Å håndtere tyngdekraften i romoppskytninger er ikke en lett oppgave. Konvensjonelle raketter er veldig dyre, genererer mye rusk og er i praksis veldig farlige. Heldigvis står ikke vitenskapen stille, og det dukker opp flere og flere alternative måter som lover oss mer effektive, rimeligere og sikrere måter å erobre det ytre rom på. I dag skal vi snakke om hvordan menneskeheten vil fly ut i verdensrommet i fremtiden.
Men før vi starter, skal det påpekes at kjemiske jetmotorer (CRM), som nå brukes som grunnlag for alle romoppskytninger, er et kritisk verktøy for utviklingen av romfartssektoren, så bruken av dem vil fortsette i flere tiår til det er funnet og, viktigst, gjentatte ganger testet en teknologi som er i stand til å gi en smertefri overgang til et grunnleggende nytt nivå på plassoppskytninger og flyreiser.
Men allerede nå, når kostnadene for lanseringer kan utgjøre flere hundre millioner dollar, blir det klart at HRD er en blindvei. Ta det siste Space Launch System som et eksempel. Det er dette systemet som blir ansett av NASAs luftfartsbyrå som grunnlaget for utforskning av dype rom. Eksperter har beregnet at kostnadene for en lansering av SLS vil være på rundt 500 millioner dollar. Nå som plassen ikke bare er et spørsmål om stater, men også private selskaper, har billigere alternativer begynt å bli tilbudt. For eksempel vil SpaceXs Falcon Heavy koste rundt 83 millioner dollar å lansere. Men det er fremdeles veldig, veldig dyrt. Og vi berører ennå ikke spørsmålet om miljøvennlighet av romoppskytninger basert på CRD, som uten tvil forårsaker betydelig skade på miljøet.
Den gode nyheten er at forskere og ingeniører allerede foreslår alternative måter og metoder for romoppskyting, og noen av dem har potensial til å bli effektive teknologier i løpet av de neste tiårene. Alle disse alternativene kan oppsummeres under flere kategorier: alternative typer jetoppskytninger, stasjonære og dynamiske transportsystemer og utkastingssystemer. Selvfølgelig forener de ikke alle de foreslåtte ideene, men i denne artikkelen vil vi analysere de mest lovende.
Alternative typer jetoppskytninger
Laser jet skyve
Plasma-omdirigering for å øke drivkraften
Salgsfremmende video:
Missilene som brukes i dag krever enorme mengder faste eller flytende drivstoffer, og oftest er deres rekkevidde og effektivitet begrenset av hvor mye av det drivstoffet de kan ta med seg. Imidlertid er det et alternativ som vil overvinne disse begrensningene i fremtiden. Løsningen kan være spesielle laserinstallasjoner som vil sende raketter ut i verdensrommet.
De russiske fysikerne Yuri Rezunkov fra Institute for the Development of Optoelectronic Instruments og Alexander Schmidt fra Ioffe Physicotechnical Institute beskrev nylig prosessen med "laser ablasjon", ifølge hvilken skyvekraften til et fly ville bli generert ved hjelp av laserstråling generert av en laseranordning utenfor romskipet. Som et resultat av eksponering for denne strålingen vil materialet på den mottatte overflaten bli brent og en plasma-strømning vil bli opprettet. Denne strømmen vil gi den nødvendige skyvekraften som er i stand til å akselerere romskipet til hastigheter titalls ganger større enn lydens hastighet.
Hvis vi utelater all den fantastiske naturen til denne metoden, før vi oppretter et slikt system, vil det være nødvendig å løse to problemer: laseren i dette tilfellet må være utrolig kraftig. Så kraftig at det bokstavelig talt kan fordampe metall over en avstand på flere hundre kilometer. Derav et annet problem - denne laseren kan brukes som et våpen for å ødelegge annet romfartøy.
Stratosfæriske sjøsettinger og romfly
Mindre konseptuelle og mer realistiske ser ut til å være metoden for å sjøsette romfartøy ved hjelp av spesielle kraftige lastbærende luftetraktorer.
Hvem sa at Virgin Galactics metode bare kunne brukes til romturisme? Selskapet planlegger å bruke sin LauncherOne-enhet som transportsystem for å sette i gang kompakte satellitter som veier opptil 100 kilo i jordens bane. Tatt i betraktning hvor raskt romsystemer er miniaturisert nå, er ideen veldig interessant.
Andre eksempler på et lanseringssystem er romfartøyet XCOR Aerospace Lynx Mark III (bildet over) og romfartøyet Orbital Sciences Pegasus II (bildet under).
En av fordelene med romskytinger fra luftrommet er at raketter ikke trenger å reise gjennom en veldig tett atmosfære. Som et resultat vil belastningen på selve enheten redusere. I tillegg er flyene mye enklere å starte. Det er mindre utsatt for endringer i atmosfæren. Til slutt åpner funksjonen til slike lanseringer flere muligheter med tanke på den skalaen som kan velges.
Romfly er et annet alternativ. Disse gjenbrukbare flyene vil være lik den pensjonerte skyttelen og Buran, men i motsetning til de sistnevnte, vil de ikke kreve bruk av store utskytningsbiler for å starte i bane. Et av de mest lovende og avanserte prosjektene i denne forbindelse er det britiske romflyet British Skylon (bildet over) - et en-trinns fly for å komme inn i bane. Romfartøyets jetkraft vil bli generert av to luftstråle-motorer, som vil akselerere det til en hastighet som er 5 ganger høyere enn lydens hastighet og løfter det til en høyde på nesten 30 kilometer. Dette er imidlertid bare 20 prosent av den nødvendige hastigheten og høyden som kreves for en romvandring, så romflyet, etter å ha nådd taket, vil bytte til den såkalte "rakettmodus".
Dessverre er det fortsatt mange teknologiske vanskeligheter på vei til gjennomføringen av dette prosjektet som ennå ikke er løst. For eksempel forventes romfly å møte en uplanlagt endring i oppstigningsbanen på grunn av høye dynamiske trykk og ekstreme temperaturer som uunngåelig vil påvirke de mest følsomme delene av flyet. Slike romfly kan med andre ord være farlige.
Et annet eksempel på romfly under utvikling er Dream Chaser, utviklet av Sierra Nevada Corporation for NASAs luftfartsbyrå (bildet over).
Stasjonære og dynamiske transportsystemer
Hvis ikke flyvende maskiner, så er enorme strukturer som stiger til utrolige høyder eller til og med rett ut i rommet.
For eksempel foreslo Geoffrey Landis, en forsker og science fiction skribent, ideen om å bygge et gigantisk tårn, hvis topp ville nå grensene for jordens atmosfære. Ligger omtrent 100 kilometer over jordoverflaten, kan den brukes som en utskytningsplattform for konvensjonelle raketter. I denne høyden trenger raketter praktisk talt ikke å takle noen påvirkning av jordens atmosfære.
Et annet konstruksjonsalternativ som har vakt oppmerksomheten fra mange representanter for de vitenskapelige og pseudovitenskapelige miljøene, er romheisen. Faktisk stammer denne ideen tilbake til 1800-tallet. Den moderne versjonen foreslår å strekke en kraftig kabel til en høyde på 35 400 (som er utenfor stedet for de fleste kommunikasjonssatellitter) kilometer over jordoverflaten. Etter å ha utført all nødvendig balansering på kabelen, foreslås det å starte transportkjøretøyene som opererer på lasertrekk med last.
Illustrasjon av en romheis på Mars
Ideen om romheiser har faktisk potensialet til å skape en reell revolusjon innen romtransport til jordbane nær jord. Men det vil være veldig vanskelig å oversette denne ideen til det virkelige liv. Det vil ta lang tid før forskere lager et materiale som kan støtte vekten til en slik struktur. Alternativene som er vurdert er nå karbon nanorør, eller rettere sagt strukturer basert på mikroskopiske diamantforskjeller med ultratynne nanofibre. Men selv om vi finner en måte å bygge en romheis på, løser den ikke alle problemene. Farlige vibrasjoner, intense vibrasjoner, kollisjoner med satellitter og romrester er bare noen få av oppgavene som må håndteres.
Et annet foreslått alternativ er gigantiske "orbital svinghjul". Svinghjul roterer satellitter med lange kabler som divergerer i to forskjellige retninger, hvis ender vil komme i kontakt med planetens atmosfære under rotasjon. I dette tilfellet vil strukturens rotasjonshastighet delvis eller fullstendig kompensere for banehastigheten.
Orions armportal forklarer hvordan de fungerer:
“På den nedre delen av kabelen, som ligger i nærheten av en planet på jordens størrelse, vil det være en dokkeplattform som ligger i en høyde på 100-300 kilometer over overflaten (mens selve kabellengden fra svinghjulets sentrum vil være flere tusen kilometer). Denne høyden ble valgt fordi her effekten av atmosfæren på selve "svinghjulet" vil bli minimert, og tyngdekraften til dokkingskyttene vil bli minimert. Docking vil skje med svært lave hastigheter både for selve svinghjulet og forankringsbussen, vanligvis på toppen av den parabolske suborbitalbanen satt av utskytningsbilen. I dette tilfellet vil skyttelen være relativt bevegelsesfri i forhold til "svinghjulet" og kan fanges av en spesiell krok og deretter dras til dokkelåsen eller landingsplattformen. For riktig plassering i bane vil "svinghjulene" bruke thrustere."
Siden svinghjulene vil være plassert helt i verdensrommet, ikke festet til jorden, trenger de ikke å oppleve den samme fysiske belastningen som romheisen, så denne ideen kan til slutt vise seg å være mer levedyktig.
Når det gjelder dynamiske strukturer, beskriver Popular Mechanics minst to hovedalternativer:
“Strukturer som” romfontenen”og” Lofstrømsløyfen”vil opprettholde sin strukturelle integritet på grunn av elektrodynamiske effekter eller impulser som beveger deler inni seg, samt last og passasjerer som går i bane. Rotovators ser ut til å være et mer interessant konsept. Denne ideen foreslår konstruksjon av en stor orbitalstruktur med en tether som roterer i planet for bane, slik at hastigheten på enden av tetheren i forhold til sentrum på motsatt side av banehastigheten på sirkels nærmeste jord. Dermed kan kabelen, som passerer minimum, plukke opp ønsket objekt, som har en hastighet som er lavere enn den første kosmiske, og slippe den på punktet med maksimal avstand med en hastighet som allerede er større enn den første kosmiske.
Det vil se ut som "gifen"
Et annet alternativ til romkabelen og heisen er et vertikalt oppblåsbart tårn som kan vokse 20-200 kilometer i høyden. Designet som er foreslått av Brendan Quinn og hans kolleger, vil bli reist på toppen av fjellet og vil være perfekt for atmosfærisk forskning, installasjon av TV- og radiokommunikasjonsutstyr, romfartøyskytinger og turisme. Selve tårnet vil bli laget på grunnlag av flere pneumatiske, eksternt kontrollerte glideseksjoner.
“Å velge et tårn vil bidra til å unngå problemene knyttet til romheisen. Det handler om styrken til et byggemateriale som er egnet for å jobbe i verdensrommet, vanskeligheten med å produsere en kabel som er minst 50 000 kilometer lang og ta opp meteoritttrusselen i lav jordbane, sier forskerne som foreslo tårndesignen.
For å teste ideen deres bygde de en 7-meters tårnmodell med seks moduler, som hver var basert på tre rør installert rundt et sylindrisk rom fylt med luft.
Interessant kan en lignende teknologi brukes i konstruksjonen av "rombryggen" foreslått av John Storrs Hall. I henhold til dette konseptet foreslås det å oppføre en konstruksjon som er 100 kilometer høy og 300 kilometer lang. Med dette oppsettet vil heisen bevege seg direkte til utskytningspunktet. Selve lanseringen av nyttelasten i bane vil skje med en akselerasjon på bare 10g.
Dette hybridalternativet ignorerer ulempene med de foreslåtte alternativene med et orbital tårn (størrelsen på brygga er mye mindre, derfor er det lettere å bygge) og vanskene som vil måtte bli møtt med elektromagnetiske utskytninger (tettheten og motstanden til luft i en høyde av 100 kilometer er en million ganger mindre enn på nivået sjø), sier Hall.
Katapult-systemer
Hvis alle de foreslåtte ideene for den gjennomsnittlige leseren kan virke fullstendig science fiction, er følgende følgende mye nærmere virkeligheten enn de kan virke ved første øyekast. Et annet alternativ til rakettoppskytninger er katapultanlegg, der romfartøyer vil bli skutt ut i verdensrommet som en kanon.
Det er ganske åpenbart at i dette tilfellet selve lasten må utformes for påvirkning av ekstreme krefter. Imidlertid kan katapult-systemer bli et veldig effektivt verktøy for å sende en nyttelast ut i verdensrommet, der den vil bli hentet av romfartøy som ligger der.
Katapult-systemer kan deles inn i tre hovedtyper: elektrisk, kjemisk og mekanisk.
Elektrisk
Denne typen inkluderer jernbanevåpen, eller elektromagnetiske katapulter, som fungerer etter prinsippet om elektromagnetiske akseleratorer. Under lanseringen vil romskipet bli plassert på spesielle føringsskinner og akselerert kraftig ved hjelp av magnetfelt. I dette tilfellet vil akselerasjonskraften være tilstrekkelig for å bringe enheten ut av jordens atmosfære.
Imidlertid vil designfunksjonen til slike systemer gjøre dem veldig massive og dyre å bygge. I tillegg vil slike systemer forbruke en enorm mengde strøm. Til tross for deres kraft, vil elektromagnetiske katapulter fremdeles måtte møte noen av problemene forbundet med tyngdekraften og jordens tette atmosfære. Hvis de brukes, er det mer sannsynlig på planeter med lavere tyngdekraft og en sjelden atmosfære.
Kjemisk
Den foreslår å skyte gjenstander ut i verdensrommet ved å bruke enorme kanoner som er drevet av en brennbar gass som hydrogen. Som med ethvert utkastssystem vil imidlertid lasten som sendes ut i rommet måtte oppleve økt belastning under oppskytingen. I tillegg kan ikke slike systemer brukes til å sende mennesker ut i verdensrommet. I tillegg måtte tilleggsutstyr brukes som vil tillate utsetting av last, for eksempel kompakte satellitter, til permanent bane. Ellers vil det lanserte objektet, etter å ha oppnådd maksimal høyde, ganske enkelt falle tilbake til Jorden.
HARP-prosjekt (High Altitude Research Project). Denne kanonen avfyrte et Martlet-2-rakettprosjektil til en høyde av 180 kilometer. Rekorden er fortsatt holdt
Den logiske utviklingen av HARP-prosjektet var SHARP-prosjektet (Super High Altitude Research Project). På 90-tallet av forrige århundre gjennomførte forskere fra Lawrence Livermore Lab en demonstrasjon av utsetting av prosjektiler med en hastighet på 3 kilometer i sekundet (dog ikke i høyden, men på bakken). Til slutt kom forskere til den konklusjon at konstruksjonen av en virkelig arbeidsprøve av et slikt våpen ville kreve minst 1 milliard dollar. Bildet ble også tykkere av at forskerne ikke klarte å oppnå den planlagte prosjektilhastigheten på 7 kilometer i sekundet.
Mekanisk
Mekaniske kanoner kan tjene som et alternativ til elektromagnetiske og kjemiske kanoner. Det er sant at det ikke er helt riktig å kalle slike systemer våpen. Snarere er det en slags sprettert. Et eksempel er HyperV Technologies Corps Slingatron-prosjekt. Selve systemet er en spiralformet hul struktur inne. Et objekt plassert inne i spiralen blir akselerert ved å rotere hele strukturen rundt et fast punkt.
I teorien er slyngedronen i stand til å gi den nødvendige akselerasjonen. Imidlertid, som utviklerne selv påpeker, er systemet ikke egnet til å sette i gang mennesker og store belastninger i bane. Men denne metoden kan brukes til å sende små belastninger ut i rommet, for eksempel vannforsyning, drivstoff og bygningsmaterialer.
En full størrelse av slyngedronen vil se slik ut
Hvordan vil fremtiden egentlig være?
Det er ekstremt vanskelig å forutsi hva svaret på dette spørsmålet vil være. Uventede teknologiske funn og effektene skapt av dem kan føre til at alle alternativene for rakettløse romoppskyttere som vurderes i dag, vil være på nivå med effektiviteten. Nå er ikke dette tilfelle, som i det minste kan sees fra sammenligningstabellen her.
Ta potensialet til molekylær monteringsteknologi som et eksempel. Når vi mestrer dette området, trenger vi ikke lenger å lansere noe ut i verdensrommet. Vi vil ganske enkelt fange asteroider i solsystemet og lage fra dem (eller rettere sagt de nyttige materialene som finnes i dem) hva vi vil rett i verdensrommet. Det mest interessante er at fremgang i denne retningen allerede er synlig i dag. For eksempel trengte NASA-astronauten Barry Wilmore en gang en kompakt justerbar skiftenøkkel. Det ser ut til, hva er problemet - å gå til nærmeste verktøybutikk? Bare den nærmeste verktøybutikken på den tiden var ikke ved siden av Wilmore, siden astronauten var ombord den internasjonale romstasjonen!NASA kom grasiøst ut av situasjonen - den sendte en e-post til ISS et diagram over den nødvendige tasten og tilbød Wilmore å trykke den selv på en 3D-skriver om bord. Dette er bare ett eksempel som viser at vi på relativt kort tid ikke trenger å skyte noe ut i verdensrommet. Alt vil bli opprettet allerede på plass.
Når det gjelder de nødvendige ressursene, vil dette også slutte å være et problem. Asteroidebeltet er fullt av nødvendig materiale: volumet er nesten halvparten av månen vår. En dag vil vi komme til den konklusjon at en hel sverm av "Philae" -lignende romprober ganske enkelt vil lande på den neste asteroiden eller meteoritten og produsere mineralressurser på dem. NASA ønsker å gjennomføre det første slike oppdrag i 2020. Det er planlagt å fange en liten asteroide, sette den i en stabil månebane, og der for å lande astronauter på den, som kan studere romsteinsstein og til og med samle interessante prøver av jorda.
Å få mennesker ut i verdensrommet er et annet problem, spesielt når du tenker på at det i fremtiden er planer om å flytte til massesending av mennesker ut i verdensrommet. Noen av de foreslåtte ideene, som romheisen, kan faktisk fungere. Men bare hvis vi ikke snakker om erobringen av dype rom. Derfor vil vi i denne saken måtte stole på tradisjonelle rakettoppskytninger i lang tid. Deres ideer uttrykkes allerede både på statlig nivå og i den private sfære. Ta igjen den samme Elon Musk med Mars-koloniseringsprosjektet hans.
Vi må også ta hensyn til det faktum at menneskekroppen ikke egentlig er designet for et veldig langt opphold i verdensrommet. Derfor, inntil vi kommer til effektive teknologier som tillater å skape kunstig tyngdekraft, kan roboter bli en delvis løsning på dette problemet. Roboter kan sendes ut i verdensrommet og fjernstyres fra jorden ved hjelp av en utvidet eller virtuell virkelighet.
Roboter har en reell sjanse til å være nøkkelen til å starte vår dype romutforskning. Det er godt mulig at vi i en fjern fremtid lærer hvordan vi digitaliserer hjernen vår og overfører denne informasjonen til superdatamaskiner om bord på fjerntliggende romstasjoner, hvor den vil bli lastet inn i en rekke robotavatarer, som vi vil bane vei til de fjerne grensene til rommet.
NIKOLAY KHIZHNYAK
