20 июля 1969 года, через четыре дня после запуска в космос, на Луну приземлился командно-служебный модуль корабля «Аполлон-11» «Колумбия». Люди смотрели телевизоры и настраивали радиостанции, чтобы следить за драматической посадкой. Это был результат многолетнего упорного труда и тренировок. Разработка транспортного средства, способного безопасно доставить людей на Луну и обратно на Землю, была непростой задачей.
Колумбия благополучно вернулась на Землю 21 июля 1969 года. Вся миссия длилась 195 часов 18 минут и 35 секунд - это чуть больше восьми дней. Расстояние от Земли до Луны в июле 1969 года составляло приблизительно 222 663 мили (358 342 километра). Это может сделать ваши ежедневные поездки на работу незначительными, но это все равно просто прыжок, скачок и прыжок по сравнению с посещением соседней планеты.
Путешествие на Венеру, ближайшую соседнюю планету Земли, потребует от вас пересечения в среднем 0,6989 астрономических единиц пространства. Это чуть меньше 65 миллионов миль или около 104,5 миллионов километров. Да и условия на Венере не идеальны для бегства - температура на поверхности планеты составляет 460 градусов по Цельсию (860 градусов по Фаренгейту). Лучшая ставка на отпуск - это поездка на Марс или на одну из его лун, но они еще дальше.
Помня об этих огромных расстояниях, важно придумать эффективные системы, которые используют как можно меньше ресурсов. В противном случае отрыв от земли может стать проблемой. По самой своей природе межпланетное путешествие должно быть экологически безопасным. У нас есть пять технологий, перечисленных не в определенном порядке, которые могут помочь людям достичь поразительной цели - ступить на другую планету.
5: Зеленое топливо
Чтобы отправить транспортное средство в космос, требуется много ресурсов. Не все эти ресурсы безвредны. Гидразин, используемый в ракетном топливе, является мощным топливом. Но он также токсичен и вызывает коррозию. Такие организации, как НАСА, сейчас ищут альтернативу гидразину в качестве зеленого топлива.
В идеале новое топливо должно быть менее опасным в обращении, чем нынешнее ракетное топливо, что снизит затраты на организацию космического полета. Также он должен распадаться на безвредные компоненты, исключая риск загрязнения окружающей среды.
Желание зеленой альтернативы гидразину не приводит к волшебному появлению нового топлива. Вот почему НАСА пригласило компании и организации представить технологические демонстрации альтернативных видов топлива. В феврале 2012 года НАСА объявило, что будет принимать предложения до конца апреля. Выигрышное предложение может принести до 50 миллионов долларов.
Снижение воздействия запусков на окружающую среду - большая работа. Чтобы запустить космический шаттл на орбиту, НАСА использовало два твердотопливных ускорителя, каждый из которых нес 1 миллион фунтов (453 592 кг) топлива. Сам шаттл перевозил еще полмиллиона галлонов (1,9 миллиона литров) жидкого топлива.
4: Космические лифты
Перечисление всех проблем, связанных с безопасной транспортировкой людей на другую планету, может занять целую книгу или три. Но одна из самых сложных проблем, которую нужно решить, связана с весом. Чем тяжелее космический корабль, тем больше топлива ему нужно, чтобы избежать земного притяжения.
Путешествие на другую планету продлится несколько месяцев. Предполагая, что вы либо собираетесь открыть магазин на новой планете, либо планируете обратный путь, вам понадобится много припасов, чтобы выжить. Эти припасы имеют вес и объем, поэтому вам нужно больше топлива, чтобы подняться в космос.
Одним из возможных решений этой проблемы является строительство космического лифта. Вот как это работает: мы помещаем что-то с большой массой на геостационарную орбиту вокруг Земли - это означает, что оно будет оставаться на орбите над фиксированной точкой на поверхности планеты. Затем мы прикрепляем трос между орбитальной массой и точкой привязки на Земле. Теперь все, что нам нужно сделать, это построить лифт, который сможет подниматься по кабелю в космос!
Звучит как научная фантастика, но многие инженеры и ученые работают над созданием космических лифтов. По сравнению с запуском ракеты в космос космический лифт - выгодная покупка. Лифт может доставлять оборудование и даже людей в космос. Оказавшись там, мы могли бы собрать части космического корабля и построить корабль прямо в космосе. Нет необходимости запускать корабль с Земли, потому что он уже будет на орбите.
3: Слияние
После того, как вы окажетесь в космосе, запустив ракету или отправившись с космической станции, вам понадобится какой-то способ, чтобы привести свой космический корабль к месту назначения. Для этого может потребоваться наличие на борту источника топлива. В идеале у вас должна быть эффективная система, чтобы вам не приходилось выделять слишком много места для перевозки топлива. Одним из возможных решений является слияние.
Fusion - это метод, с помощью которого солнце генерирует энергию. Под сильным давлением и высокой температурой атомы водорода сталкиваются друг с другом и образуют гелий. У водорода один протон, а у гелия их два. Во время этого процесса, в котором два атома водорода сливаются вместе, происходит высвобождение нейтронов и энергии.
Но есть большая проблема - мы не придумали, как использовать термоядерный синтез для получения энергии надежным и устойчивым способом. Процесс требует невероятного количества тепла и давления. Простое создание условий, необходимых для синтеза, само по себе может потребовать много энергии. Цель состоит в том, чтобы достичь точки, в которой мы можем инициировать синтез и поддерживать процесс, пока мы собираем энергию. Мы еще не там.
Если мы когда-нибудь туда доберемся, термоядерный синтез может стать хорошим выбором для питания космического корабля. Мы могли бы получить большое количество энергии из сравнительно небольшого количества топлива. Fusion может генерировать энергию, необходимую для работы двигателей, чтобы можно было регулировать в полете, когда мы летим к следующей планете. Но будет ли слияние практичным вариантом, еще неизвестно.
Это холодно, чувак
Еще более неуловимым, чем работающий термоядерный реактор, является тот, который будет работать при относительно низких температурах. Научный консенсус заключается в том, что холодный синтез непрактичен и может быть невозможен.
2: Солнечные паруса
Еще одна альтернатива полету к далеким планетам с использованием ракетных двигателей - это полет туда. Но что хорошего в парусах в среде, где нет ветра? Войди в солнечный парус!
Солнечные парусаиспользуют солнце как двигатель. Солнце излучаетфотоны - основные единицы света. Мы знаем, что фотоны действуют и как волны, и как частицы. Фотоны могут казаться нам здесь, на Земле, нематериальными, но они воздействуют на объекты, когда вступают с ними в контакт. Сюда входят солнечные паруса.
Солнечный парус сделан из сверхтонкого зеркала, которое простирается на большую площадь. Когда фотоны ударяются о зеркало, они прилагают силу и отталкиваются от паруса. В парус бьют миллиарды фотонов - этого достаточно, чтобы толкнуть парус и все, что он может тащить в космос.
Поначалу путешествовать на машине с солнечным парусом было бы довольно скучно. У вас не будет большой начальной тяги, как у ракеты. Но силу этих фотонов нельзя отрицать, и ваш космический корабль будет продолжать ускоряться намного дальше, чем может выдержать двигатель. Вам не только не нужно беспокоиться о заправке космического корабля для межпланетного путешествия, но и быстрее добраться до места назначения!
Солнечные паруса могут хорошо работать в космосе, но они не предназначены для отрыва корабля от поверхности планеты. Для этого нам все равно придется либо использовать ракеты, либо построить космический корабль на орбите. И солнечный парус мог бы доставить нас на другую планету, но без других средств покинуть наш новый мир мы застряли бы там. Но для путешествия в один конец на другую планету вполне может подойти солнечный парус, и вам никогда не придется беспокоиться о том, что у вас закончится топливо.
1: Повторное использование воды
Запустить космический корабль, чтобы добраться до другой планеты, - это всего лишь одна из задач. Другой - убедиться, что у нас есть ресурсы, чтобы остаться в живых на борту нашего космического корабля, пока мы движемся к месту назначения. Даже для посещения ближайшей планеты потребуются месяцы путешествия. С таким весом и пространством, как вы определяете, сколько воды принести и как вы справляетесь с этим?
Сказать, что каждая капля воды на борту космического корабля бесценна, значит не сказать ничего. На борту Международной космической станции есть системы, которые перерабатывают 93 процента используемой воды. Процессы очищают воду, чтобы ее можно было использовать повторно, уменьшая потребность в доставке большего количества воды с Земли.
Это означает, чтосерая вода - сточные воды, образующиеся после мытья посуды, одежды или даже людей - можно снова превратить в питьевую воду. Но это не все! Даже пот и, да, моча перерабатываются. Все отфильтровывается и остается только чистая вода.
Сточные воды поступают в дистиллятор. Дистиллятор вращается, чтобы имитировать силу тяжести, иначе загрязняющие вещества в жидкости не отделились бы. Вода проходит через систему фильтрации, которая использует такие материалы, как древесный уголь и химические соединения, для связывания загрязняющих веществ, пропуская только воду.
Во время длительного космического полета не будет возможности набрать больше воды по пути. Сохранение каждой возможной капли будет необходимостью. И некоторые из этих технологий могут даже найти применение в системах здесь, на Земле.
Примечание автора: 5 зеленых технологий для межпланетных космических путешествий
Зеленые технологии и межпланетные космические путешествия могут показаться странным сочетанием, но оно имеет смысл. Зеленые технологии - это поиск экологически безопасных и эффективных способов достижения целей. Межпланетное путешествие по необходимости требует эффективности и безопасности. Забавно представить себе путешествие по галактике на космическом корабле, оснащенном репликаторами и голодеками, но можно с уверенностью сказать, что наши первые дни космических путешествий будут в большей степени направлены на то, чтобы каждое усилие было подсчитано.
Вольфрам Альфа. «Каково было расстояние между Землей и Луной в июле 1969 года?» (28 марта 2012 г.)