;
Кейсы 15 декабря 2020

В космосе есть магистрали для быстрых перемещений. Как изменятся полеты?

Далее

Сегодняшние космические аппараты преодолевают силу земного тяготения с помощью химического топлива и даже могут, использовав для разгона гравитационные маневры, выйти за пределы гелиосферы. Этого, конечно, мало для далеких межзвездных перелетов, но возможны ли они в принципе?

Как можно перемещаться в космосе?

Космический полет — это путешествие или транспортировка в или через космос. Однако четкая граница между Землей и космосом отсутствует, и Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли.

Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость, что делает полет скорее орбитальным, чем аэродинамическим. Классическое разделение между авиа- и космическим полетами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолетов.

44-месячный шимпанзе 31 января 1961 года, участвовавший в программе «Меркурий»

Пропасть, отделяющая нас от других планетных систем, чудовищна. Есть разные иллюстративные приемы, показывающие на каком огромном расстоянии от других небесных тел мы находимся. 

Уменьшим все в 10 млрд раз — на 10 порядков величины. Солнце станет размером с апельсин, Земля — песчинкой в 15 м от Солнца. Скорость света будет 3 см в секунду. И где будет ближайшая звезда? Примерно на том же расстоянии, что Иркутск от Москвы.

Свет доползет туда за четыре с небольшим года, «Вояджер-2» (более быстрый, чем «Вояджер-1»), двигаясь со скоростью 6 мм в час (в рамках модели с апельсином), улетит на такое расстояние за сотню тысяч лет. Это ближайшая звезда Проксима Центавра, где есть планета — скорее всего, непригодная для обитания. А ближайшая пригодная будет в 15–20 световых лет от нас, то есть в 4–5 раз дальше. И это очень оптимистичный результат. 

Что нам нужно для межзвездных полетов?

Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей. Однако нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным для таких расстояний оснащением.

Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с «Пионером» уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 млн лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.

Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше. 

Константин Феоктистов, летчик-космонавт СССР

Существует и другая проблема: надо не только разогнать корабль, надо еще преодолеть гравитационный потенциал Солнца. Если бы корабли разгонялись у Земли, им бы пришлось придать скорость около 30 км/c при том, что скорость истечения газов в сопле ракеты почти на порядок меньше. Это потребовало бы наличия многих ступеней уже в космосе и безумных затрат.

Шаттл «Колумбия»

Возможно ли разогнаться кораблю и какие существуют способы ускорения?

  • Разгон у Солнца

Есть вариант разогнаться у Солнца с помощью эффекта Оберта: подойдя к звезде по сильно вытянутой орбите из далекого афелия, включаем двигатель в перигелии и получаем конечное приращение скорости в √2Δv V, где V — орбитальная скорость, Δv — приращение скорости.

Если взять радикальный случай пролета на 10 радиусах Солнца (V = 200 км/с, равновесная температура ~ 3 000 градусов Цельсия) и добиться приращения скорости 4 км/с, то получим около 40 км/с на бесконечности. Опять те же 10-4 скорости света.

  • Фотонный двигатель

Существуют и радикальные идеи, одна из них — фотонный двигатель на антивеществе. Если бы у человечества было антивещество, то мы могли бы эффективно конвертировать энергию его аннигиляции в световой луч (через нагрев тугоплавкой оболочки и фокусировку обычным параболическим зеркалом).

Теоретически так можно было бы достичь, скажем, половины скорости света, хотя тут есть и обратная сторона, связанная с бомбардировкой корабля атомами межзвездной среды.

Если взять корабль массой 100 тонн, то в идеальном случае для его разгона потребуется всего 30 тонн антивещества и столько же аннигилирующего вещества. Правда, разгоняться придется медленно: при радиусе тугоплавкой (4 000 Кельвинов) оболочки 10 м, максимально допустимой мощности 30 ГВт, силе 0,3 Н и ускорении 3 × 10-6 сантиметра в секунду за секунду время разгона до половины скорости света составит 10 000 лет.

Можно было бы обойтись без твердой оболочки, например, использовать магнитную бутылку с плазмой, но и тогда возникнут ограничения на предельную мощность из-за величины поля, предельной стойкости окружающих конструкций и тому подобных причин.

Космический аппарат входит в атмосферу Марса, рисунок

Куда мы полетим в первую очередь?

Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) — наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.

Галактика Андромеды находится от нас на расстоянии 2,5 млн световых лет. По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле пройдет целая эра. Надо помнить, что мы видим галактику Туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад.

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованы только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории.

В Солнечной системе сеть «гравитационных шоссе»

Исследователи из Калифорнийского университета нашли новую сеть «гравитационных шоссе», которая позволит перемещаться по Солнечной системе намного быстрее, чем это было возможно раньше. Их можно было бы использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в дальние уголки нашей системы. 

Ученые наблюдали за динамической структурой этих маршрутов, которые образуют связанную между собой серию арок, простирающихся от пояса астероидов до Урана и далее. Это вновь открытый маршрут, которые можно использовать в течение нескольких десятилетий, прежде чем небесные тела, которые могут этому помешать, изменят свое местоположение.

Оказалось, что эти маршруты могут выталкивать кометы и астероиды на расстояние между Юпитером и Нептуном менее, чем за десять лет. По таким скоростным путям также можно перемещать кометы и астероиды на 100 астрономических единиц менее чем за столетие.

Исследователи надеются, что найденные сети супермагистралей можно будет использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в отдаленные участки Вселенной, а также для мониторинга и понимания объектов, сближающихся с Землей.

Есть несколько групп космических тел на разных расстояниях от Солнца, временные рамки перемещения в нашей системе которых могут варьироваться от 10 000 до миллиарда лет. Но ученые выявили орбитальный шлюз, связанный с Юпитером, который, кажется, намного быстрее.

Как указывают в Калифорнийском университете, Юпитер, будучи самым массивным телом в Солнечной системе, ответственен за большинство структур, которые обнаружили ученые. Астрономы сообщили, что притяжение других планет также может создавать подобные пути.

Чтобы сделать это открытие, ученые собирали числовые данные о миллионах орбит в нашей Солнечной системе и вычисляли, как они проходят внутри ранее известных космических многообразий. Исследователи отмечают, что результаты нуждаются в дальнейшем изучении, чтобы определить, возможно ли пускать по этим супермагистралям космические корабли.

Читать также

Названо растение, которому не страшно изменение климата. Им питается миллиард человек

Носимый датчик сигнализирует о том, что у человека COVID-19

Земля в процессе шестого вымирания. Как это отразится на человечестве

Загрузка...