Как да стигнем до друга галактика
Колко време отнема да стигнете до Марс, как да пътувате със слънчево платно и какво може да се направи, за да „промените пространството на Вселената“? Ето списък с най-невероятните космически двигатели и начини да стигнете до друга звездна система.
Йонно задвижване
Всички фенове на Star Wars са запознати с йонното задвижване. Вярно е, че във филма, разбира се, те са многократно по-мощни, отколкото са в действителност. Как работи йонният двигател, възпят от писатели на научна фантастика?
Има нужда от две неща, за да работи: гориво под формата на инертен ксенон и електричество. Поради високото напрежение в специална камера се йонизира инертен газ, в резултат на което йоните на този газ се изхвърлят от камерата, създавайки тяга. Тази реакция е верижна: тягата нараства постепенно, макар и много бавно. Следователно, за да се ускори до скорост от 210 км / сек, космическият кораб ще се нуждае от 7-8 месеца. Ще отнеме приблизително същото време за забавяне.
Все пак трябва да се отбележи, че втечненият инертен газ заема много по-малко място от ракетното гориво. Този тип двигател вече се използва. По-специално, те бяха оборудвани с японската сонда Hayabusa и европейската лунна сонда SMART-1.
Друг обещаващ проект е VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket – електромагнитен ускорител с променлив специфичен импулс). Работната течност (аргон) се йонизира от радиовълни и получената плазма след това се ускорява в електромагнитно поле, създавайки реактивна тяга.
Предполага се, че основното приложение на подобно устройство е "космическо теглене". Може да премества многотонни товари между орбитите на Земята и Луната. Във видеото можете да видите схемата на двигателя VASIMR VF-200-1.
Между другото, наскоро професор в Масачузетския технологичен институтИнститутът Paulo Lozano изобрети малък йонен двигател. Развива тяга от 50 микрона. На Земята това едва ли би било достатъчно, за да побере тънка хартиена лента. Но в микрогравитационна орбита това е достатъчно, за да задвижи наносателит CubeSat с тегло 1 килограм. Те са изстреляни от НАСА. Размерите на двигателя са само 1 × 1 × 0,2 mm, той ще даде много незначително увеличение на масата на спътника. Следователно на борда на наносателита ще бъде възможно да се поставят няколко йонни тласкачи наведнъж, което ще му позволи да маневрира.
Ядрени двигатели.
Ядрените двигатели се разработват от петдесетте години на миналия век и са актуални и днес. Първоначално те трябваше да бъдат направени импулсни - ядрените експлозии с ниска мощност трябваше да дадат ускорение на огромен космически кораб. Грандиозният проект ORION трябваше да позволи бързо пътуване до други планети. На първия полет беше планирано да бъде изпратен екип от 200 души. Но поради технически и икономически причини проектът не може да бъде реализиран.
Дизайнът на ORION включваше гигантски "абсорбатор" на ударни вълни и екран за предотвратяване на навлизането на радиация във вътрешността на кораба. Дизайнерите обаче се страхуваха, че системите ще се провалят, преди да достигнат космоса. Друг проблем бяха радиоактивните отлагания в земната атмосфера. Проектът е затворен през 1960 г., когато влиза в сила първата забрана за ядрени опити. Някои изследователи обаче предлагат нови варианти на такива структури с нови технологии. Теоретично кораб с ядрен двигател може да се движи с 10% скорост на светлината и да достигне най-близката звезда за 40 години.
По-късно беше дадено предпочитание на по-малко екстремен режим на работа на NRE - реактивен, в който се използва ядрен реакторконтролирано нагряване на работния флуид. Следващият проект, Daedalus, започва да се разработва през 70-те години от Британското междупланетно общество. След пет години и 100 000 човекочаса работа беше създаден проект за безпилотен космически кораб. Предполагаше се, че ще може да достигне звездата на Барнард, разположена в съзвездието Змиеносец на разстояние 6 светлинни години от Земята, за по-малко от 50 години. Проектът е отменен през 1977 г. поради недостатъчно познаване на структурата на Слънчевата система близо до нейните външни граници.
Тогава дойде Лонгшо. Тя се основава на използването на двигател с лазерен синтез. За цел беше избрана звездата Алфа Кентавър B. Времето за полет се увеличи до век, а мисията не включваше връщане. За разлика от проекта Daedalus, Longshot разчита предимно на съществуващи, а не на обещаващи технологии.
Longshot трябваше да има тегло при изстрелване от 396 тона, включително 264 тона хелий-3/деутерий. В крайна сметка се реши, че такова количество гориво е твърде скъпо.
Фюжън двигатели.
Човечеството се опитва да укроти термоядрената реакция от около 50 години. Но досега не е било възможно да се овладее тази технология в никоя индустрия. Наскоро обаче учени от Вашингтон под ръководството на Джон Слоу обявиха, че работят върху ракета с термоядрен двигател (Fusion Driven Rocket).
Реакцията на синтез се използва като източник на енергия вместо ядрено делене. Ракетният дизайн от Вашингтонския университет е достатъчно прост. Ключовите компоненти са малки гранули от деутерий и тритий и големи литиеви метални пръстени. След като пелетите преминат през горивната камера на двигателя, на изхода се създава силно магнитно поле. Той активира метални пръстени, които създават такиваналягане, при което термоядреното гориво се компресира в обща маса (плазма) и започва термоядрена реакция.
Експлозията изхвърля пръстените със скорост от 108 хиляди км / ч и създава необходимото сцепление. Космическият кораб, проектиран от екипа на Slough, е планиран да тежи не повече от 134 тона и да лети до и от Марс само за 210 дни.
Bussard Engine
Всички ракети имат един основен проблем. Необходимо е повече гориво за по-бързо ускоряване и изминаване на по-дълги разстояния. И това прави кораба по-тежък и намалява общата ефективност.
Но през 1960 г. физикът Робърт Басард предлага модел за линейно реактивен термоядреен двигател. Принципът му на действие се основава на използването на водород и междузвезден прах, който се намира в открития космос. Първо космическият кораб се ускорява със собствено гориво, след което образува гигантска магнитна фуния с диаметър няколко хиляди километра, която улавя водород от космоса. Той служи и като източник на гориво за ракетата.
Благодарение на максималното ускорение проблемът с безтегловността изчезва. Кораб, движещ се със скорост, равна на 50% от скоростта на светлината, може да измине разстояние от 10 светлинни години. И всичко това ще отнеме не повече от 12 земни години!
Въпреки това, докато двигателят Bassard остава теоретична разработка. Никой не е успял да разработи "капан" за водород, който генерира магнитни полета с такава колосална мощност.
Слънчево платно
Слънчевото платно получава енергия от слънчевата светлина. Във вакуумни камери тези устройства се тестват успешно, но опитите да бъдат тествани в космоса засега завършват с неуспех. И така, през 2006 г. космическият кораб Космос 1 беше изстрелян от независимото Планетарно общество от Пасадена.катастрофира. Мисията NanoSail-D завърши по същия начин. Въпреки разочароващите статистики, технологията остава една от най-обещаващите.
Например, през 2014 г. НАСА ще пусне слънчево платно в космоса. Площта му ще бъде 1200 квадратни метра. В момента това е 7 пъти по-голямо от всяко от тестваните платна. Теглото на конструкцията е 32 кг. Заедно с него на борда на ракетата ще лети носещ модул с тегло 80 кг. Ракетата ще изведе конструкцията в ниска орбита. Там платното ще се обърне и ще започне да работи. Учените ще следят стабилността му, а също и дали може да се контролира.
Двигател Alcubierre
Този двигател е предложен за първи път от физика Мигел Алкубиер от Университета на Уелс през 1994 г. По план той трябваше да използва все още неоткритата "екзотична материя" - частици с отрицателна маса, които създават отрицателно налягане.
Те могат да деформират пространство-времето, карайки пространството пред кораба да се свие, а зад него, напротив, да се разшири. Така космическият кораб пътува по-бързо от светлината, без да нарушава принципите на относителността.