Kosmonautyka w Rosji w dużej mierze dziedziczy programy kosmiczne Związku Radzieckiego. Głównym organem zarządzającym przemysłem kosmicznym w Rosji jest państwowa korporacja Roscosmos.
Organizacja ta kontroluje szereg przedsiębiorstw, a także towarzystw naukowych, z których zdecydowana większość powstała w czasach sowieckich. Pomiędzy nimi:
- Centrum kontroli misji. Dział badawczy Instytutu Inżynierii Mechanicznej (FGUP TsNIIMash). Założona w 1960 roku z siedzibą w mieście naukowym o nazwie Korolew. Do zadań MCC należy kontrola i zarządzanie lotami statków kosmicznych, które mogą być obsługiwane jednocześnie w ilości do dwudziestu pojazdów. Ponadto MCC prowadzi obliczenia i badania mające na celu poprawę jakości sterowania aparaturą oraz rozwiązywanie niektórych problemów z zakresu sterowania.
- Star City to zamknięte osiedle typu miejskiego, które zostało założone w 1961 roku na terenie rejonu Szczelkowskiego. Jednak w 2009 roku została wydzielona w osobną dzielnicę i usunięta ze Szczelkowa. Na terenie 317,8 hektarów znajdują się budynki mieszkalne dla całego personelu, pracowników Roskosmosu i ich rodzin, a także wszystkich kosmonautów, którzy również przechodzą szkolenie kosmiczne w CTC. W 2016 roku liczba mieszkańców miasta wynosi ponad 5600.
- Ośrodek szkolenia kosmonautów imienia Jurija Gagarina. Założona w 1960 roku i zlokalizowana w Star City. Szkolenie kosmonautów zapewnia szereg symulatorów, dwie wirówki, laboratorium lotnicze oraz trzykondygnacyjne laboratorium wodne. Ta ostatnia umożliwia stworzenie warunków nieważkości podobnych do tych na ISS. W tym przypadku używany jest pełnowymiarowy układ stacji kosmicznej.
- Kosmodrom Bajkonur. Został założony w 1955 roku na obszarze 6717 km² w pobliżu miasta Kazaly w Kazachstanie. Obecnie jest dzierżawiony przez Rosję (do 2050 r.) i jest liderem pod względem liczby startów - 18 rakiet w 2015 r., o jeden start za nimi jest Cape Canaveral, a kosmodrom Kourou (ESA, Francja) ma 12 startów rocznie. Na utrzymanie kosmodromu składają się dwie kwoty: czynsz - 115 mln dolarów, utrzymanie - 1,5 mld dolarów.
- Kosmodrom Wostocznyj zaczął powstawać w 2011 roku w regionie Amur, w pobliżu miasta Ciołkowski. Oprócz stworzenia drugiego Bajkonuru w Rosji, Wostoczny jest również przeznaczony do lotów komercyjnych. Port kosmiczny znajduje się w pobliżu rozwiniętych węzłów kolejowych, autostrad i lotnisk. Ponadto, dzięki udanej lokalizacji Wostocznego, oddzielone części rakiet nośnych spadną na tereny słabo zaludnione lub nawet na wody neutralne. Koszt stworzenia kosmodromu wyniesie około 300 miliardów rubli, jedna trzecia tej kwoty została wydana w 2016 roku. 28 kwietnia 2016 roku odbył się pierwszy start rakiety, który wyniósł na orbitę okołoziemską trzy satelity. Start załogowego statku kosmicznego zaplanowano na 2023 rok.
- Kosmodrom „Plesieck”. Założona w 1957 roku w pobliżu miasta Mirny w obwodzie archangielskim. Zajmuje 176 200 hektarów. „Plesetsk” jest przeznaczony do wystrzeliwania strategicznych systemów obronnych, bezzałogowych kosmicznych pojazdów naukowych i komercyjnych. Pierwszy start z kosmodromu miał miejsce 17 marca 1966 r., kiedy to wystrzelono rakietę nośną Wostok-2 z satelitą Kosmos-112 na pokładzie. W 2014 roku miał miejsce start najnowszej rakiety nośnej o nazwie Angara.
Start z kosmodromu Bajkonur
Chronologia rozwoju kosmonautyki krajowej
Początek rodzimej kosmonautyki datuje się na rok 1946, kiedy to powołano Doświadczalne Biuro Projektowe nr 1, którego celem jest rozwój pocisków balistycznych, rakiet nośnych i satelitów. W latach 1956-1957 w ramach prac Biura zaprojektowano rakietę nośną, międzykontynentalny pocisk balistyczny R-7, za pomocą której 4 października 1957 r. wystrzelono na orbitę ziemską pierwszego sztucznego satelitę Sputnik-1. Start odbył się w miejscu badawczym Tyura-Tam, które zostało zaprojektowane specjalnie do tego celu i które później zostanie nazwane Bajkonur.
3 listopada 1957 roku wystrzelono drugiego satelitę, tym razem z żywą istotą na pokładzie - psem Łajką.
Łajka jest pierwszą żywą istotą, która okrążyła Ziemię
Od 1958 roku w ramach programu o tej samej nazwie zaczęto badać starty międzyplanetarnych stacji kompaktowych. 12 września 1959 roku po raz pierwszy ludzki statek kosmiczny ("Luna-2") dotarł do powierzchni innego ciała kosmicznego - Księżyca. Niestety „Luna-2” spadła na powierzchnię Księżyca z prędkością 12 000 km/h, w wyniku czego struktura natychmiast przeszła w stan gazowy. W 1959 roku Luna-3 wykonała zdjęcia drugiej strony Księżyca, co pozwoliło ZSRR nazwać większość elementów krajobrazu.
Tego dnia w 1972 roku prezydent USA Richard Nixon zatwierdził program tworzenia NASA statek kosmiczny wielokrotnego użytku. Nasz przegląd poświęcony jest najciekawszym i najbardziej niezwykłym projektom statków tej klasy z całego świata.
Boeinga X-20 Dyna Soar
Pierwszy statek kosmiczny wielokrotnego użytku został opracowany w USA w 1963 roku. Projekt Boeing X-20 Dyna-Soar był wielozadaniowym wojskowym samolotem orbitalnym. Dyna-Soar był wówczas najbardziej innowacyjnym projektem kosmicznym, ale budowa pierwszych maszyn wkrótce została wstrzymana i projekt został zamknięty.
Spirala
W połowie lat 60. rozwój projektu Spiral rozpoczął się w ZSRR w odpowiedzi na amerykański Dyna-Soar. Założono, że samolot orbitalny zostanie rozpędzony przez samolot pasażerski do prędkości około 6 Machów. W 1969 roku rozwój został wstrzymany i kontynuowany do połowy lat 70-tych. Loty testowe przeprowadzono na poddźwiękowym MiG-105.11, ale wkrótce projekt został całkowicie zamknięty.
prom kosmiczny
Pierwszy prom w ramach legendarnego programu Space Shuttle został wystrzelony 12 kwietnia 1981 roku. Projekt maszyny składał się z trzech etapów: dopalaczy rakiet na paliwo stałe wielokrotnego użytku, zbiornika paliwa z ciekłym wodorem i tlenem oraz samego orbitera. Zgodnie z koncepcją inżynierów promy miały dostarczać ładunki między Ziemią a stacjami orbitalnymi. W całej historii programu dostarczono około 1400 ton różnych ładunków. Program zakończył się w 2011 roku. W sumie wykonano 135 startów pięciu wahadłowców: Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis i Endeavour. Columbia i Challenger zginęły w katastrofach.
Buran
W odpowiedzi na amerykański wahadłowiec rozwój programu Energia-Buran rozpoczął się w Związku Radzieckim w 1976 roku. Pierwszy i jedyny lot w ramach tego programu odbył się 15 listopada 1988 roku bez udziału pilotów. W 1993 roku program został oficjalnie zamknięty.
Świt
W latach 1985-1989 w Związku Radzieckim prowadzono rozwój statku kosmicznego wielokrotnego użytku Zarya. W 1987 roku powstał wstępny projekt maszyny. Głównym wyróżnikiem spośród innych okrętów tamtych czasów była mechanika lądowania wykorzystująca silniki odrzutowe. Jednak z powodu cięć finansowych projekt został wstrzymany.
Awatara
Program Indian Avatar został ogłoszony w maju 1998 roku. Według inżynierów maszyna zapewni najtańszy możliwy transport towarów na orbitę. Avatar będzie używał konwencjonalnych lotnisk do startów i lądowań. Budowę pierwszego prototypu statku kosmicznego prowadzi prywatna firma CIM Technologies.
Skylon
Brytyjski projekt Skylon firmy Reaction Engines Limited rozpoczął się w 2000 roku. Obecnie stara się o dofinansowanie. Według inżynierów statki systemu Skylon znacznie obniżą koszty transportu towarów na orbitę bliską Ziemi. Statek kosmiczny będzie w stanie przewieźć około 200 ton ładunku. W 2013 roku rząd brytyjski zgodził się przekazać 60 milionów funtów na wsparcie projektu.
Shenlun
Chiński Shenlun wielokrotnego użytku (smok samolotu kosmicznego) jest rozwijany od początku XXI wieku. Zostanie wystrzelony z bombowca H-6K. Dragon wykonał swój pierwszy lot suborbitalny 8 stycznia 2011 roku.
rosyjski
W 2009 roku RSC Energia rozpoczęła rozwój kosmicznego systemu transportowego Rusi. Statek będzie zaangażowany w dostarczanie towarów na orbitę i zapewnianie bezpieczeństwa w przestrzeni powietrznej. Ponadto moduł będzie wykonywał loty na Księżyc. Testy bezzałogowe rozpoczną się w 2018 roku.
MAKS
Rozwój projektu rozpoczął się w 1980 roku i przyciągnął uwagę wielu ekspertów, ale jego rozwój nabrał rozpędu dopiero w 2012 roku. W tej chwili opracowywane są wahadłowce do startu z lotniskowców M-55 „Geofizyka” i ZM-T. Projekt MAKS zakłada wystrzelenie na orbitę turystów i małych ładunków komercyjnych.
W listopadzie ubiegłego roku podczas TVIW (warsztatów astronomicznych w Tennessee poświęconych podróżom międzygwiezdnym) Rob Sweeney – były dowódca eskadry Królewskich Sił Powietrznych, inżynier i mgr kierujący projektem Icarus – przedstawił raport z ostatnich prac nad projektem. Sweeney odświeżył opinię publiczną na temat historii Ikara, od zainspirowania się ideami projektu Daedalus przedstawionymi w raporcie BIS (British Interplanetary Society – najstarszej organizacji wspierającej badania kosmiczne) w 1978 r., po wspólną decyzję BIS i entuzjastów Tau Zero firma wznowiła badania w 2009 roku, a do ostatniej wiadomości o projekcie, datowanej na 2014 rok.
Pierwotny projekt z 1978 roku miał prosty, ale trudny do zrealizowania cel – odpowiedzieć na pytanie postawione przez Enrique Fermiego: „Jeśli istnieje inteligentne życie poza Ziemią i możliwe są loty międzygwiezdne, to dlaczego nie ma dowodów na istnienie innych obcych cywilizacji ?". Badania Daedalus koncentrowały się na opracowaniu projektu międzygwiezdnego statku kosmicznego przy użyciu istniejącej technologii w rozsądnych ekstrapolacjach. A wyniki pracy zagrzmiały w całym świecie naukowym: stworzenie takiego statku jest naprawdę możliwe. Raport z projektu został poparty szczegółowym planem statku wykorzystującego syntezę termojądrową deuter-hel-3 z wcześniej zebranych granulek. Dedal służył następnie jako punkt odniesienia dla wszystkich późniejszych postępów w podróżach międzygwiezdnych przez 30 lat.
Jednak po tak długim czasie konieczne było dokonanie przeglądu przyjętych w Dedalu pomysłów i rozwiązań technicznych, aby ocenić, jak przetrwały próbę czasu. Ponadto w tym okresie dokonano nowych odkryć, zgodna z nimi zmiana projektu poprawiłaby ogólne osiągi statku. Organizatorom zależało również na zainteresowaniu młodszego pokolenia astronomią i budową międzygwiezdnych stacji kosmicznych. Nowy projekt został nazwany na cześć Ikara, syna Dedala, co pomimo negatywnej konotacji nazwy odpowiadało pierwszym słowom w raporcie z 78. roku:
„Mamy nadzieję, że ten wariant zastąpi przyszły projekt, podobny do Ikara, który będzie odzwierciedlał najnowsze odkrycia i nowinki techniczne, dzięki czemu Ikar może osiągnąć wyżyny, których nie zdobył jeszcze Dedal. Mamy nadzieję, że dzięki rozwojowi naszych pomysłów nadejdzie dzień, w którym ludzkość dosłownie dotknie gwiazd.”
Tak więc Ikar powstał właśnie jako kontynuacja Dedala. Wskaźniki starego projektu do dziś wyglądają bardzo obiecująco, ale nadal wymagają sfinalizowania i aktualizacji:
1) Dedal używał relatywistycznych wiązek elektronów do kompresji peletek paliwa, ale późniejsze badania wykazały, że ta metoda nie była w stanie zapewnić niezbędnego impulsu. Zamiast tego wiązki jonów są używane w laboratoriach do syntezy termojądrowej. Jednak taki błąd w obliczeniach, który kosztował National Fusion Complex 20 lat działalności i 4 miliardy dolarów, pokazał trudność w radzeniu sobie z syntezą jądrową nawet w idealnych warunkach.
2) Główną przeszkodą dla Dedala jest Hel-3. Nie występuje na Ziemi, dlatego musi być wydobywany z gazowych olbrzymów odległych od naszej planety. Ten proces jest zbyt kosztowny i skomplikowany.
3) Kolejnym problemem, który będzie musiał rozwiązać Ikar, jest mariaż informacji o reakcjach jądrowych. To właśnie brak informacji umożliwił 30 lat temu dokonanie bardzo optymistycznych obliczeń wpływu napromieniowania całego statku promieniami gamma i neutronami, bez których wyzwolenia nie może obejść się silnik termojądrowy.
4) Tryt był używany do zapłonu w pelletach paliwowych, ale z rozpadu jego atomów uwalniało się zbyt dużo ciepła. Bez odpowiedniego układu chłodzenia zapaleniu paliwa towarzyszyć będzie zapalenie się wszystkiego innego.
5) Rozprężenie zbiorników paliwa w wyniku opróżniania może spowodować wybuch w komorze spalania. Aby rozwiązać ten problem, do konstrukcji zbiornika dodano obciążniki, aby zrównoważyć ciśnienie w różnych częściach mechanizmu.
6) Ostatnią trudnością jest konserwacja statku. Zgodnie z projektem statek wyposażony jest w parę robotów podobnych do R2D2, które za pomocą algorytmów diagnostycznych będą identyfikować i naprawiać ewentualne uszkodzenia. Takie technologie wydają się bardzo złożone nawet teraz, w erze komputerów, nie mówiąc już o latach 70.
Nowy zespół projektowy nie ogranicza się już do budowy zwinnego statku. Do badania obiektów Icarus używa sond przewożonych na pokładzie statku. To nie tylko upraszcza zadanie projektantów, ale także znacznie skraca czas badania układów gwiezdnych. Zamiast deuteru-helu-3, nowy statek kosmiczny działa na czystym deuterze-deuterze. Mimo większej emisji neutronów nowe paliwo nie tylko zwiększy wydajność silników, ale także wyeliminuje konieczność wydobywania surowców z powierzchni innych planet. Deuter jest aktywnie wydobywany z oceanów i wykorzystywany w ciężkowodnych elektrowniach jądrowych.
Jednak ludzkość nie była jeszcze w stanie uzyskać kontrolowanej reakcji rozpadu z uwolnieniem energii. Przedłużający się wyścig laboratoriów na całym świecie zajmujących się egzotermiczną syntezą jądrową spowalnia projekt statku. Tak więc kwestia optymalnego paliwa dla statku międzygwiezdnego pozostaje otwarta. Próbując znaleźć rozwiązanie, w 2013 roku odbył się wewnętrzny konkurs jednostek BIS. Zwyciężyła drużyna WWAR Ghost z Uniwersytetu w Monachium. Ich konstrukcja oparta jest na fuzji termojądrowej z wykorzystaniem lasera, co zapewnia szybkie podgrzanie paliwa do wymaganej temperatury.
Mimo oryginalności pomysłu i pewnych posunięć inżynierskich, zawodnicy nie potrafili rozwiązać głównego dylematu – wyboru paliwa. Ponadto zwycięski statek jest ogromny. Jest 4-5 razy większy niż Dedal, a inne metody fuzji mogą wymagać mniej miejsca.
W związku z tym postanowiono wypromować 2 rodzaje silników: oparte na fuzji termojądrowej i oparte na pinch Bennetta (silnik plazmowy). Ponadto, równolegle z deuterem-deuterem, rozważana jest również stara wersja z trytem-helem-3. W rzeczywistości hel-3 daje najlepsze wyniki w każdym rodzaju napędu, więc naukowcy pracują nad sposobami jego uzyskania.
W pracach wszystkich uczestników konkursu można prześledzić ciekawą zależność: niektóre elementy konstrukcyjne (sondy do badań środowiskowych, magazyny paliwa, wtórne systemy zasilania itp.) dowolnego statku pozostają niezmienione. Jednoznacznie można stwierdzić, co następuje:
- Statek będzie gorący. Każdej metodzie spalania któregokolwiek z przedstawionych rodzajów paliwa towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła. Deuter wymaga masywnego systemu chłodzenia ze względu na bezpośrednie uwalnianie energii cieplnej podczas reakcji. Magnetyczny silnik plazmowy będzie wytwarzał prądy wirowe w otaczających metalach, również je ogrzewając. Istnieją już na Ziemi grzejniki o mocy wystarczającej do skutecznego schładzania ciał o temperaturze powyżej 1000 C, pozostaje jeszcze dostosować je do potrzeb i warunków statku kosmicznego.
- Statek będzie kolosalny. Jednym z głównych zadań przydzielonych projektowi Icarus było zmniejszenie rozmiaru, ale z czasem stało się jasne, że reakcje termojądrowe wymagają dużo miejsca. Nawet najmniejsze opcje projektowania masowego ważą dziesiątki tysięcy ton.
- Statek będzie długi. „Dedalus” był bardzo zwarty, każda jego część była połączona z inną, jak lalka gniazdująca. W Ikarze próby zminimalizowania radioaktywnego wpływu na statek doprowadziły do jego wydłużenia (dobrze widać to w projekcie Firefly autorstwa Roberta Freelanda).
Rob Sweeney powiedział, że do projektu Icarus dołączyła grupa z Drexel University. „Nowi przybysze” lansują pomysł wykorzystania PJMIF (układu opartego na strumieniu plazmy za pomocą magnesów, przy czym plazma jest rozwarstwiona, zapewniając warunki do reakcji jądrowych). Ta zasada jest obecnie najskuteczniejsza. W rzeczywistości jest to symbioza dwóch metod reakcji jądrowych, zawiera wszystkie zalety inercyjnej i magnetycznej syntezy termojądrowej, takie jak zmniejszenie masy struktury i znaczne obniżenie kosztów. Ich projekt nazywa się Zeus.
Po tym spotkaniu odbyło się TVIW, gdzie Sweeney ustalił wstępną datę zakończenia projektu Icarus na sierpień 2015 r. Raport końcowy będzie zawierał odniesienia do modyfikacji starych projektów Daedalus i innowacji w całości stworzonych przez nowy zespół. Seminarium zakończył monolog Roba Sweeneya, w którym powiedział: „Tajemnice Wszechświata czekają na nas gdzieś tam! Czas stąd wyjść!"
W 2011 roku Stany Zjednoczone znalazły się bez pojazdów kosmicznych zdolnych do wyniesienia człowieka na niską orbitę okołoziemską. Teraz amerykańscy inżynierowie projektują więcej nowych załogowych statków kosmicznych niż kiedykolwiek wcześniej, a prywatni prym wiodą, co oznacza, że eksploracja kosmosu stanie się znacznie tańsza. W tym artykule porozmawiamy o siedmiu zaprojektowanych pojazdach, a jeśli przynajmniej niektóre z tych projektów zostaną zrealizowane, nadejdzie nowy złoty wiek w astronautyce załogowej.
- Typ: kapsuła mieszkalna Twórca: Space Exploration Technologies / Elon Musk
- Data wprowadzenia: 2015 r
- Miejsce docelowe: loty na orbitę (do ISS)
- Szanse powodzenia: bardzo dobre
Kiedy Elon Musk założył w 2002 roku swoją firmę Space Exploration Technologies, czyli SpaceX, sceptycy nie widzieli w tym żadnych perspektyw. Jednak do 2010 roku jego startup stał się pierwszym prywatnym przedsiębiorstwem, któremu udało się powtórzyć to, co do tej pory było diecezją państwową. Rakieta Falcon 9 wyniosła na orbitę bezzałogową kapsułę Dragon.
Kolejnym krokiem w podróży Muska w kosmos jest opracowanie pojazdu Dragon wielokrotnego użytku, który może przewozić ludzi na pokładzie. Będzie nosił nazwę DragonRider i jest przeznaczony do lotów na ISS. Korzystając z innowacyjnego podejścia zarówno w zakresie projektowania, jak i eksploatacji, SpaceX twierdzi, że transport pasażerów będzie kosztował tylko 20 milionów dolarów na miejsce pasażera (siedzenie pasażera w rosyjskim Sojuzie kosztuje dziś Stany Zjednoczone 63 miliony dolarów).
Droga do kapsuły załogowej
Ulepszone wnętrze
Kapsuła będzie wyposażona dla siedmioosobowej załogi. Już wewnątrz wersji bezzałogowej utrzymuje się ciśnienie gruntu, więc nie będzie trudno przystosować ją do przebywania ludzi.
Szersze iluminatory
Za ich pośrednictwem astronauci będą mogli obserwować proces dokowania do ISS. W przyszłych modyfikacjach kapsuły - z możliwością lądowania na prądzie strumieniowym - wymagany będzie jeszcze szerszy widok.
Dodatkowe silniki wytwarzające 54 tony ciągu do awaryjnego wyniesienia na orbitę w przypadku awarii rakiety nośnej.
Dream Chaser - potomek promu kosmicznego
- Typ: rakietowy samolot kosmiczny Twórca: Sierra Nevada Space Systems
- Planowany start na orbitę: 2017 r
- Przeznaczenie: loty orbitalne
- Szanse powodzenia: dobre
Oczywiście samoloty kosmiczne mają pewne zalety. W przeciwieństwie do konwencjonalnej kapsuły pasażerskiej, która wpadając w atmosferę może tylko nieznacznie skorygować trajektorię, wahadłowce są w stanie wykonywać manewry podczas opadania, a nawet zmieniać lotnisko docelowe. Ponadto po krótkim serwisie można je ponownie wykorzystać. Jednak wypadki dwóch amerykańskich wahadłowców pokazały, że samoloty kosmiczne nie są bynajmniej idealnym środkiem do wypraw orbitalnych. Po pierwsze, przewożenie ładunku tymi samymi pojazdami co załogi jest drogie, ponieważ używając wyłącznie statku towarowego, można zaoszczędzić na systemach bezpieczeństwa i podtrzymywania życia.
Po drugie, mocowanie wahadłowca do burt dopalaczy i zbiornika paliwa zwiększa ryzyko uszkodzeń spowodowanych przypadkowym spadnięciem elementów tych konstrukcji, co spowodowało śmierć wahadłowca Columbia. Jednak Sierra Nevada Space Systems zarzeka się, że będzie w stanie wybielić reputację orbitalnego samolotu kosmicznego. Aby to zrobić, ma Dream Chaser - skrzydlaty pojazd do dostarczania załóg na stację kosmiczną. Już teraz firma walczy o kontrakty z NASA. Projekt Dream Chaser pozbył się głównych niedociągnięć charakterystycznych dla starych promów kosmicznych. Po pierwsze, teraz zamierzają osobno przewozić ładunek i załogi. Po drugie, teraz statek zostanie zamontowany nie z boku, ale na szczycie rakiety nośnej Atlas V. Jednocześnie zachowane zostaną wszystkie zalety wahadłowców.
Loty suborbitalne aparatu zaplanowane są na 2015 rok, a wyniesienie go na orbitę nastąpi dwa lata później.
Jak jest w środku?
Na tym urządzeniu siedem osób może jednocześnie polecieć w kosmos. Statek startuje na szczycie rakiety.
W danym miejscu odłącza się od lotniskowca, a następnie może zacumować do portu dokującego stacji kosmicznej.
Dream Chaser jeszcze nigdy nie poleciał w kosmos, ale jest już gotowy, przynajmniej do startów. Ponadto został zrzucony z helikopterów, testując możliwości aerodynamiczne statku.
Nowy Shepard - Tajny statek Amazonki
- Typ: kapsuła mieszkalna Twórca: Blue Origin / Jeff Bezos
- Data premiery: nieznana
- Szanse powodzenia: dobre
Jeff Bezos, 49-letni założyciel Amazon.com i miliarder z wizją przyszłości, od ponad dekady realizuje tajne plany eksploracji kosmosu. Ze swojego 25-miliardowego majątku Bezos zainwestował już wiele milionów w śmiałe przedsięwzięcie, które nazwano Blue Origin. Jego statek wystartuje z eksperymentalnej platformy startowej zbudowanej (oczywiście za zgodą FAA) w odległym zakątku zachodniego Teksasu.
W 2011 roku firma opublikowała materiał filmowy pokazujący przygotowanie do testów stożkowego systemu rakietowego New Shepard. Wznosi się pionowo na wysokość półtora setki metrów, wisi tam przez chwilę, a następnie płynnie opada na ziemię za pomocą strumienia strumieniowego. Według projektu, w przyszłości rakieta nośna będzie mogła po wyrzuceniu kapsuły na wysokość suborbitalną samodzielnie powrócić na kosmodrom za pomocą własnego silnika. Jest to znacznie bardziej ekonomiczny schemat niż łapanie używanego etapu w oceanie po wodowaniu.
Po tym, jak przedsiębiorca internetowy Jeff Bezos założył w 2000 roku swoją firmę kosmiczną, przez trzy lata utrzymywał jej istnienie w tajemnicy. Firma wystrzeliwuje swoje eksperymentalne pojazdy (takie jak kapsuła na zdjęciu) z prywatnego portu kosmicznego w zachodnim Teksasie.
System składa się z dwóch części.
Kapsuła dla załogi, w której utrzymuje się normalne ciśnienie atmosferyczne, oddziela się od lotniskowca i leci na wysokość 100 km. Silnik podtrzymujący pozwala rakiecie na pionowe lądowanie w pobliżu wyrzutni. Sama kapsuła jest następnie zwracana na ziemię za pomocą spadochronu.
Pojazd startowy podnosi urządzenie z platformy startowej.
SpaceShipTwo — pionier w branży turystycznej
- Typ: statek kosmiczny wystrzeliwany z samolotu z lotniskowca Utworzony przez: Virgin Galactic /
- Richarda Bransona
- Data uruchomienia: planowana na 2014 rok
- Przeznaczenie: loty suborbitalne
- Szanse powodzenia: bardzo dobre
Pierwszy z pojazdów SpaceShipTwo podczas próbnego lotu szybowcowego. W przyszłości powstaną jeszcze cztery takie same aparaty, które zaczną przewozić turystów. Na lot zapisało się już 600 osób, w tym takie gwiazdy jak Justin Bieber, Ashton Kutcher czy Leonardo DiCaprio.
Zbudowany przez słynnego projektanta Burta Rutana we współpracy z potentatem Richardem Bransonem, właścicielem Virgin Group, statek położył podwaliny pod przyszłość turystyki kosmicznej. Dlaczego nie wyrzucić wszystkich w kosmos? Nowa wersja tego urządzenia będzie mogła pomieścić sześciu turystów i dwóch pilotów. Podróż w kosmos składać się będzie z dwóch części. Najpierw wieża samolotu WhiteKnightTwo (jej długość to 18 m, a rozpiętość skrzydeł to 42) uniesie aparat SpaceShipTwo na wysokość 15 km.
Następnie rakieta oddzieli się od lotniskowca, uruchomi własne silniki i wystrzeli w kosmos. Na wysokości 108 km pasażerowie będą mieli doskonały widok na krzywiznę powierzchni ziemi i pogodną poświatę ziemskiej atmosfery - a wszystko to na tle czarnych kosmicznych głębin. Bilet wart ćwierć miliona dolarów pozwoli podróżnym cieszyć się nieważkością, ale tylko przez cztery minuty.
Inspiracja Mars - Pocałunek nad Czerwoną Planetą
- Typ: transport międzyplanetarny Twórca: Inspiration Mars Foundation / Dennis Tito
- Data premiery: 2018 r
- Cel: lot na Marsa
- Szanse powodzenia: wątpliwe
Miesiąc miodowy (trwający półtora roku) w wyprawie międzyplanetarnej? Fundusz Inspiration Mars, prowadzony przez byłego inżyniera NASA, specjalistę ds. inwestycji i pierwszego kosmicznego turysty Dennisa Tito, chce zaoferować tę możliwość wybranej parze. Grupa Tito spodziewa się skorzystać z wyrównania planet, które nastąpi w 2018 roku (zdarza się to raz na 15 lat). „Parada” pozwoli na przelot z Ziemi na Marsa i powrót po swobodnej trajektorii powrotnej, czyli bez spalania dodatkowego paliwa. W przyszłym roku Inspiration Mars rozpocznie przyjmowanie zgłoszeń na 501-dniową wyprawę.
Statek będzie musiał lecieć w odległości 150 km od powierzchni Marsa. Do udziału w locie ma wybrać parę małżeńską – ewentualnie nowożeńców (ważna jest kwestia zgodności psychologicznej). "Inspiration Mars Foundation szacuje, że będzie musiała zebrać 1-2 miliardy dolarów. Kładziemy podwaliny pod rzeczy, które wcześniej wydawały się po prostu nie do pomyślenia, takie jak, powiedzmy, podróż na inne planety" - mówi Marco Cáceres, szef badań kosmicznych w turkusowa grupa.
- Typ: samolot kosmiczny zdolny do samodzielnego startu Twórca: XCOR Aerospace
- Planowana data premiery: 2014 rok
- Przeznaczenie: loty suborbitalne
- Szanse powodzenia: całkiem dobre
Kalifornijska firma XCOR Aerospace (z siedzibą w Mojave) uważa, że ma klucz do najtańszych lotów suborbitalnych. Firma już sprzedaje bilety na swojego 9-metrowego Lynxa, który mieści tylko dwóch pasażerów. Bilety kosztują 95 tysięcy dolarów.
W przeciwieństwie do innych samolotów kosmicznych i kapsuł pasażerskich, Lynx nie potrzebuje dopalacza, aby polecieć w kosmos. Dzięki uruchomieniu specjalnie zaprojektowanych do tego projektu silników odrzutowych (będą one spalać naftę z ciekłym tlenem), Ryś wystartuje z pasa startowego w kierunku poziomym, jak zwykły samolot, i dopiero po przyspieszeniu wzniesie się stromo po swojej kosmicznej trajektorii . Pierwszy lot testowy urządzenia może odbyć się w najbliższych miesiącach.
Start: samolot kosmiczny przyspiesza wzdłuż pasa startowego.
Wspinaczka: po osiągnięciu prędkości 2,9 Macha wspina się stromo.
Cel: Około 3 minuty po starcie silniki wyłączyły się. Samolot porusza się po trajektorii parabolicznej podczas lotu w przestrzeni suborbitalnej.
Powrót do gęstych warstw atmosfery i lądowanie.
Urządzenie stopniowo zwalnia, zataczając kręgi po spirali w dół.
Orion - Kapsuła pasażerska dla dużej firmy
- Typ: załogowy statek kosmiczny do podróży międzygwiezdnych
- Twórca: NASA / Kongres USA
- Data uruchomienia: 2021-2025
NASA już bez żalu przyznała loty na orbitę okołoziemską prywatnym firmom, ale agencja nie zrezygnowała jeszcze ze swoich roszczeń do głębokiego kosmosu. Być może na planety i asteroidy poleci wielozadaniowy, nadający się do zamieszkania aparat Oriona. Będzie się składał z kapsuły zadokowanej modułem, w której z kolei znajdzie się elektrownia z zapasem paliwa, a także część mieszkalna. Pierwszy lot testowy kapsuły odbędzie się w 2014 roku. Zostanie wystrzelona w kosmos przez 70-metrową rakietę nośną Delta, po czym kapsuła musi wrócić do atmosfery i wylądować na wodach Oceanu Spokojnego.
Na potrzeby długodystansowych wypraw, do których przygotowuje się Oriona, ponoć powstanie też nowa rakieta. Obiekty NASA w Huntsville w Alabamie już pracują nad nową 98-metrową rakietą Space Launch System. Ten superciężki pojazd powinien być gotowy do czasu (i jeśli) astronauci NASA polecą na Księżyc, na jakąś asteroidę lub nawet dalej. „Coraz częściej myślimy o Marsie”, mówi Dan Dumbacher, dyrektor Wydziału Inżynierii Systemów Eksploracyjnych NASA, „jako nasz główny cel”. To prawda, niektórzy krytycy twierdzą, że takie twierdzenia są nieco przesadne. Projektowany system jest tak ogromny, że NASA będzie mogła go używać nie częściej niż raz na dwa lata, ponieważ jedno uruchomienie będzie kosztować 6 miliardów dolarów.
Kiedy człowiek postawi stopę na asteroidzie?
W 2025 roku NASA planuje wysłać astronautów w statku kosmicznym Orion na jedną z asteroid znajdujących się w pobliżu Ziemi - 1999AO10. Podróż powinna zająć pięć miesięcy.
Start: Orion z czteroosobową załogą wystartuje z Cape Canaveral na Florydzie.
Lot: Po pięciu dniach lotu Orion, wykorzystując siłę grawitacji Księżyca, zawróci wokół niego i skieruje się w stronę 1999AO10.
Spotkanie: astronauci polecą na asteroidę dwa miesiące po starcie. Na jej powierzchni spędzą dwa tygodnie, ale o prawdziwym lądowaniu nie ma mowy, bo ta kosmiczna skała ma za małą grawitację. Zamiast tego członkowie załogi po prostu przyczepialiby swój statek do powierzchni asteroidy i zbierali próbki minerałów.
Powrót: Ponieważ asteroida 1999AO10 przez cały ten czas stopniowo zbliżała się do Ziemi, podróż powrotna będzie nieco krótsza. Po wejściu na orbitę okołoziemską kapsuła oddzieli się od statku i zanurzy się w oceanie.
Nowoczesne silniki rakietowe dobrze radzą sobie z zadaniem wystrzelenia sprzętu na orbitę, ale zupełnie nie nadają się do długotrwałych podróży kosmicznych. Dlatego od ponad dekady naukowcy pracują nad stworzeniem alternatywnych silników kosmicznych, które mogłyby rozpędzić statki do rekordowych prędkości. Przyjrzyjmy się siedmiu głównym pomysłom z tego obszaru.
EmDrive
Aby się poruszyć, musisz się od czegoś odepchnąć - ta zasada jest uważana za jeden z niewzruszonych filarów fizyki i astronautyki. Od czego dokładnie się odpychać – od ziemi, wody, powietrza czy strumienia gazu, jak w przypadku silników rakietowych – nie jest tak ważne.
Dobrze znany eksperyment myślowy: wyobraź sobie, że astronauta wyruszył w kosmos, ale kabel łączący go ze statkiem nagle pękł i mężczyzna zaczyna powoli odlatywać. Ma tylko skrzynkę z narzędziami. Jakie są jego działania? Prawidłowa odpowiedź: musi wyrzucić narzędzia ze statku. Zgodnie z zasadą zachowania pędu, człowiek zostanie odrzucony od narzędzia z dokładnie taką samą siłą, z jaką narzędzie jest od niego odrzucone, więc będzie stopniowo przesuwał się w kierunku statku. To jest napęd odrzutowy - jedyny możliwy sposób poruszania się w pustej przestrzeni. To prawda, że \u200b\u200bEmDrive, jak pokazują eksperymenty, ma pewne szanse obalić to niezachwiane stwierdzenie.
Twórcą tego silnika jest brytyjski inżynier Roger Schaer, który w 2001 roku założył własną firmę Satellite Propulsion Research. Konstrukcja EmDrive jest bardzo ekstrawagancka i ma kształt metalowego wiadra, uszczelnionego na obu końcach. Wewnątrz tego kubełka znajduje się magnetron, który emituje fale elektromagnetyczne - takie same jak w konwencjonalnej kuchence mikrofalowej. I okazuje się, że wystarczy, aby stworzyć bardzo mały, ale dość zauważalny ciąg.
Sam autor tłumaczy działanie swojego silnika różnicą ciśnień promieniowania elektromagnetycznego na różnych końcach „wiadra” – na wąskim końcu jest ono mniejsze niż na szerokim. Tworzy to pchnięcie skierowane w stronę wąskiego końca. Możliwość takiej pracy silnika była dyskutowana nie raz, ale we wszystkich eksperymentach instalacja Shaera wykazuje obecność ciągu w zamierzonym kierunku.
Wśród eksperymentatorów, którzy testowali „wiaderko” Schaera, znalazły się takie organizacje jak NASA, Uniwersytet Techniczny w Dreźnie i Chińska Akademia Nauk. Wynalazek był testowany w różnych warunkach, w tym w próżni, gdzie wykazywał siłę ciągu 20 mikroniutonów.
To bardzo mało w porównaniu z chemicznymi silnikami odrzutowymi. Ale biorąc pod uwagę, że silnik Shaera może działać przez dowolnie długi czas, ponieważ nie potrzebuje zapasu paliwa (baterie słoneczne mogą dostarczać magnetron), jest potencjalnie zdolny do przyspieszenia statku kosmicznego do ogromnych prędkości, mierzonych jako procent prędkości światła.
Aby w pełni udowodnić sprawność silnika, konieczne jest przeprowadzenie znacznie większej liczby pomiarów i pozbycie się skutków ubocznych, które mogą generować np. zewnętrzne pola magnetyczne. Jednak alternatywne możliwe wyjaśnienia anomalnego ciągu silnika Shaera, który ogólnie narusza zwykłe prawa fizyki, są już proponowane.
Na przykład przedstawiane są wersje, w których silnik może wytwarzać ciąg w wyniku interakcji z fizyczną próżnią, która na poziomie kwantowym ma niezerową energię i jest wypełniona wirtualnymi cząstkami elementarnymi, które nieustannie się rodzą i znikają. Kto ostatecznie okaże się mieć rację – autorzy tej teorii, sam Shaer czy inni sceptycy, dowiemy się w niedalekiej przyszłości.
żagiel słoneczny
Jak wspomniano powyżej, promieniowanie elektromagnetyczne wywiera ciśnienie. Oznacza to, że teoretycznie można go przekształcić w ruch – na przykład za pomocą żagla. Tak jak statki z minionych wieków łapały w żagle wiatr, tak statki kosmiczne przyszłości będą łapały w żagle słońce lub jakiekolwiek inne światło gwiazd.
Problem polega jednak na tym, że ciśnienie światła jest niezwykle niskie i maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła. Dlatego, aby był skuteczny, taki żagiel musi mieć bardzo niską wagę i bardzo dużą powierzchnię. A to zwiększa ryzyko zniszczenia całej konstrukcji, gdy napotka ona asteroidę lub inny obiekt.
Próby budowy i wystrzelenia żaglowców słonecznych w kosmos już miały miejsce - w 1993 roku Rosja przetestowała żagiel słoneczny na statku kosmicznym Progress, aw 2010 roku Japonia z powodzeniem przetestowała go w drodze na Wenus. Ale żaden statek nie używał jeszcze żagla jako głównego źródła przyspieszenia. Nieco bardziej obiecujący pod tym względem jest inny projekt – żagiel elektryczny.
żagiel elektryczny
Słońce emituje nie tylko fotony, ale także naładowane elektrycznie cząstki materii: elektrony, protony i jony. Wszystkie tworzą tzw. wiatr słoneczny, który co sekundę unosi z powierzchni gwiazdy około miliona ton materii.
Wiatr słoneczny rozciąga się na miliardy kilometrów i jest odpowiedzialny za niektóre zjawiska naturalne na naszej planecie: burze geomagnetyczne i zorzę polarną. Ziemia jest chroniona przed wiatrem słonecznym przez własne pole magnetyczne.
Wiatr słoneczny, podobnie jak wiatr powietrzny, jest całkiem odpowiedni do podróżowania, wystarczy sprawić, by wiał w żagle. Projekt żagla elektrycznego, stworzony w 2006 roku przez fińskiego naukowca Pekkę Janhunena, na zewnątrz ma niewiele wspólnego z żaglem słonecznym. Silnik ten składa się z kilku długich, cienkich linek, przypominających szprychy koła bez obręczy.
Dzięki wyrzutowi elektronowemu emitowanemu przeciwnie do kierunku jazdy, kable te uzyskują dodatnio naładowany potencjał. Ponieważ masa elektronu jest około 1800 razy mniejsza niż masa protonu, ciąg wytwarzany przez elektrony nie będzie odgrywał fundamentalnej roli. Elektrony wiatru słonecznego też nie są ważne dla takiego żagla. Ale dodatnio naładowane cząstki - protony i promieniowanie alfa - będą odpychane od kabli, tworząc w ten sposób ciąg odrzutowy.
Chociaż ciąg ten będzie około 200 razy mniejszy niż w przypadku żagla słonecznego, zainteresowała się nim Europejska Agencja Kosmiczna. Faktem jest, że żagiel elektryczny jest znacznie łatwiejszy do zaprojektowania, wyprodukowania, rozmieszczenia i obsługi w kosmosie. Ponadto za pomocą grawitacji żagiel pozwala również podróżować do źródła wiatru gwiazdowego, a nie tylko z dala od niego. A ponieważ powierzchnia takiego żagla jest znacznie mniejsza niż powierzchnia słońca, jest on znacznie mniej podatny na asteroidy i śmieci kosmiczne. Być może już za kilka lat zobaczymy pierwsze eksperymentalne statki na żaglu elektrycznym.
silnik jonowy
Przepływ naładowanych cząstek materii, czyli jonów, emitują nie tylko gwiazdy. Zjonizowany gaz można również wytworzyć sztucznie. Zwykle cząsteczki gazu są elektrycznie obojętne, ale kiedy ich atomy lub cząsteczki tracą elektrony, zamieniają się w jony. W swojej całkowitej masie taki gaz wciąż nie ma ładunku elektrycznego, ale jego poszczególne cząstki zostają naładowane, co oznacza, że mogą poruszać się w polu magnetycznym.
W silniku jonowym gaz obojętny (zwykle używany jest ksenon) jest jonizowany przez strumień wysokoenergetycznych elektronów. Wybijają elektrony z atomów i uzyskują ładunek dodatni. Ponadto powstałe jony są rozpędzane w polu elektrostatycznym do prędkości rzędu 200 km/s, czyli 50 razy większej niż prędkość wypływu gazu z chemicznych silników odrzutowych. Jednak nowoczesne silniki jonowe mają bardzo mały ciąg - około 50-100 miliniutonów. Taki silnik nie byłby w stanie nawet ruszyć się ze stołu. Ale ma poważny plus.
Wysoki impuls właściwy może znacznie zmniejszyć zużycie paliwa w silniku. Do jonizacji gazu wykorzystywana jest energia pozyskiwana z paneli słonecznych, dzięki czemu silnik jonowy może pracować bardzo długo – nawet do trzech lat bez przerwy. Przez taki okres będzie miał czas na rozpędzenie statku kosmicznego do prędkości, o jakich silniki chemiczne nigdy nie śniły.
Silniki jonowe wędrowały po Układzie Słonecznym więcej niż raz w ramach różnych misji, ale zwykle jako pomocnicze, a nie podstawowe. Dziś jako możliwą alternatywę dla silników jonowych coraz częściej mówi się o silnikach plazmowych.
Silnik plazmowy
Jeśli stopień jonizacji atomów staje się wysoki (około 99%), wówczas taki skupiony stan materii nazywa się plazmą. Stan plazmy można osiągnąć tylko w wysokich temperaturach, dlatego w silnikach plazmowych zjonizowany gaz jest podgrzewany do kilku milionów stopni. Ogrzewanie odbywa się za pomocą zewnętrznego źródła energii - paneli słonecznych lub, bardziej realistycznie, małego reaktora jądrowego.
Gorąca plazma jest następnie wyrzucana przez dyszę rakiety, wytwarzając ciąg dziesięć razy większy niż w silniku jonowym. Jednym z przykładów silnika plazmowego jest projekt VASIMR, który rozwija się od lat 70. XX wieku. W przeciwieństwie do silników jonowych, silniki plazmowe nie zostały jeszcze przetestowane w kosmosie, ale pokłada się w nich duże nadzieje. To właśnie silnik plazmowy VASIMR jest jednym z głównych kandydatów do załogowych lotów na Marsa.
Silnik fuzji
Od połowy XX wieku ludzie próbują ujarzmić energię syntezy termojądrowej, ale jak dotąd im się to nie udaje. Mimo to kontrolowana synteza termojądrowa jest nadal bardzo atrakcyjna, ponieważ jest źródłem ogromnej energii pozyskiwanej z bardzo taniego paliwa - izotopów helu i wodoru.
W tej chwili istnieje kilka projektów dotyczących zaprojektowania silnika odrzutowego napędzanego syntezą termojądrową. Za najbardziej obiecujący z nich uważa się model oparty na reaktorze z magnetycznym uwięzieniem plazmy. Reaktor termojądrowy w takim silniku byłby bezciśnieniową cylindryczną komorą o długości 100–300 metrów i średnicy 1–3 metrów. Paliwo musi być dostarczane do komory w postaci wysokotemperaturowej plazmy, która pod odpowiednim ciśnieniem wchodzi w reakcję syntezy jądrowej. Cewki systemu magnetycznego rozmieszczone wokół komory powinny zapobiegać kontaktowi tej plazmy z wyposażeniem.
Strefa reakcji termojądrowej znajduje się wzdłuż osi takiego cylindra. Za pomocą pól magnetycznych przez dyszę reaktora przepływa niezwykle gorąca plazma, tworząc ogromny ciąg, wielokrotnie większy niż w silnikach chemicznych.
Silnik antymaterii
Cała otaczająca nas materia składa się z fermionów - cząstek elementarnych o spinie półcałkowitym. Są to np. kwarki budujące protony i neutrony w jądrach atomowych, a także elektrony. Każdy fermion ma swoją własną antycząstkę. Dla elektronu jest to pozyton, dla kwarka jest to antykwark.
Antycząstki mają taką samą masę i taki sam spin jak ich zwykli „towarzysze”, różniący się znakiem wszystkich innych parametrów kwantowych. Teoretycznie antycząstki mogą tworzyć antymaterię, ale jak dotąd nigdzie we Wszechświecie nie zarejestrowano antymaterii. W przypadku nauk podstawowych dużym pytaniem jest, dlaczego ich tam nie ma.
Ale w laboratorium można uzyskać pewną ilość antymaterii. Na przykład niedawno przeprowadzono eksperyment porównujący właściwości protonów i antyprotonów przechowywanych w pułapce magnetycznej.
Kiedy spotykają się antymateria i zwykła materia, następuje proces wzajemnej anihilacji, któremu towarzyszy przypływ kolosalnej energii. Jeśli więc weźmiemy kilogram materii i antymaterii, to ilość energii uwolnionej podczas ich spotkania będzie porównywalna z eksplozją Car Bomby, najpotężniejszej bomby wodorowej w historii ludzkości.
Ponadto znaczna część energii zostanie uwolniona w postaci fotonów promieniowania elektromagnetycznego. W związku z tym istnieje chęć wykorzystania tej energii do podróży kosmicznych poprzez stworzenie silnika fotonowego podobnego do żagla słonecznego, tylko w tym przypadku światło będzie generowane przez wewnętrzne źródło.
Aby jednak efektywnie wykorzystać promieniowanie w silniku odrzutowym, konieczne jest rozwiązanie problemu stworzenia „lustra”, które byłoby w stanie odbijać te fotony. W końcu statek musi jakoś odepchnąć się, aby wytworzyć ciąg.
Żaden nowoczesny materiał nie jest w stanie po prostu wytrzymać promieniowania powstającego w przypadku takiej eksplozji i natychmiast odparować. W swoich powieściach science fiction bracia Strugaccy rozwiązali ten problem, tworząc „odbłyśnik absolutny”. Czegoś takiego jeszcze nie zrobiono w prawdziwym życiu. To zadanie, podobnie jak kwestie wytworzenia dużej ilości antymaterii i jej długotrwałego przechowywania, jest sprawą fizyki przyszłości.
