam fiksyen sains (selalunya lebih fantasi daripada sains), perjalanan antara bintang dicapai melalui "terowong subangkasa". Secara formal, persamaan Einstein, yang menerangkan geometri ruang-masa bergantung kepada jisim dan tenaga yang diagihkan dalam ruang-masa ini, membenarkan sesuatu yang serupa - hanya anggaran kos tenaga yang lebih menyedihkan daripada anggaran jumlah bahan api roket untuk penerbangan ke Proxima Centauri. Bukan sahaja anda memerlukan banyak tenaga, tetapi juga ketumpatan tenaga mestilah negatif.

Persoalan sama ada mungkin untuk mencipta "lubang cacing" yang stabil, besar dan bertenaga mungkin terikat kepada soalan asas mengenai struktur Alam Semesta secara keseluruhan. Salah satu masalah yang tidak dapat diselesaikan dalam fizik ialah ketiadaan graviti dalam apa yang dipanggil Model Standard, teori yang menerangkan tingkah laku zarah asas dan tiga daripada empat interaksi fizikal asas. Sebilangan besar ahli fizik agak ragu-ragu bahawa dalam teori kuantum graviti akan ada tempat untuk "melompat melalui ruang besar" antara bintang, tetapi, secara tegasnya, tiada siapa yang melarang cuba mencari penyelesaian untuk penerbangan ke bintang.