Suočavanje s gravitacijom u svemirskim lansiranjima nije lak zadatak. Konvencionalne rakete vrlo su skupe, stvaraju puno krhotina i u praksi su vrlo opasne. Srećom, znanost ne miruje i pojavljuju se sve više alternativnih metoda koje nam obećavaju učinkovitije, jeftinije i sigurnije načine osvajanja vanjskog prostora. Danas ćemo razgovarati o tome kako će čovječanstvo u budućnosti letjeti u svemir.
No, prije nego što započnete, treba istaknuti da su kemijski mlazni motori (CRM), koji se sada koriste kao osnova za sve izbacivanje u svemir, kritično sredstvo za razvoj svemirskog sektora, pa će se njihova upotreba nastaviti još desetak godina dok ne bude pronašli i, što je najvažnije, opetovano testirali tehnologiju koja može pružiti bezbolan prijelaz na bitno novu razinu svemirskih lansiranja i letova.
Ali već sada, kada troškovi lansiranja mogu iznositi nekoliko stotina milijuna dolara, postaje jasno da je HRD slijepa ulica. Uzmite za primjer najnoviji sustav lansiranja svemira. Upravo taj sustav smatra NASA zrakoplovna agencija kao temelj za istraživanje svemira u dubokom svemiru. Stručnjaci su izračunali da će cijena jednog lansiranja SLS-a biti oko 500 milijuna dolara. Sada, kad prostor nije postao stvar samo države, već i privatnih tvrtki, počele su se nuditi jeftinije alternative. Na primjer, SpaceX-ov Falcon Heavy koštat će oko 83 milijuna dolara za pokretanje. Ali još uvijek je jako, jako skupo. A još se ne dotičemo pitanja ekološke dostupnosti svemirskih lansiranja temeljenih na CRD-u, koja bez sumnje nanose značajnu štetu okolišu.
Dobra vijest je da znanstvenici i inženjeri već predlažu alternativne načine i metode lansiranja u svemir, a neki od njih imaju potencijal postati učinkovitim tehnologijama u sljedećim desetljećima. Sve ove alternative mogu se sažeti u nekoliko kategorija: alternativni tipovi mlaznih metala, stacionarni i dinamični transportni sustavi i sustavi za izbacivanje. Naravno da ne objedinjuju sve predložene ideje, ali u ovom ćemo članku analizirati one najperspektivnije.
Alternativna vrsta lansiranja mlaznica
Laserski potisni mlaz
Preusmjeravanje protoka plazme za povećanje potiska
Promotivni video:
Rakete koje se danas koriste zahtijevaju ogromne količine krutih ili tekućih goriva, a najčešće su njihov domet i učinkovitost ograničeni s obzirom na to koliko goriva mogu nositi. Međutim, postoji opcija koja će u budućnosti prevazići ta ograničenja. Rješenje mogu biti posebne laserske instalacije koje će rakete poslati u svemir.
Ruski fizičari Jurij Rezunkov s Instituta za razvoj optoelektronskih instrumenata i Alexander Schmidt iz fizičko-tehničkog instituta Ioffe nedavno su opisali postupak "laserske ablacije" prema kojem će se potisak zrakoplova stvoriti pomoću laserskog zračenja generiranog laserskim uređajem izvan svemirskog broda. Kao rezultat izloženosti ovom zračenju, materijal primajuće površine spalit će se i stvoriti protok plazme. Taj protok osigurat će potrebnu potisku sposobnu svemirsku letjelicu ubrzati do desetaka puta većim od brzine zvuka.
Ako izostavimo svu fantastičnu prirodu ove metode, prije stvaranja takvog sustava bit će potrebno riješiti dva problema: laser u ovom slučaju mora biti nevjerojatno moćan. Toliko moćan da može doslovno isparavati metal na udaljenosti od nekoliko stotina kilometara. Otuda još jedan problem - ovaj laser se može koristiti kao oružje za uništavanje drugih svemirskih letjelica.
Stratosferska lansiranja i svemirske zrakoplove
Čini se manje konceptualnom i realnijom metoda lansiranja svemirskih letjelica uz pomoć posebnih moćnih zračnih traktora koji nose teret.
Tko je rekao da se metoda Virgin Galactic može koristiti samo za svemirski turizam? Tvrtka planira koristiti svoj LauncherOne uređaj kao transportni sustav za lansiranje kompaktnih satelita težine do 100 kilograma u Zemljinu orbitu. S obzirom na brzinu kojom se svemirski sustavi minijaturiziraju sada je ideja vrlo zanimljiva.
Ostali primjeri sustava lansiranja su svemirska letjelica XCOR Aerospace Lynx Mark III (na slici gore) i svemirska letjelica Orbital Sciences Pegasus II (na slici dolje).
Jedna od prednosti svemirskih lansiranja iz zračnog prostora je ta što rakete ne moraju putovati kroz vrlo gustu atmosferu. Kao rezultat toga, opterećenje na samom uređaju će se smanjiti. Pored toga, zrakoplov je puno lakše pokrenuti. Manje je osjetljiv na atmosferske vremenske promjene. Na kraju, značajka takvih lansiranja otvara više mogućnosti u pogledu selektivne ljestvice.
Svemirski avioni su druga opcija. Ti će zrakoplovi za višekratnu uporabu biti slični povučenom šatl-u i Buranu, ali, za razliku od potonjeg, neće trebati ogromna lansirna vozila za lansiranje u orbitu. Jedan od najperspektivnijih i najnaprednijih projekata u tom pogledu je britanski svemirski avion British Skylon (na slici gore) - jednostepeni zrakoplov za ulazak u orbitu. Stil zrakoplova svemirske letjelice stvorit će dva motora s zračnim mlazom, koji će ga ubrzati do brzine 5 puta veće od brzine zvuka i podići je na visinu od gotovo 30 kilometara. Međutim, ovo je samo 20 posto potrebne brzine i nadmorske visine potrebne za svemirsku plovidbu, tako da će se svemirski zrakoplov nakon dosega visine stropa prebaciti na takozvani "raketni mod".
Nažalost, još uvijek postoje mnoge tehnološke poteškoće na putu provedbe ovog projekta koje još uvijek nisu riješene. Na primjer, očekuje se da će se svemirski avioni suočiti s neplaniranom promjenom putanje uspona zbog visokih dinamičkih tlaka i ekstremnih temperatura, što će neminovno utjecati na najosjetljivije dijelove zrakoplova. Drugim riječima, takvi svemirski avioni mogu biti opasni.
Drugi primjer svemirskih aviona u razvoju je Dream Chaser, koji je razvila korporacija Sierra Nevada za NASA-ino zrakoplovnu agenciju (na slici gore).
Stacionarni i dinamični transportni sustavi
Ako ne lete strojevi, onda su ogromne strukture koje se uzdižu do nevjerojatnih visina ili čak ravno u svemir.
Na primjer, Geoffrey Landis, znanstvenik i pisac znanstvene fantastike, predložio je ideju o izgradnji džinovske kule, čiji bi vrh dosegao granice zemljine atmosfere. Smještena na oko 100 kilometara iznad Zemljine površine, može se koristiti kao lansirna platforma za konvencionalne rakete. Na ovoj visini rakete se praktički ne moraju nositi s bilo kakvim utjecajem zemljine atmosfere.
Druga mogućnost gradnje koja je privukla pažnju mnogih predstavnika znanstvene i pseudoznanstvene zajednice jest svemirski lift. Zapravo, ova ideja datira iz 19. stoljeća. Suvremena verzija predlaže da se kabel s velikim opterećenjem ispruži na nadmorsku visinu od 35 400 (koja je izvan mjesta većine komunikacijskih satelita) kilometara iznad zemljine površine. Nakon provedbe svih potrebnih uravnoteženja na kablu, predlaže se pokretanje transportnih vozila koja rade na laserskoj vuči s teretom.
Ilustracija svemirskog dizala na Marsu
Ideja svemirskih dizala doista ima potencijal stvoriti pravu revoluciju u svemirskom prijevozu do zemaljske orbite. Ali bit će vrlo teško prevesti ovu ideju u stvarni život. Proći će puno vremena prije nego što znanstvenici stvore materijal koji može poduprijeti težinu takve strukture. Opcije koje se razmatraju sada su ugljikove nanocjevčice, točnije strukture temeljene na mikroskopskim dijamantskim presjecima s ultra tankim nano vlaknima. Ali čak i ako pronađemo način za izgradnju svemirskog dizala, to neće riješiti sve probleme. Opasne vibracije, intenzivne vibracije, sudari sa satelitima i svemirske krhotine samo su neki od zadataka koji će se morati riješiti.
Druga predložena alternativa su divovski "orbitalni zamašnjaci". Zamašnjaci su rotirajući sateliti s dugim kablovima koji se odvajaju u dva različita smjera, čiji će krajevi tijekom rotacije dotaknuti atmosferu planeta. U tom će slučaju brzina rotacije strukture djelomično ili u potpunosti nadoknaditi orbitalnu brzinu.
Portal Orion's Arm objašnjava kako funkcioniraju:
"Na donjem dijelu kabela, koji se nalazi u blizini planeta veličine Zemlje, postavit će se priključna platforma na nadmorskoj visini od 100-300 kilometara iznad površine (dok će sama duljina kabela od središta zamašnjaka biti nekoliko tisuća kilometara). Ova visina odabrana je jer će ovdje utjecaj atmosfere na sam „zamašnjak“biti minimaliziran, kao i gravitacijski gubici priključnih roletki minimizirani. Priključivanje će se dogoditi pri vrlo malim brzinama, kako samog zamašnjaka, tako i priključne letvice, obično na vrhuncu parabolične suborbitalne putanje postavljenog lansirnim vozilom. U ovom slučaju, shuttle će biti relativno nepomičan u odnosu na "zamašnjak" i može se uhvatiti posebnim kukom, a zatim povući do brave za pristajanje ili platforme za slijetanje. Za pravilno postavljanje u orbitu, "zamašnjaci" će koristiti potisnike."
Budući da će se zamašnjaci nalaziti u cijelosti u svemiru, a ne usidreni na Zemlji, neće morati doživljavati isti fizički stres kao svemirski dizalo, pa će se ova ideja u konačnici pokazati održivijom.
Kada su u pitanju dinamičke strukture, Popular Mechanics opisuje barem dvije glavne mogućnosti:
„Konstrukcije poput„ svemirske fontane “i„ Lofstromove petlje “održat će svoju strukturnu cjelovitost zbog elektrodinamičkih učinaka ili impulsa koji se kreću dijelovima unutar njih, kao i teret i putnici koji idu u orbitu. Čini se da su rotovatori zanimljiviji koncept. Ova ideja predlaže izgradnju velike orbitalne strukture s tetom koji se okreće u ravnini orbite, tako da je u kraju kruga najbliže Zemlji brzina kraja tetera u odnosu na sredinu suprotna orbitalnoj brzini. Tako kabel, prolazeći minimum, može pokupiti željeni objekt koji ima brzinu manju od prvog kozmičkog i pustiti ga u točki maksimalne udaljenosti brzinom većom od prve kozmičke”.
Izgledat će nešto poput "gif"
Druga alternativa svemirskom kablu i dizalu je vertikalni toranj na napuhavanje koji može narasti 20-200 kilometara u visinu. Dizajn koji su predložili Brendan Quinn i njegovi kolege bit će postavljen na vrhu planine i bit će savršen za atmosferska istraživanja, ugradnju televizijske i radiokomunikacijske opreme, lansiranje svemirskih letjelica i turizam. Sam toranj bit će izrađen na temelju više pneumatskih kliznih dijelova s vanjskim upravljanjem.
„Odabir tornja pomoći će izbjeći probleme povezane sa svemirskim dizalom. Riječ je o snazi građevinskog materijala pogodnog za rad u svemiru, poteškoći u proizvodnji kabela dugog najmanje 50 000 kilometara i rješavanju prijetnje meteorita u niskoj zemaljskoj orbiti “, rekli su istraživači koji su predložili dizajn tornja.
Kako bi testirali svoju ideju, izgradili su 7-metarski model kule sa šest modula, od kojih se svaki temeljio na tri cijevi postavljene oko cilindričnog odjeljka ispunjenog zrakom.
Zanimljivo je da se slična tehnologija može upotrijebiti u izgradnji "svemirskog mola" koji je predložio John Storrs Hall. Prema ovom konceptu, predlaže se podizanje građevine visoke 100 kilometara i duge 300 kilometara. S ovom postavkom, dizalo će se premjestiti izravno na mjesto polaska. Samo pokretanje korisnog tereta u orbitu dogodit će se s ubrzanjem od samo 10 g.
Ova hibridna opcija zanemaruje nedostatke predloženih opcija s orbitalnim tornjem (veličina pristaništa je mnogo manja, stoga je lakše graditi) i poteškoće s kojima će se morati suočiti elektromagnetski lansiranja (gustoća i otpor zraka na nadmorskoj visini od 100 kilometara milijun je puta manje nego na razini more), kaže Hall.
Katapultni sustavi
Ako se sve predložene ideje za prosječnog čitatelja mogu činiti potpuno znanstvenom fantastikom, sljedeće su ideje mnogo bliže stvarnosti nego što se možda čini na prvi pogled. Druga alternativa lansiranju raketa su sustavi katapulta, u kojima će svemirski brodovi biti lansirani u svemir poput topa.
Sasvim je očito da će u ovom slučaju samo opterećenje morati biti dizajnirano za utjecaj ekstremnih sila. Međutim, katapultni sustavi mogu postati stvarno učinkovit alat za slanje korisnog tereta u svemir, gdje će ga pokupiti svemirske letjelice koje se tu nalaze.
Katapultni sustavi mogu se podijeliti u tri glavne vrste: električni, kemijski i mehanički.
Električna
Ova vrsta uključuje šine ili elektromagnetske katapulta, koji djeluju na principu elektromagnetskih akceleratora. Tijekom lansiranja, svemirska letjelica bit će smještena na posebne vodeće tračnice i oštro se ubrzava koristeći magnetsko polje. U ovom slučaju će biti dovoljna sila ubrzanja kako bi se uređaj izvukao iz zemljine atmosfere.
Međutim, dizajnerska značajka takvih sustava učinit će ih vrlo masivnim i skupim za izgradnju. Uz to, takvi će sustavi trošiti ogromnu količinu električne energije. Unatoč svojoj snazi, elektromagnetski katapulti i dalje će se morati suočiti s nekim problemima povezanim s gravitacijom i zemljinom gustom atmosferom. Ako se koriste, vjerojatnije je da su to planeti niže gravitacije i razrijeđena atmosfera.
kemijski
Predlaže lansiranje predmeta u svemir pomoću ogromnih pušaka koje pokreće zapaljivi plin poput vodika. Međutim, kao i bilo koji sustav za izbacivanje, teret poslan u svemir će morati iskusiti povećana opterećenja tijekom lansiranja. Pored toga, takvi se sustavi ne mogu koristiti za slanje ljudi u svemir. Osim toga, trebalo bi upotrijebiti dodatnu opremu koja bi omogućila lansiranje tereta, poput kompaktnih satelita, u stalnu orbitu. U suprotnom, lansirani objekt, postignuvši maksimalnu visinu, jednostavno će pasti natrag na Zemlju.
HARP projekt (istraživački projekt na visokoj visini). Ovaj top ispalio je raketni projektil Martlet-2 na visinu od 180 kilometara. Rekord se još uvijek drži
Logični razvoj HARP projekta bio je projekt SHARP (Istraživački projekt super velike visine). U 90-ima prošlog stoljeća istraživači iz laboratorija Lawrence Livermore izveli su demonstraciju lansiranja projektila brzinom od 3 kilometra u sekundi (iako ne u visinu, već na zemlji). Na kraju su znanstvenici zaključili da će za izgradnju pravog radnog uzorka takvog oružja biti potrebno najmanje milijardu dolara. Slika je također zadebljana činjenica da znanstvenici nisu uspjeli postići planiranu brzinu projektila od 7 kilometara u sekundi.
mehanički
Mehaničke puške mogu poslužiti kao alternativa elektromagnetskim i kemijskim puškama. Istina, nije sasvim ispravno nazivati takve sustave puškama. Umjesto toga, to je svojevrsna praćka. Primjer je projekt Slingatron tvrtke HyperV Technologies Corp. Sam sustav je spiralno šuplja struktura iznutra. Objekt smješten u spiralu ubrzava se okretanjem cijele strukture oko fiksne točke.
Teoretski, slongatron može osigurati potrebno ubrzanje. Međutim, kako sami programeri ističu, sustav nije pogodan za lansiranje ljudi i velikih tereta u orbitu. Ali ova se metoda može koristiti za slanje malih tereta u svemir, poput zaliha vode, goriva i građevinskih materijala.
Pogled na slingatron u punoj veličini izgledao bi ovako
Kakva će zapravo biti budućnost?
Izuzetno je teško predvidjeti kakav će biti odgovor na to pitanje. Neočekivani tehnološki otkrići i učinci koje oni stvaraju mogu dovesti do činjenice da će sve mogućnosti za rakete bez raketa razmotrene danas postati jednake učinkovitosti. Sada to nije slučaj, kao što se vidi barem iz ovdje uporedne tablice.
Uzmimo kao primjer tehnologiju molekularne montaže. Jednom kada savladamo ovo područje, više ne trebamo ništa lansirati u svemir. Jednostavno ćemo uhvatiti asteroide u Sunčevom sustavu i stvoriti od njih (ili bolje korisne materijale koji se nalaze u njima) sve što želimo pravo u svemiru. Najzanimljivije je da se napredak u tom smjeru već vidi danas. Na primjer, NASA astronautu Barryju Wilmoreu jednom je trebao kompaktni podesivi ključ. Čini se da je problem - otići do najbliže trgovine alatima? Samo najbliža trgovina alatima u to vrijeme nije bila pored Wilmorea, budući da je astronaut bio na brodu Međunarodne svemirske stanice!NASA je graciozno izišla iz situacije - poslala je e-poštom ISS-u dijagram potrebnog ključa i Wilmoreu ponudila da je sam ispiše na 3D pisaču na brodu. Ovo je samo jedan primjer koji pokazuje da nam u relativno kratkom vremenu uopće neće trebati ništa lansirati u svemir. Sve će se stvoriti već na mjestu.
Što se tiče potrebnih resursa, to će također prestati biti problem. Asteroidni pojas pun je potrebnog materijala: njegov volumen je gotovo upola manji od našeg Mjeseca. Jednog dana doći ćemo do zaključka da će cijeli roj svemirskih sondi sličnih "Philaeu" jednostavno sletjeti na sljedeći asteroid ili meteorit i na njima će proizvoditi mineralne sirovine. NASA želi izvršiti prvu takvu misiju 2020. godine. Planirano je uhvatiti mali asteroid, staviti ga u stabilnu lunarnu orbitu i tamo sletjeti astronaute koji mogu proučavati svemirsku kaldrmu i čak prikupiti zanimljive uzorke njezina tla.
Dolazak ljudi u svemir je drugačiji problem, pogotovo ako uzmete u obzir da se u budućnosti planira prebaciti na masovno slanje ljudi u svemir. Neke od predloženih ideja, poput svemirskog dizala, zapravo mogu funkcionirati. Ali samo ako ne govorimo o osvajanju dubokog svemira. Stoga ćemo se u tom pitanju dugo morati oslanjati na tradicionalne raketne lansere. Njihove ideje se već izražavaju i na državnoj i u privatnoj sferi. Ponovo uzmite istog Elona Muska sa svojim projektom kolonizacije Marsa.
Moramo uzeti u obzir i činjenicu da ljudsko tijelo nije stvarno dizajnirano za vrlo dugo boravka u prostoru. Stoga, dok ne nađemo na učinkovitim tehnologijama koje omogućuju stvaranje umjetne gravitacije, roboti mogu postati djelomično rješenje ovog problema. Roboti se mogu poslati u svemir i daljinski kontrolirati sa Zemlje pomoću proširene ili virtualne stvarnosti.
Roboti imaju stvarnu šansu da budu ključni za početak našeg istraživanja u dubokom svemiru. Sasvim je moguće da ćemo u udaljenijoj budućnosti naučiti kako digitalizirati svoj mozak i prenijeti te podatke superračunalima na udaljenim svemirskim stanicama, gdje će biti učitani u sve vrste robotskih avatara, s kojima ćemo utrti put prema udaljenim svemirskim granicama.
NIKOLAY KHIZHNYAK
