Jaka jest prędkość rakiety w kosmosie? Kosmiczna prędkość w laboratorium. Kontynuacja
Jeden z największych atutów ludzkości ma charakter międzynarodowy stacja kosmiczna lub ISS. Kilka państw zjednoczyło się, aby go stworzyć i obsługiwać na orbicie: Rosja, niektóre kraje europejskie, Kanada, Japonia i USA. Aparat ten pokazuje, że wiele można osiągnąć, jeśli kraje stale współpracują. Wszyscy na planecie wiedzą o tej stacji, a wiele osób zadaje pytania, na jakiej wysokości leci ISS i na jakiej orbicie. Ilu astronautów tam było? Czy to prawda, że turyści mają tam wstęp? A to nie wszystko, co jest interesujące dla ludzkości.
Struktura stacji
ISS składa się z czternastu modułów, w których mieszczą się laboratoria, magazyny, toalety, sypialnie i pomieszczenia gospodarcze. Stacja posiada nawet siłownię ze sprzętem do ćwiczeń. Cały kompleks działa na panelach słonecznych. Są ogromne, wielkości stadionu.
Fakty na temat ISS
Stacja w okresie swojej działalności budziła wiele podziwu. Aparat ten jest największym osiągnięciem ludzkich umysłów. W swojej konstrukcji, przeznaczeniu i funkcjach można go nazwać perfekcją. Oczywiście, może za 100 lat zaczną budować na Ziemi statki kosmiczne innego typu, ale na razie, dziś, to urządzenie jest własnością ludzkości. Świadczą o tym następujące fakty dotyczące ISS:
- Podczas jego istnienia ISS odwiedziło około dwustu astronautów. Bywali tu także turyści, którzy po prostu przyjechali popatrzeć na Wszechświat z wysokości orbit.
- Stacja jest widoczna z Ziemi gołym okiem. Struktura ta jest największą spośród sztucznych satelitów i można ją łatwo zobaczyć z powierzchni planety bez użycia żadnego urządzenia powiększającego. Istnieją mapy, na których można zobaczyć, o której i kiedy urządzenie przelatuje nad miastami. Za ich pomocą możesz łatwo znaleźć informacje o swojej miejscowości: zobacz rozkład lotów nad regionem.
- Aby zmontować stację i utrzymać ją w dobrym stanie, kosmonauci wychodzili ponad 150 razy dziennie. majdan, spędzając tam około tysiąca godzin.
- Urządzeniem steruje sześciu astronautów. System podtrzymywania życia zapewnia ciągłą obecność ludzi na stacji od chwili jej pierwszego uruchomienia.
- Międzynarodowa Stacja Kosmiczna to wyjątkowe miejsce, w którym przeprowadza się szeroką gamę eksperymentów laboratoryjnych. Naukowcy dokonują unikalnych odkryć w dziedzinach medycyny, biologii, chemii i fizyki, fizjologii i obserwacji meteorologicznych, a także w innych dziedzinach nauki.
- Urządzenie wykorzystuje giganta panele słoneczne, którego wielkość sięga powierzchni boiska piłkarskiego wraz ze strefami końcowymi. Ich waga wynosi prawie trzysta tysięcy kilogramów.
- Baterie są w stanie w pełni zapewnić pracę stacji. Ich praca jest uważnie monitorowana.
- Stacja posiada mini-dom wyposażony w dwie łazienki i siłownię.
- Lot jest monitorowany z Ziemi. Do sterowania opracowano programy składające się z milionów linii kodu.
Astronauci
Od grudnia 2017 roku w skład załogi ISS wchodzą następujący astronomowie i kosmonauci:
- Anton Shkaplerov – dowódca ISS-55. Stację odwiedził dwukrotnie – w latach 2011-2012 i 2014-2015. Podczas 2 lotów przebywał na stacji przez 364 dni.
- Skeet Tingle – inżynier pokładowy, astronauta NASA. Ten astronauta nie ma doświadczenia w lotach kosmicznych.
- Norishige Kanai - inżynier pokładowy, japoński astronauta.
- Aleksander Misurkin. Pierwszy lot odbył się w 2013 roku i trwał 166 dni.
- Macr Vande Hai nie ma doświadczenia w lataniu.
- Józef Akaba. Pierwszy lot odbył się w 2009 roku w ramach Discovery, drugi w 2012 roku.
Ziemia z kosmosu
Istnieją wyjątkowe widoki Ziemi z kosmosu. Świadczą o tym zdjęcia i filmy astronautów i kosmonautów. Pracę stacji i kosmiczne krajobrazy można zobaczyć oglądając transmisje online ze stacji ISS. Niektóre kamery są jednak wyłączone ze względu na prace konserwacyjne.
Od helikopterów i statków kosmicznych po cząstki elementarne- oto 25 najszybszych rzeczy na świecie.
25. Najszybszy pociąg
Japoński pociąg JR-Maglev osiągał prędkość przekraczającą 581 kilometrów na godzinę, wykorzystując lewitację magnetyczną.
24. Najszybsza kolejka górska
Niedawno wybudowana w Dubaju formuła Rossa pozwala poszukiwaczom przygód osiągnąć prędkość 240 kilometrów na godzinę.
23. Najszybsza winda
Windy w Taipei Tower na Tajwanie wożą ludzi w górę i w dół z prędkością 60 kilometrów na godzinę.
22. Najszybszy samochód produkcyjny
Bugatti Veyron EB 16.4, rozpędzający się do 430 kilometrów na godzinę, jest najszybszym samochodem na świecie dopuszczonym do ruchu na drogach publicznych.
21. Najszybszy samochód nieprodukcyjny
15 października 1997 samochód z ciąg rakiety Thrust SSC przełamał barierę dźwięku na pustyni w Nevadzie.
20. Najszybszy samolot załogowy
Amerykańskie Siły Powietrzne X-15 nie tylko osiągają imponujące prędkości (7270 kilometrów na godzinę), ale także latają tak wysoko, że kilku jego pilotów otrzymało od NASA skrzydła astronautów.
19. Najszybsze tornado
Tornado, które miało miejsce w pobliżu miasta Oklahoma, było najszybsze pod względem prędkości wiatru, osiągając 480 kilometrów na godzinę.
18. Najszybszy człowiek
W 2009 roku jamajski sprinter Usain Bolt ustanowił rekord świata na 100 metrów, uzyskując czas 9,58 sekundy.
17. Najszybsza kobieta
W 1988 roku Amerykanin Florenc Griffith-Joyner przebiegł dystans 100 metrów w czasie 10,49 sekundy, co stanowi rekord, który do dziś nie został pobity.
16. Najszybsze zwierzę lądowe
Oprócz tego, że gepardy biegają szybko (120 kilometrów na godzinę), potrafią także przyspieszać szybciej niż większość samochodów produkcyjnych (od 0 do 100 kilometrów na godzinę w 3 sekundy).
15. Najszybsza ryba
Niektóre osobniki żagli potrafią przyspieszyć do 112 kilometrów na godzinę.
14. Najszybszy ptak
Sokół wędrowny jest także najszybszym zwierzęciem na świecie i może przekraczać prędkość 325 kilometrów na godzinę.
13. Najszybszy komputer
Chociaż do czasu przeczytania tego artykułu prawdopodobnie rekord ten zostanie pobity, chińska Droga Mleczna-2 jest najszybszym komputerem na świecie.
12. Najszybszy okręt podwodny
Trudno jest rejestrować zapisy w takich sprawach, ponieważ informacje o okrętach podwodnych są zwykle utrzymywane w tajemnicy. Jednak według niektórych szacunków radziecki okręt podwodny K-162 osiągnął najwyższą prędkość w 1969 roku. Prędkość wynosiła około 44 węzłów.
11. Najszybszy helikopter
W lipcu 2010 roku Sikorsky X2 ustanowił nowy rekord prędkości nad West Palm Beach – 415 kilometrów na godzinę.
10. Najszybsza łódź
Światowy rekord prędkości na wodzie to oficjalnie uznana prędkość maksymalna opracowana przez transport wodny. Aktualnym rekordzistą jest Spirit of Australia, który osiągnął prędkość 511 kilometrów na godzinę.
9. Najszybszy sport z rakietami
W badmintonie lotka może osiągnąć prędkość ponad 320 kilometrów na godzinę.
8. Najszybszy transport lądowy
Wojskowe sanie rakietowe osiągają prędkość przekraczającą 8 Mach (9800 kilometrów na godzinę).
7. Najszybszy statek kosmiczny
W kosmosie prędkość można mierzyć jedynie w odniesieniu do innych obiektów. Biorąc to pod uwagę, najszybszym statkiem kosmicznym, poruszającym się od Słońca z prędkością 62 000 kilometrów na godzinę, jest Voyager 1.
6. Najszybciej zjadający
Joey „Jaws” Chestnut został uznany przez Międzynarodową Federację Konkurencyjnego Żywienia za mistrza świata po zjedzeniu 66 hot dogów w 12 minut.
5. Najszybszy test zderzeniowy
Aby określić ocenę bezpieczeństwa, EuroNCAP zwykle przeprowadza testy zderzeniowe przy prędkości 60 kilometrów na godzinę. Jednak w 2011 roku postanowiono zwiększyć prędkość do 190 kilometrów na godzinę. Tylko dla zabawy.
4. Najszybszy gitarzysta
John Taylor ustanowił nowy rekord świata, grając doskonale Flight of the Bumblebee w tempie 600 uderzeń na minutę.
3. Najszybszy raper
No Clue otrzymał tytuł „najszybszego rapera” w Księdze Rekordów Guinnessa, kiedy wypowiedział 723 sylaby w 51,27 sekundy. Wymawiał około 14 sylab na sekundę.
2. Najbardziej duża prędkość
Technicznie rzecz biorąc, największą prędkością we Wszechświecie jest prędkość światła. Jest tu jednak kilka zastrzeżeń, które prowadzą nas do punktu pierwszego...
1. Najszybsza cząstka elementarna
Choć jest to twierdzenie kontrowersyjne, naukowcy z Europejskiego Centrum Badań Jądrowych przeprowadzili niedawno eksperymenty, podczas których neutrina mu-mezonowe przemieszczały się między Genewą w Szwajcarii a Gran Sasso we Włoszech o kilka nanosekund szybciej niż światło. Jednak na razie foton nadal uważany jest za króla prędkości.
Eksploracja kosmosu od dawna stała się dla ludzkości dość powszechna. Jednak loty na niską orbitę okołoziemską i do innych gwiazd są nie do pomyślenia bez urządzeń pozwalających pokonać grawitację – rakiet. Ilu z nas wie: jak działa i funkcjonuje rakieta nośna, gdzie odbywa się start i jaka jest jej prędkość, która pozwala pokonać grawitację planety i w pozbawionej powietrza przestrzeni. Przyjrzyjmy się bliżej tym zagadnieniom.
Urządzenie
Aby zrozumieć, jak działa rakieta nośna, musisz zrozumieć jej strukturę. Zacznijmy opisywać węzły od góry do dołu.
CWC
Urządzenie wystrzeliwujące na orbitę satelitę lub przedział ładunkowy zawsze różni się od nośnika przeznaczonego do transportu załogi swoją konfiguracją. Ten ostatni ma na samej górze specjalny system ratownictwo ratunkowe, służące do ewakuacji przedziału z astronautów w przypadku awarii rakiety nośnej. Ta niestandardowa wieża, umieszczona na samej górze, to miniaturowa rakieta, która w nadzwyczajnych okolicznościach pozwala „wyciągnąć” kapsułę z ludźmi i przenieść ją na bezpieczną odległość od miejsca wypadku początkowej fazie lotu, w której możliwe jest jeszcze zejście kapsuły na spadochronie. W przestrzeni bez powietrza rola SAS-u staje się mniej istotna, gdyż jest to funkcja umożliwiająca oddzielenie pojazdu zniżającego z rakiety nośnej umożliwi uratowanie astronautów.
Przedział ładunkowy
Poniżej SAS-u znajduje się przedział z ładunkiem: pojazd załogowy, satelita, przedział ładunkowy. W zależności od rodzaju i klasy rakiety nośnej masa ładunku wystrzelonego na orbitę może wynosić od 1,95 do 22,4 tony. Cały ładunek przewożony statkiem jest chroniony owiewką czołową, która po przepłynięciu jest odrzucana warstwy atmosferyczne.
Główny silnik
Ludzie daleko od kosmosu myślą, że jeśli rakieta wyląduje w pozbawionej powietrza przestrzeni, na wysokości stu kilometrów, gdzie zaczyna się stan nieważkości, to jej misja jest zakończona. W rzeczywistości, w zależności od zadania, docelowa orbita ładunku wystrzelonego w przestrzeń kosmiczną może być znacznie dalej. Na przykład satelity telekomunikacyjne muszą zostać przetransportowane na orbitę na wysokość ponad 35 tysięcy kilometrów. Do osiągnięcia wymaganego usunięcia potrzebny jest silnik napędowy, czyli jak to się inaczej nazywa, stopień górny. Aby dotrzeć do zaplanowanej trajektorii międzyplanetarnej lub odlotu, należy kilkakrotnie zmienić prędkość lotu, wykonując pewne działania dlatego silnik ten musi być wielokrotnie włączany i wyłączany, na tym różni się od innych podobnych elementów rakiety.
Wieloetapowy
W rakiecie nośnej tylko niewielką część jej masy zajmuje przewożony ładunek, resztę stanowią silniki i zbiorniki paliwa, które znajdują się w różnych etapach pojazdu. Funkcja projektowania tych jednostek jest możliwość ich rozdzielenia po wyczerpaniu się paliwa. Następnie spalają się w atmosferze, nie docierając do ziemi. To prawda, jak podaje portal informacyjny Reactor.space w ostatnie lata Opracowano technologię, która umożliwia powrót oddzielonych stopni w nienaruszonym stanie do wyznaczonego punktu i ponowne wystrzelenie ich w przestrzeń kosmiczną. W nauce o rakietach przy tworzeniu statków wielostopniowych stosuje się dwa schematy:
- Pierwszy jest podłużny, co pozwala na umieszczenie kilku identycznych silników z paliwem wokół nadwozia, które są jednocześnie włączane i synchronicznie resetowane po użyciu.
- Drugi jest poprzeczny, co umożliwia ustawienie stopni w kolejności rosnącej, jeden wyżej od drugiego. W takim przypadku włączają się dopiero po zresetowaniu dolnego, zużytego stopnia.
Ale często projektanci preferują połączenie konstrukcji poprzecznej i wzdłużnej. Rakieta może mieć wiele stopni, ale zwiększanie ich liczby jest racjonalne do pewnego limitu. Ich wzrost pociąga za sobą wzrost masy silników i adapterów, które działają tylko na pewnym etapie lotu. Dlatego nowoczesne rakiety nośne nie są wyposażone w więcej niż cztery stopnie. Zasadniczo zbiorniki paliwa etapowego składają się ze zbiorników, do których pompowane są różne składniki: utleniacz (ciekły tlen, czterotlenek azotu) i paliwo (ciekły wodór, heptyl). Tylko dzięki ich interakcji rakieta może przyspieszyć do wymaganej prędkości.
Jak szybko leci rakieta w kosmosie?
W zależności od zadań, jakie musi wykonać rakieta nośna, jej prędkość może się różnić, dzieląc się na cztery wartości:
- Pierwsza kosmiczna. Umożliwia wzniesienie się na orbitę, gdzie staje się satelitą Ziemi. Jeśli przełożymy na wartości konwencjonalne, będzie to 8 km/s.
- Drugi kosmiczny. Prędkość 11,2 km/s. umożliwia statkowi pokonanie grawitacji i eksplorację planet naszego Układu Słonecznego.
- Trzeci jest kosmiczny. Trzymając się prędkości 16 650 km/s. możesz pokonać grawitację Układu Słonecznego i opuścić jego ograniczenia.
- Czwarty kosmiczny. Po rozwinięciu prędkości 550 km/s. rakieta jest w stanie latać poza galaktykę.
Jednak niezależnie od tego, jak duże są prędkości statków kosmicznych, są one zbyt niskie, aby umożliwić podróże międzyplanetarne. Przy takich wartościach dotarcie do najbliższej gwiazdy zajmie 18 000 lat.
Jak nazywa się miejsce, z którego wystrzeliwane są rakiety w kosmos?
Aby skutecznie podbić kosmos, potrzebne są specjalne wyrzutnie, z których można wystrzelić rakiety w przestrzeń kosmiczną. W codziennym użyciu nazywane są kosmodromami. Ale ta prosta nazwa obejmuje cały kompleks budynków zajmujących rozległe terytoria: wyrzutnię, pomieszczenia do końcowych testów i montażu rakiety, budynki usług z tym związanych. Wszystko to zlokalizowane jest w pewnej odległości od siebie, tak aby w razie wypadku nie uległy uszkodzeniu inne konstrukcje kosmodromu.
Wniosek
Im bardziej poprawia się technologia kosmiczna, tym bardziej złożona staje się konstrukcja i działanie rakiety. Być może za kilka lat powstaną nowe urządzenia, które pozwolą pokonać grawitację Ziemi. A następny artykuł poświęcony będzie zasadom działania bardziej zaawansowanej rakiety.
Układ Słoneczny od dawna nie był przedmiotem szczególnego zainteresowania pisarzy science fiction. Ale, co zaskakujące, dla niektórych naukowców nasze „rodzime” planety nie powodują zbytniej inspiracji, chociaż nie zostały jeszcze praktycznie zbadane.
Ledwie otworzywszy okno w kosmos, ludzkość pędzi w nieznane odległości, i to nie tylko w snach, jak poprzednio.
Siergiej Korolew obiecał też, że wkrótce poleci w kosmos „na bilecie związkowym”, ale to sformułowanie ma już pół wieku, a odyseja kosmiczna wciąż jest udziałem elity - zbyt kosztowna przyjemność. Jednak dwa lata temu HACA uruchomiła wspaniały projekt 100-letni statek kosmiczny, co wiąże się ze stopniowym i wieloletnim tworzeniem podstaw naukowo-technicznych dla lotów kosmicznych.
Oczekuje się, że ten bezprecedensowy program przyciągnie naukowców, inżynierów i entuzjastów z całego świata. Jeśli wszystko się powiedzie, za 100 lat ludzkość będzie w stanie zbudować statek międzygwiezdny i będziemy poruszać się po Układzie Słonecznym jak tramwajami.
Jakie zatem problemy należy rozwiązać, aby lot gwiazd stał się rzeczywistością?
CZAS I PRĘDKOŚĆ SĄ WZGLĘDNE
Co dziwne, astronomia za pomocą automatycznych statków kosmicznych wydaje się niektórym naukowcom prawie rozwiązanym problemem. I to pomimo tego, że przy obecnej prędkości ślimaka (ok. 17 km/s) i innym prymitywnym (dla tak nieznanych dróg) sprzęcie nie ma absolutnie sensu strzelać w gwiazdy z karabinów maszynowych.
Teraz amerykański statek kosmiczny Pioneer 10 i Voyager 1 opuściły Układ Słoneczny i nie ma już z nimi żadnego połączenia. Pioneer 10 zbliża się do gwiazdy Aldebaran. Jeśli nic się z nim nie stanie, dotrze w pobliże tej gwiazdy... za 2 miliony lat. W ten sam sposób inne urządzenia pełzają po przestrzeniach Wszechświata.
Zatem niezależnie od tego, czy statek jest zamieszkany, czy nie, aby polecieć do gwiazd, potrzebuje dużej prędkości, bliskiej prędkości światła. Pomoże to jednak rozwiązać problem latania tylko do najbliższych gwiazd.
„Nawet gdyby udało nam się zbudować statek kosmiczny, który mógłby latać z prędkością bliską prędkości światła” – napisał K. Feoktistow, „czas podróży tylko w naszej Galaktyce liczony byłby w tysiącach i dziesiątkach tysiącleci, ponieważ jego średnica wynosi około 100 000 lat świetlnych. Ale na Ziemi w tym czasie wydarzy się znacznie więcej.”
Zgodnie z teorią względności upływ czasu w dwóch układach poruszających się względem siebie jest różny. Ponieważ na dużych dystansach statek będzie miał czas na osiągnięcie prędkości bardzo bliskiej prędkości światła, różnica czasu na Ziemi i na statku będzie szczególnie duża.
Zakłada się, że pierwszym celem lotów międzygwiezdnych będzie najbliższa nam Alfa Centauri (układ trzech gwiazd). Z prędkością światła można tam dolecieć za 4,5 roku, na Ziemi w tym czasie lata miną dziesięć. Ale im większa odległość, tym większa różnica czasu.
Pamiętacie słynną „Mgławicę Andromedy” Iwana Efremowa? Tam lot mierzy się w latach, a w latach ziemskich. Piękna bajka, nic do powiedzenia. Jednak ta upragniona mgławica (dokładniej Galaktyka Andromedy) znajduje się w odległości 2,5 miliona lat świetlnych od nas.
Według niektórych obliczeń podróż zajmie astronautom ponad 60 lat (według zegarów statku kosmicznego), ale na Ziemi minie cała era. Jak ich dalecy potomkowie powitają kosmiczną „neandertalczykę”? I czy Ziemia w ogóle będzie żywa? Oznacza to, że powrót jest w zasadzie bezcelowy. Jednak podobnie jak sam lot: musimy pamiętać, że widzimy galaktykę mgławicy Andromedy taką, jaką była 2,5 miliona lat temu – tyle czasu podróżuje do nas jej światło. Jaki sens ma lot do nieznanego celu, który być może od dawna nie istnieje, przynajmniej w tej samej formie i w tym samym miejscu?
Oznacza to, że nawet loty z prędkością światła mają sens jedynie w przypadku stosunkowo bliskich gwiazd. Jednak urządzenia latające z prędkością światła nadal żyją tylko w teorii, która przypomina science fiction, choć naukową.
STATEK WIELKOŚCI PLANETY
Naturalnie, naukowcy wpadli przede wszystkim na pomysł wykorzystania w silniku okrętowym najskuteczniejszej reakcji termojądrowej – gdyż została ona już częściowo opanowana (do celów wojskowych). Jednak w przypadku podróży w obie strony z prędkością bliską światła, nawet z doskonały projekt wymagane jest, aby stosunek masy początkowej do masy końcowej był nie mniejszy niż 10 do potęgi trzydziestej. Oznacza to, że statek kosmiczny będzie wyglądał jak ogromny pociąg z paliwem wielkości małej planety. Niemożliwe jest wystrzelenie takiego kolosa w kosmos z Ziemi. Możliwe jest również zamontowanie go na orbicie; nie bez powodu naukowcy nie omawiają tej opcji.
Bardzo popularny jest pomysł silnika fotonowego wykorzystującego zasadę anihilacji materii.
Anihilacja to przemiana cząstki i antycząstki po ich zderzeniu w inne cząstki, inne niż pierwotne. Najbardziej badana jest anihilacja elektronu i pozytonu, w wyniku której powstają fotony, których energia będzie poruszać statkiem kosmicznym. Obliczenia amerykańskich fizyków Ronana Keene'a i Wei-minga Zhanga pokazują, że w oparciu o nowoczesne technologie możliwe jest stworzenie silnika anihilacyjnego zdolnego rozpędzić statek kosmiczny do 70% prędkości światła.
Zaczynają się jednak dalsze problemy. Niestety, używając antymaterii jako paliwo rakietowe bardzo trudne. Podczas anihilacji dochodzi do wybuchów silnego promieniowania gamma, szkodliwego dla astronautów. Ponadto kontakt paliwa pozytonowego ze statkiem jest obarczony śmiertelną eksplozją. Wreszcie nie ma jeszcze technologii pozwalających uzyskać wystarczającą ilość antymaterii i jej długotrwałe przechowywanie: na przykład atom antywodoru „żyje” teraz niecałe 20 minut, a produkcja miligrama pozytonów kosztuje 25 milionów dolarów.
Załóżmy jednak, że z czasem problemy te można rozwiązać. Jednak nadal będziesz potrzebować dużo paliwa, a masa początkowa statku fotonowego będzie porównywalna z masą Księżyca (według Konstantina Feoktistowa).
ŻAGIEL JEST ROZDARTY!
Najpopularniejszym i najbardziej realistycznym statkiem kosmicznym jest dziś żaglówka słoneczna, której pomysł należy do radzieckiego naukowca Friedricha Zandera.
Żagiel słoneczny (lekki, fotonowy) to urządzenie wykorzystujące ciśnienie światło słoneczne lub włączony laser powierzchnia lustra do napędzania statku kosmicznego.
W 1985 roku amerykański fizyk Robert Forward zaproponował projekt sondy międzygwiazdowej przyspieszanej energią mikrofalową. Projekt przewidywał, że sonda dotrze do najbliższych gwiazd za 21 lat.
Na XXXVI Międzynarodowym Kongresie Astronomicznym zaproponowano projekt laserowego statku kosmicznego, którego ruch zapewnia energia laserów optycznych znajdujących się na orbicie wokół Merkurego. Według obliczeń droga statku tej konstrukcji do gwiazdy Epsilon Eridani (10,8 lat świetlnych) i z powrotem zajęłaby 51 lat.
„Jest mało prawdopodobne, aby dane uzyskane podczas podróży przez nasz Układ Słoneczny poczyniły znaczący postęp w zrozumieniu świata, w którym żyjemy. Naturalnie, myśl kieruje się ku gwiazdom. Przecież wcześniej zrozumiano, że loty w pobliżu Ziemi i loty na inne planety naszego Układu Słonecznego nie były ostatecznym celem. Głównym zadaniem wydawało się utorowanie drogi do gwiazd.Te słowa nie należą do pisarza science fiction, ale do projektanta statków kosmicznych i kosmonauty Konstantina Feoktistowa. Zdaniem naukowca w Układzie Słonecznym nie odkryje się nic szczególnie nowego. I to pomimo tego, że człowiek do tej pory dotarł jedynie na Księżyc...
Jednak poza Układem Słonecznym ciśnienie światła słonecznego będzie zbliżać się do zera. Dlatego istnieje projekt przyspieszenia żaglówki słonecznej systemy laserowe z jakiejś asteroidy.
Wszystko to jest jeszcze teorią, ale pierwsze kroki już zostały podjęte.
W 1993 roku o godz Rosyjski statek„Progress M-15” w ramach projektu „Znamya-2” po raz pierwszy rozwinął żagiel słoneczny o szerokości 20 metrów. Podczas dokowania Progressa do stacji Mir jego załoga zainstalowała na pokładzie Progressa moduł rozmieszczania reflektorów. W efekcie reflektor stworzył jasną plamę o szerokości 5 km, która przeleciała przez Europę do Rosji z prędkością 8 km/s. Plamka światła miała jasność mniej więcej równą Księżycowi w pełni.
Tak więc zaletą żaglówki słonecznej jest brak paliwa na pokładzie, wadą jest wrażliwość konstrukcji żagla: w zasadzie jest to cienka folia naciągnięta na wręgę. Gdzie jest gwarancja, że żagiel nie dostanie po drodze dziur od cząstek kosmicznych?
Wersja żaglowa może nadawać się do wodowania automatycznych sond, stacji i statków towarowych, ale nie nadaje się do załogowych lotów powrotnych. Istnieją inne projekty statków kosmicznych, ale w ten czy inny sposób przypominają powyższe (z tymi samymi problemami na dużą skalę).
NIESPODZIANKI W PRZESTRZENI MIĘDZYGWIAZDOWEJ
Wydaje się, że na podróżników we Wszechświecie czeka wiele niespodzianek. Na przykład, ledwo sięgając poza Układ Słoneczny, Aparat amerykański W Pioneerze 10 zaczęła działać siła niewiadomego pochodzenia, powodująca słabe hamowanie. Przyjęto wiele założeń, łącznie z nieznanym jeszcze wpływem bezwładności, a nawet czasu. Nadal nie ma jasnego wyjaśnienia tego zjawiska; różne hipotezy: od prostych technicznych (na przykład siła reakcji wycieku gazu w aparacie) po wprowadzenie nowych praw fizycznych.
Inne urządzenie, Voyadger 1, odkryło obszar o silnym polu magnetycznym na granicy Układu Słonecznego. W nim ciśnienie naładowanych cząstek z przestrzeni międzygwiazdowej powoduje, że pole wytwarzane przez Słońce staje się gęstsze. Urządzenie zarejestrowało również:
- wzrost liczby elektronów o wysokiej energii (około 100 razy), które przedostają się do Układu Słonecznego z przestrzeni międzygwiazdowej;
- gwałtowny wzrost poziomu galaktycznych promieni kosmicznych - wysokoenergetycznych naładowanych cząstek pochodzenia międzygwiazdowego.
Przestrzeń między gwiazdami nie jest pusta. Wszędzie znajdują się pozostałości gazu, pyłu i cząstek. Podczas próby podróży z prędkością bliską światła każdy atom, który zderzy się ze statkiem, będzie przypominał cząstkę wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego. Poziom twardego promieniowania podczas takiego bombardowania wzrośnie w sposób niedopuszczalny nawet podczas lotów do pobliskich gwiazd.
A mechaniczne uderzenie cząstek przy takich prędkościach będzie jak wybuchowe kule. Według niektórych obliczeń co centymetr ekran ochronny statek kosmiczny będzie strzelał w sposób ciągły z szybkością 12 strzałów na minutę. Oczywiste jest, że żaden ekran nie wytrzyma takiego narażenia przez kilka lat lotu. Albo będzie musiał mieć niedopuszczalną grubość (dziesiątki i setki metrów) i masę (setki tysięcy ton).
Właściwie wtedy statek kosmiczny będzie składał się głównie z tego ekranu i paliwa, co będzie wymagało kilku milionów ton. Ze względu na te okoliczności latanie z takimi prędkościami jest niemożliwe, zwłaszcza, że po drodze można spotkać nie tylko kurz, ale i coś większego, lub wpaść w pułapkę nieznanego pole grawitacyjne. A wtedy śmierć znów jest nieunikniona. Zatem nawet jeśli uda się rozpędzić statek kosmiczny do prędkości podświetlnej, nie osiągnie on swojego ostatecznego celu – na jego drodze stanie zbyt wiele przeszkód. Dlatego loty międzygwiezdne można wykonywać tylko przy znacznie niższych prędkościach. Ale czynnik czasu sprawia, że te loty stają się bezsensowne.
Okazuje się, że nie da się rozwiązać problemu transportu ciał materialnych na odległości galaktyczne z prędkościami bliskimi prędkości światła. Nie ma sensu przebijać się przez przestrzeń i czas za pomocą mechanicznej konstrukcji.
wormhol
Pisarze science fiction, próbując przezwyciężyć nieubłagany czas, wymyślili, jak „wygryzać dziury” w przestrzeni (i czasie) i „składać” je. Wymyślili różne skoki w nadprzestrzeń z jednego punktu w przestrzeni do drugiego, omijając obszary pośrednie. Teraz naukowcy dołączyli do pisarzy science fiction.
Fizycy zaczęli poszukiwać ekstremalnych stanów materii i egzotycznych luk we Wszechświecie, w których możliwe jest poruszanie się z prędkościami ponadświetlnymi, wbrew teorii względności Einsteina.
Tak narodził się pomysł tunelu czasoprzestrzennego. Ta dziura łączy ze sobą dwie części Wszechświata, niczym wydrążony tunel łączący dwa miasta oddzielone wysoką górą. Niestety tunele czasoprzestrzenne powstają tylko w absolutnej próżni. W naszym Wszechświecie dziury te są wyjątkowo niestabilne: mogą po prostu się zapaść, zanim statek kosmiczny tam dotrze.
Jednak do stworzenia stabilnych tuneli czasoprzestrzennych można wykorzystać efekt odkryty przez Holendra Hendrika Casimira. Polega na wzajemnym przyciąganiu przewodzących ciał nienaładowanych pod wpływem oscylacji kwantowych w próżni. Okazuje się, że próżnia nie jest całkowicie pusta, występują wahania pola grawitacyjnego, w którym spontanicznie pojawiają się i znikają cząsteczki oraz mikroskopijne tunele czasoprzestrzenne.
Pozostaje tylko odkryć jedną z dziur i rozciągnąć ją, umieszczając pomiędzy dwiema nadprzewodzącymi kulkami. Jedno ujście tunelu czasoprzestrzennego pozostanie na Ziemi, drugie zostanie przeniesione przez statek kosmiczny z prędkością bliską prędkości światła do gwiazdy – końcowego obiektu. Oznacza to, że statek kosmiczny niejako przebije się przez tunel. Kiedy statek dotrze na miejsce, tunel czasoprzestrzenny otworzy się, umożliwiając prawdziwą błyskawiczną podróż międzygwiezdną, której czas trwania będzie mierzony w minutach.
BĄBEL ZAKŁÓCEŃ
Podobna do teorii tunelu czasoprzestrzennego jest bańka osnowy. W 1994 roku meksykański fizyk Miguel Alcubierre przeprowadził obliczenia według równań Einsteina i odkrył teoretyczną możliwość falowej deformacji kontinuum przestrzennego. W takim przypadku przestrzeń skurczy się przed statkiem kosmicznym i jednocześnie rozszerzy się za nim. Statek kosmiczny jest jakby umieszczony w zakrzywionej bańce, która może poruszać się z nieograniczoną prędkością. Geniusz pomysłu polega na tym, że statek kosmiczny spoczywa w bańce krzywizny, a prawa teorii względności nie są naruszane. W tym samym czasie sama bańka krzywizny porusza się, lokalnie zniekształcając czasoprzestrzeń.
Pomimo niemożności podróżowania szybciej niż światło, nic nie stoi na przeszkodzie, aby przestrzeń poruszała się lub zakrzywianie czasoprzestrzeni rozprzestrzeniało się szybciej niż światło, co, jak się uważa, wydarzyło się bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, kiedy powstał Wszechświat.
Wszystkie te pomysły nie mieszczą się jeszcze w ramach współczesna nauka Jednak w 2012 roku przedstawiciele NASA ogłosili przygotowanie eksperymentalnego testu teorii dr Alcubierre’a. Kto wie, może teoria względności Einsteina pewnego dnia stanie się częścią nowej teoria globalna. W końcu proces uczenia się nie ma końca. Oznacza to, że pewnego dnia będziemy mogli przebić się przez ciernie do gwiazd.
Irina GROMOWA
Nowoczesne technologie i odkrycia przenoszą eksplorację kosmosu na zupełnie inny poziom, ale podróże międzygwiezdne to wciąż marzenie. Czy jednak jest to aż tak nierealne i nieosiągalne? Co możemy zrobić teraz i czego możemy się spodziewać w najbliższej przyszłości?
Analizując dane uzyskane z teleskopu Keplera, astronomowie odkryli 54 egzoplanety potencjalnie nadające się do zamieszkania. Te odległe światy znajdują się w strefie zamieszkiwalnej, tj. w pewnej odległości od gwiazdy centralnej, co pozwala na utrzymanie wody w postaci płynnej na powierzchni planety.
Jednak odpowiedź na główne pytanie, czy jesteśmy sami we Wszechświecie, jest trudna do uzyskania – ze względu na ogromną odległość dzielącą Układ Słoneczny od naszych najbliższych sąsiadów. Na przykład „obiecująca” planeta Gliese 581g znajduje się w odległości 20 lat świetlnych - to wystarczająco blisko jak na standardy kosmiczne, ale wciąż za daleko dla instrumentów ziemskich.
Obfitość egzoplanet w promieniu 100 lub mniej lat świetlnych od Ziemi oraz ogromne zainteresowanie naukowe, a nawet cywilizacyjne, jakie stanowią dla ludzkości, zmuszają nas do świeżego spojrzenia na fantastyczną dotychczas koncepcję podróży międzygwiezdnych.
Lot do innych gwiazd jest oczywiście kwestią technologii. Co więcej, istnieje kilka możliwości osiągnięcia tak odległego celu, a wybór na korzyść tej czy innej metody nie został jeszcze dokonany.
Ludzkość wysłała już w przestrzeń kosmiczną pojazdy międzygwiezdne: sondy Pioneer i Voyager. Obecnie opuścili Układ Słoneczny, jednak ich prędkość nie pozwala mówić o szybkim osiągnięciu celu. Tym samym Voyager 1, poruszając się z prędkością około 17 km/s, przeleci niesamowicie nawet do najbliższej gwiazdy Proxima Centauri (4,2 lat świetlnych) długoterminowy- 17 tysięcy lat.
Wiadomo, że nowoczesnymi silnikami rakietowymi nie dotrzemy dalej niż do Układu Słonecznego: aby przewieźć 1 kg ładunku nawet do pobliskiej Proxima Centauri potrzeba kilkudziesięciu tysięcy ton paliwa. Jednocześnie wraz ze wzrostem masy statku wzrasta ilość potrzebnego paliwa, a do jego transportu potrzebne jest dodatkowe paliwo. Błędne koło, które kładzie kres zbiornikom z paliwem chemicznym – budowa ważącego miliardy ton statku kosmicznego wydaje się przedsięwzięciem absolutnie niesamowitym. Proste obliczenia z wykorzystaniem wzoru Ciołkowskiego pokazują, że aby przyspieszyć statek kosmiczny za pomocą silnika rakietowego o paliwo chemiczne osiągnięcie prędkości około 10% prędkości światła wymagałoby więcej paliwa, niż jest dostępne w znanym wszechświecie.
Reakcja syntezy termojądrowej wytwarza energię na jednostkę masy średnio milion razy więcej niż procesy chemiczne spalanie. Dlatego w latach 70. NASA zwróciła uwagę na możliwość wykorzystania termojądrowych silników rakietowych. Projekt drona statek kosmiczny Dedal przewidział stworzenie silnika, w którym małe granulki paliwa termojądrowego byłyby wprowadzane do komory spalania i zapalane wiązkami elektronów. Produkty reakcji termojądrowej wylatują z dyszy silnika i nadają statkowi przyspieszenie.
Statek kosmiczny Dedal w porównaniu do Empire State Building
Dedal miał zabrać na pokład 50 tysięcy ton pelletu paliwowego o średnicy 4 i 2 mm. Granulki składają się z rdzenia zawierającego deuter i tryt oraz otoczki z helu-3. Ten ostatni stanowi tylko 10-15% masy pelletu paliwowego, ale w rzeczywistości jest paliwem. Hel-3 występuje powszechnie na Księżycu, a deuter jest szeroko stosowany w przemyśle nuklearnym. Rdzeń deuterowy służy jako detonator zapalający reakcję termojądrową i wywołuje potężną reakcję polegającą na uwolnieniu reaktywnego strumienia plazmy, kontrolowanego przez silne pole magnetyczne. Główna komora spalania molibdenu silnika Daedalus miała ważyć ponad 218 ton, komora drugiego stopnia – 25 ton. Cewki nadprzewodzące magnetyczne pasują również do ogromnego reaktora: pierwszy waży 124,7 tony, a drugi - 43,6 tony. Dla porównania sucha masa wahadłowca wynosi niecałe 100 ton.
Lot Dedala miał być dwuetapowy: silnik pierwszego stopnia miał pracować ponad 2 lata i spalić 16 milionów granulek paliwa. Po wydzieleniu pierwszego stopnia silnik drugiego stopnia pracował prawie dwa lata. W ten sposób w ciągu 3,81 lat ciągłego przyspieszania Dedal osiągnąłby maksymalna prędkość przy 12,2% prędkości światła. Taki statek pokona dystans do gwiazdy Barnarda (5,96 lat świetlnych) za 50 lat i będzie mógł przelatując przez odległy układ gwiezdny transmitować drogą radiową na Ziemię wyniki swoich obserwacji. Cała misja zajmie więc około 56 lat.
Pomimo dużych trudności w zapewnieniu niezawodności licznych systemów Daedalusa i jego ogromnych kosztów, projekt ten można zrealizować na obecnym poziomie technologii. Ponadto w 2009 roku zespół pasjonatów wznowił prace nad projektem statku termojądrowego. Projekt Icarus obejmuje obecnie 20 tematów naukowych dotyczących teoretycznego rozwoju systemów i materiałów statków kosmicznych międzygwiazdowych.
Tym samym możliwe są już dziś bezzałogowe loty międzygwiezdne na odległości do 10 lat świetlnych, co zajmie około 100 lat lotu plus czas, zanim sygnał radiowy dotrze z powrotem na Ziemię. Układy gwiezdne Alpha Centauri, Gwiazda Barnarda, Syriusz, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 i 248, CN Leo, WISE 1541-2250 mieszczą się w tym promieniu. Jak widzimy, w pobliżu Ziemi znajduje się wystarczająca liczba obiektów, które można badać za pomocą misji bezzałogowych. Ale co, jeśli roboty znajdą coś naprawdę niezwykłego i wyjątkowego, na przykład złożoną biosferę? Czy wyprawa z udziałem człowieka będzie mogła dotrzeć na odległe planety?
Lot na całe życie
Jeśli już dziś możemy rozpocząć budowę statku bezzałogowego, to sytuacja z załogowym jest bardziej skomplikowana. Przede wszystkim paląca jest kwestia czasu lotu. Weźmy tę samą gwiazdę Barnarda. Kosmonauci będą musieli przygotować się na załogowy lot ze szkoły, gdyż nawet jeśli start z Ziemi nastąpi w 20. rocznicę ich powstania, statek kosmiczny dotrze do celu misji przed 70., a nawet 100. rocznicą (biorąc pod uwagę konieczność hamowania, co nie jest konieczne w locie bezzałogowym). Wybór załogi w młodym wieku jest obarczony niezgodnością psychologiczną i konflikty interpersonalne, a wiek 100 lat nie daje nadziei na owocną pracę na powierzchni planety i powrót do domu.
Czy jednak jest sens wracać? Liczne badania NASA prowadzą do rozczarowującego wniosku: długotrwałe narażenie na nieważkość nieodwracalnie zniszczy zdrowie astronautów. Zatem praca profesora biologii Roberta Fittsa z astronautami ISS pokazuje, że nawet pomimo aktywności ćwiczenia fizyczne na pokładzie statku kosmicznego po trzyletniej misji na Marsa duże mięśnie, takie jak mięśnie łydek, staną się o 50% słabsze. Podobnie maleje gęstość mineralna tkanka kostna. W rezultacie zdolność do pracy i przeżycie w ekstremalne sytuacje znacznie się zmniejsza, a okres przystosowania się do normalnej grawitacji będzie wynosić co najmniej rok. Loty w stanie nieważkości przez dziesięciolecia postawią pod znakiem zapytania samo życie astronautów. Być może organizm ludzki będzie w stanie zregenerować się np. podczas hamowania przy stopniowo rosnącej grawitacji. Ryzyko śmierci jest jednak nadal zbyt wysokie i wymaga radykalnego rozwiązania.
Stanford Tor to kolosalna konstrukcja z całymi miastami wewnątrz obracającej się obręczy.
Niestety rozwiązanie problemu nieważkości na statku międzygwiezdnym nie jest takie proste. Dostępna nam zdolność do tworzenia sztucznej grawitacji za pomocą rotacji moduł mieszkalny ma wiele trudności. Aby wytworzyć ziemską grawitację, nawet koło o średnicy 200 m musiałoby się obracać z prędkością 3 obrotów na minutę. Przy tak szybkim obrocie siła Cariolisa wytworzy obciążenia całkowicie nie do zniesienia dla ludzkiego układu przedsionkowego, powodując nudności i ostre ataki choroby morskiej. Jedynym rozwiązaniem tego problemu jest Stanford Tor, opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda w 1975 roku. To ogromny pierścień o średnicy 1,8 km, w którym mogłoby zamieszkać 10 tysięcy astronautów. Ze względu na swój rozmiar zapewnia siłę grawitacji 0,9-1,0 g i jest dość komfortowe zakwaterowanie ludzie. Jednak nawet przy prędkościach obrotowych niższych niż jeden obrót na minutę ludzie nadal będą odczuwać łagodny, ale zauważalny dyskomfort. Co więcej, jeśli zbuduje się tak gigantyczny przedział mieszkalny, nawet niewielkie zmiany w rozkładzie ciężaru torusa będą miały wpływ na prędkość obrotową i będą powodować wibracje całej konstrukcji.
Problem promieniowania również pozostaje trudny. Nawet w pobliżu Ziemi (na pokładzie ISS) astronauci przebywają nie dłużej niż sześć miesięcy ze względu na niebezpieczeństwo narażenia na promieniowanie. Międzyplanetarny statek kosmiczny będzie musiał być wyposażony w ciężką ochronę, ale pozostaje kwestia wpływu promieniowania na organizm ludzki. W szczególności ryzyko raka, którego rozwój w stanie nieważkości praktycznie nie było badane. Na początku tego roku naukowiec Krasimir Iwanow z Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki w Kolonii opublikował wyniki interesującego badania zachowania komórek czerniaka (najniebezpieczniejszej formy raka skóry) w stanie nieważkości. W porównaniu z komórkami nowotworowymi hodowanymi w normalnej grawitacji, komórki hodowane w zerowej grawitacji przez 6 i 24 godziny były mniej podatne na przerzuty. Wygląda na to, że dobre wieści, ale tylko na pierwszy rzut oka. Faktem jest, że taki „kosmiczny” nowotwór może pozostawać w stanie uśpienia przez dziesięciolecia i nieoczekiwanie rozprzestrzenić się na dużą skalę, gdy układ odpornościowy zostanie zakłócony. Ponadto z badania jasno wynika, że nadal niewiele wiemy na temat reakcji organizmu ludzkiego na długotrwałe przebywanie w przestrzeni kosmicznej. Dziś astronauci, zdrowi, silni ludzie, spędzają tam zbyt mało czasu, aby swoje doświadczenia przenieść na długi lot międzygwiezdny.
W każdym razie statek na 10 tysięcy osób to wątpliwy pomysł. Aby stworzyć niezawodny ekosystem dla tak wielu ludzi, potrzeba ogromnej liczby roślin, 60 tysięcy kurczaków, 30 tysięcy królików i stada bydła. Samo to może zapewnić dietę o wartości 2400 kalorii dziennie. Jednak wszystkie eksperymenty mające na celu utworzenie takich zamkniętych ekosystemów niezmiennie kończą się niepowodzeniem. Tym samym podczas największego eksperymentu „Biosfera-2” przeprowadzonego przez Space Biosfera Ventures zbudowano sieć hermetycznych budynków o łącznej powierzchni 1,5 ha, w których znalazło się 3 tysiące gatunków roślin i zwierząt. Cały ekosystem miał stać się samowystarczalną małą „planetą” zamieszkałą przez 8 osób. Eksperyment trwał 2 lata, ale już po kilku tygodniach zaczęły się poważne problemy: mikroorganizmy i owady zaczęły się niekontrolowanie rozmnażać, nadmiernie zużywając tlen i rośliny. duże ilości okazało się też, że bez wiatru rośliny stały się zbyt kruche. W wyniku lokalnej katastrofy ekologicznej ludzie zaczęli tracić na wadze, ilość tlenu spadła z 21% do 15%, a naukowcy musieli naruszyć warunki eksperymentu i zaopatrzyć ośmiu „kosmonautów” w tlen i żywność.
Zatem tworzenie złożonych ekosystemów wydaje się błędnym i niebezpiecznym sposobem zapewnienia załodze statku międzygwiezdnego tlenu i pożywienia. Aby rozwiązać ten problem, potrzebne będą specjalnie zaprojektowane organizmy ze zmodyfikowanymi genami, które będą mogły odżywiać się światłem, odpadami i prostymi substancjami. Na przykład duże nowoczesne warsztaty do produkcji jadalnych alg chlorella mogą wyprodukować do 40 ton zawiesiny dziennie. Jeden całkowicie autonomiczny bioreaktor o wadze kilku ton może wyprodukować do 300 litrów zawiesiny chlorelli dziennie, co wystarcza na wyżywienie kilkudziesięciu osobowej załogi. Genetycznie modyfikowana chlorella mogła nie tylko zaspokoić potrzeby załogi składniki odżywcze, ale także poddawać recyklingowi odpady, w tym dwutlenek węgla. Obecnie proces inżynierii genetycznej mikroalg stał się powszechny i istnieje wiele próbek przeznaczonych do oczyszczania ścieki, produkcja biopaliw itp.
zamrożony sen
Prawie wszystkie powyższe problemy załogowych lotów międzygwiezdnych można rozwiązać za pomocą jednej bardzo obiecującej technologii - animacji zawieszonej lub, jak to się nazywa, kriostazy. Anabioza to co najmniej kilkukrotne spowolnienie procesów życiowych człowieka. Jeśli uda się pogrążyć człowieka w takim sztucznym letargu, który 10-krotnie spowalnia metabolizm, to podczas 100-letniego lotu zestarzeje się on we śnie zaledwie o 10 lat. Ułatwia to rozwiązanie problemów odżywiania, zaopatrzenia w tlen, zaburzeń psychicznych i wyniszczenia organizmu na skutek działania nieważkości. Ponadto łatwiej jest chronić przedział z podwieszonymi komorami animacyjnymi przed mikrometeorytami i promieniowaniem niż dużą strefę mieszkalną.
Niestety spowolnienie procesów życiowych człowieka jest zadaniem niezwykle trudnym. Ale w naturze istnieją organizmy, które mogą zapadać w sen zimowy i setki razy zwiększać swoją średnią długość życia. Na przykład mała jaszczurka zwana salamandrą syberyjską potrafi zapaść w sen zimowy w trudnych czasach i przeżyć dziesiątki lat, nawet gdy zamarznie w bryłę lodu o temperaturze minus 35-40°C. Znane są przypadki, gdy salamandry spędziły około 100 lat w stanie hibernacji i jak gdyby nic się nie stało, rozmroziły się i uciekły przed zaskoczonymi badaczami. Co więcej, zwykła „ciągła” długość życia jaszczurki nie przekracza 13 lat. Niesamowitą zdolność salamandry tłumaczy się tym, że jej wątroba syntetyzuje dużą ilość gliceryny, prawie 40% jej masy ciała, która chroni komórki przed niskimi temperaturami.
Główną przeszkodą w zanurzeniu człowieka w kriostazę jest woda, która stanowi 70% naszego ciała. Po zamrożeniu zamienia się w kryształki lodu, zwiększając swoją objętość o 10%, co powoduje pęknięcie błony komórkowej. Ponadto, gdy komórka zamarza, substancje rozpuszczone w komórce migrują do pozostałej wody, zakłócając wewnątrzkomórkowe procesy wymiany jonowej, a także organizację białek i innych struktur międzykomórkowych. Ogólnie rzecz biorąc, zniszczenie komórek podczas zamrażania uniemożliwia powrót człowieka do życia.
Istnieje jednak obiecujący sposób rozwiązania tego problemu – hydraty klatratu. Odkryto je już w 1810 roku, kiedy brytyjski naukowiec Sir Humphry Davy wstrzyknął chlor do wody pod wysokim ciśnieniem i był świadkiem powstawania stałych struktur. Były to hydraty klatratów – jedna z form lodu wodnego, zawierająca obcy gaz. W przeciwieństwie do kryształków lodu, sieci klatratowe są mniej trwałe, nie mają ostrych krawędzi, ale mają wnęki, w których mogą „ukrywać się” substancje wewnątrzkomórkowe. Technologia animacji w zawieszeniu klatratowym byłaby prosta: przy użyciu gazu obojętnego, takiego jak ksenon lub argon, temperatura jest tuż poniżej zera, a metabolizm komórkowy zaczyna stopniowo zwalniać, aż do momentu, w którym człowiek popada w kriostazę. Niestety, tworzenie hydratów klatratów jest wymagane wysokie ciśnienie krwi(około 8 atmosfer) i bardzo wysokie stężenie gazu rozpuszczonego w wodzie. Wciąż nie wiadomo, jak stworzyć takie warunki w żywym organizmie, chociaż odnotowano w tej dziedzinie pewne sukcesy. Tym samym klatraty są w stanie chronić tkankę mięśnia sercowego przed zniszczeniem mitochondriów nawet w temperaturach kriogenicznych (poniżej 100 stopni Celsjusza), a także zapobiegać uszkodzeniom błon komórkowych. Nie ma jeszcze mowy o eksperymentach nad anabiozą klatratów u ludzi, gdyż komercyjne zapotrzebowanie na technologie kriostazy jest niewielkie i prowadzone są głównie badania na ten temat małe firmy, oferującą usługi zamrażania zwłok zmarłych.
Lot na wodorze
W 1960 roku fizyk Robert Bussard zaproponował oryginalną koncepcję termojądrowego silnika strumieniowego, który rozwiązuje wiele problemów związanych z podróżami międzygwiezdnymi. Pomysł polega na wykorzystaniu wodoru i pyłu międzygwiazdowego obecnego w przestrzeni kosmicznej. Statek kosmiczny z takim silnikiem najpierw przyspiesza na własnym paliwie, a następnie rozwija ogromny lej pola magnetycznego o średnicy tysięcy kilometrów, który wychwytuje wodór z kosmosu. Wodór ten służy jako niewyczerpane źródło paliwa do silnika rakiety termojądrowej.
Zastosowanie silnika Bussarda obiecuje ogromne korzyści. Przede wszystkim dzięki „darmowemu” paliwu można poruszać się ze stałym przyspieszeniem rzędu 1 g, co sprawia, że znikają wszelkie problemy związane z nieważkością. Ponadto silnik pozwala rozpędzić się do ogromnych prędkości - 50% prędkości światła, a nawet więcej. Teoretycznie, poruszając się z przyspieszeniem 1 g, statek z silnikiem Bussarda może pokonać odległość 10 lat świetlnych w ciągu około 12 lat ziemskich, a dla załogi, ze względu na efekty relatywistyczne, minęłoby zaledwie 5 lat czasu statku.
Niestety droga do stworzenia statku z silnikiem Bussarda napotyka szereg poważnych problemów, których nie da się rozwiązać przy obecnym poziomie technologii. Przede wszystkim konieczne jest stworzenie gigantycznej i niezawodnej pułapki na wodór, generującej pola magnetyczne o gigantycznej sile. Jednocześnie musi zapewniać minimalne straty i sprawny transport wodoru do reaktora termojądrowego. Sam proces reakcji termojądrowej przemiany czterech atomów wodoru w atom helu, zaproponowany przez Bussarda, rodzi wiele pytań. Faktem jest, że ta najprostsza reakcja jest trudna do przeprowadzenia w reaktorze jednoprzejściowym, ponieważ przebiega zbyt wolno i w zasadzie jest możliwa tylko wewnątrz gwiazd.
Postęp w badaniach nad syntezą termojądrową daje jednak nadzieję, że problem uda się rozwiązać np. wykorzystując „egzotyczne” izotopy i antymaterię jako katalizator reakcji.
Dotychczasowe badania na temat silnika Bussarda toczą się wyłącznie w płaszczyźnie teoretycznej. Wymagane są obliczenia oparte na rzeczywistych technologiach. Przede wszystkim konieczne jest opracowanie silnika zdolnego wytworzyć energię wystarczającą do zasilenia pułapki magnetycznej i utrzymania reakcji termojądrowej, wytworzenia antymaterii oraz pokonania oporu ośrodka międzygwiazdowego, co spowolni ogromny elektromagnetyczny „żagiel”.
Antymateria na ratunek
Może to zabrzmi dziwnie, ale dziś ludzkości bliżej jest stworzenia silnika na antymaterię niż intuicyjnego i pozornie prostego silnika odrzutowego Bussarda.
Sonda opracowana przez Hbar Technologies będzie miała cienki żagiel wykonany z włókna węglowego pokrytego uranem 238. Kiedy przeciwwodór uderzy w żagiel, ulegnie anihilacji i wytworzy ciąg odrzutowy.
W wyniku anihilacji wodoru i antywodoru powstaje potężny strumień fotonów, którego prędkość wypływu osiąga maksimum dla silnika rakietowego, tj. prędkość światła. Jest to idealny wskaźnik pozwalający osiągnąć bardzo duże prędkości bliskie światła statku kosmicznego napędzanego fotonami. Niestety wykorzystanie antymaterii jako paliwa rakietowego jest bardzo trudne, ponieważ podczas anihilacji powstają wybuchy potężnego promieniowania gamma, które zabiją astronautów. Ponadto nie ma jeszcze technologii przechowywania duże ilości antymaterii, a sam fakt gromadzenia się ton antymaterii, nawet w przestrzeni kosmicznej odległej od Ziemi, stanowi poważne zagrożenie, gdyż anihilacja nawet jednego kilograma antymaterii jest równoznaczna eksplozja nuklearna o mocy 43 megaton (eksplozja takiej siły mogłaby zamienić jedną trzecią Stanów Zjednoczonych w pustynię). Koszt antymaterii to kolejny czynnik komplikujący loty międzygwiazdowe napędzane fotonami. Nowoczesne technologie produkcji antymaterii umożliwiają wyprodukowanie jednego grama antywodoru kosztem kilkudziesięciu bilionów dolarów.
Jednakże duże projekty badania nad antymaterią przynoszą owoce. Obecnie powstają specjalne magazyny pozytonów, „butelki magnetyczne”, czyli pojemniki chłodzone ciekłym helem, których ścianki wykonane są z pól magnetycznych. W czerwcu tego roku naukowcom z CERN udało się zachować atomy antywodoru przez 2000 sekund. Na Uniwersytecie Kalifornijskim (USA) powstaje największy na świecie magazyn antymaterii, który będzie w stanie zgromadzić ponad bilion pozytonów. Jednym z celów naukowców z UC jest stworzenie przenośnych zbiorników na antymaterię, które można wykorzystać do celów naukowych z dala od dużych akceleratorów. Projekt ma wsparcie Pentagonu, który jest zainteresowany wojskowymi zastosowaniami antymaterii, dlatego jest mało prawdopodobne, aby fundusze na największą na świecie gamę butelek magnetycznych zabrakło.
Nowoczesne akceleratory będą w stanie wyprodukować jeden gram antywodoru w ciągu kilkuset lat. To bardzo długi czas, dlatego jedynym wyjściem jest rozwój nowa technologia produkcji antymaterii lub zjednoczyć wysiłki wszystkich krajów na naszej planecie. Ale nawet w tym przypadku, przy nowoczesnych technologiach, nie można nawet marzyć o wyprodukowaniu dziesiątek ton antymaterii na potrzeby międzygwiezdnego załogowego lotu.
Jednak nie wszystko jest takie smutne. Specjaliści z NASA opracowali kilka projektów statków kosmicznych, które mogłyby wyruszyć w przestrzeń kosmiczną za pomocą zaledwie jednego mikrograma antymaterii. NASA wierzy, że udoskonalony sprzęt umożliwi produkcję antyprotonów kosztem około 5 miliardów dolarów za gram.
Amerykańska firma Hbar Technologies przy wsparciu NASA opracowuje koncepcję bezzałogowych sond napędzanych silnikiem zasilanym antywodorem. Pierwszym celem tego projektu jest stworzenie bezzałogowego statku kosmicznego, który w niecałe 10 lat mógłby polecieć do Pasa Kuipera na obrzeżach Układu Słonecznego. Dziś nie da się dolecieć do tak odległych punktów w ciągu 5-7 lat, w szczególności sonda NASA New Horizons przeleci przez Pas Kuipera 15 lat po wystrzeleniu.
Sonda podróżująca na odległość 250 jednostek astronomicznych. za 10 lat będzie bardzo mały, o ładowności zaledwie 10 mg, ale będzie też potrzebował trochę antywodoru - 30 mg. Tevatron miałby wyprodukować taką ilość w ciągu kilku dziesięcioleci, a naukowcy mogliby przetestować nową koncepcję silnika podczas prawdziwej misji kosmicznej.
Wstępne obliczenia pokazują również, że w podobny sposób możliwe jest wysłanie małej sondy do Alfa Centauri. Na jednym gramie antywodoru dotrze do odległej gwiazdy za 40 lat.
Może się wydawać, że wszystko to jest fantazją i nie ma nic wspólnego z najbliższą przyszłością. Na szczęście tak nie jest. Podczas gdy uwaga społeczna skupia się na globalnych kryzysach, niepowodzeniach gwiazd popu i innych bieżących wydarzeniach, epokowe inicjatywy pozostają w cieniu. Agencja kosmiczna NASA uruchomiła ambitny projekt 100 Year Starship, który zakłada stopniowe i wieloletnie tworzenie podstaw naukowo-technologicznych dla lotów międzyplanetarnych i międzygwiezdnych. Program ten nie ma sobie równych w historii ludzkości i powinien przyciągać naukowców, inżynierów i pasjonatów innych zawodów z całego świata. W dniach 30 września–2 października 2011 r. w Orlando na Florydzie odbędzie się sympozjum, którego celem będzie omówienie różne technologie loty kosmiczne. Na podstawie wyników takich wydarzeń specjaliści NASA opracują biznesplan, który ma pomóc określonym branżom i firmom opracowującym technologie, których obecnie brakuje, ale są niezbędne do przyszłych podróży międzygwiezdnych. Jeśli ambitny program NASA zakończy się sukcesem, w ciągu 100 lat ludzkość będzie w stanie zbudować międzygwiezdny statek kosmiczny i będziemy poruszać się po Układzie Słonecznym z taką samą łatwością, jak dzisiaj latamy z kontynentu na kontynent.
