Як потрапити в іншу галактику
Скільки часу треба, щоб дістатися Марса, як подорожувати Сонячним вітрилом і що зробити, щоб «змінити простір Всесвіту»? Представляємо перелік найдивовижніших космічних двигунів та способів потрапити в іншу зіркову систему.
Іонний двигун
Усі фанати «Зоряних війн» знайомі з іонними двигунами. Щоправда, у фільмі, вони звичайно, набагато потужніші, ніж є насправді. Як же влаштований іонний двигун, оспіваний фантастами?
Для його роботи потрібні дві речі: паливо у формі інертного ксенону та електрика. Завдяки високій напругі в спеціальній камері іонізується інертний газ, внаслідок чого іони цього газу викидаються з камери, створюючи тягу. Ця реакція ланцюгова: потяг збільшується поступово, правда дуже повільно. Тому, щоб розігнатися до швидкості 210 км/с космічному кораблю потрібно 7-8 місяців. Приблизно стільки часу займе гальмування.
Однак слід зазначити, що скраплений інертний газ займає набагато менше місця, ніж ракетне паливо. Такий тип двигунів вже використовується. Зокрема, ними оснастили японський зонд Hayabusa та європейський місячний апарат SMART-1.
Ще один перспективний проект - VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket - електромагнітний прискорювач зі змінним питомим імпульсом). Робоче тіло (аргон) іонізується радіохвилями, а отримана плазма потім розганяється в електромагнітному полі, створюючи реактивну тягу.
Передбачається, що основне застосування такого апарату - це "космічна буксирування". Він міг би переміщати багатотонні вантажі між орбітами Землі та Місяця. У ролику ви можете побачити макет двигуна VASIMR VF-200-1.
До речі, нещодавно професор Массачусетського технологічногоУніверситету Пауло Лозано винайшов іонний двигун крихітних розмірів. Він розвиває потяг 50 мкН. На Землі цього мало б вистачило, щоб утримати тонку паперову смужку. Але на орбіті в умовах мікрогравітації достатньо, щоб рухати наносупутник CubeSat вагою 1 кілограм. Такі запускає NASA. Розміри двигуна - всього 1 × 1 × 0,2 мм, збільшення в масі супутнику він дасть дуже незначну. Тому на борту наносупутника можна буде розмістити одразу кілька іонних двигунів, що дозволить йому маневрувати.
Ядерні двигуни.
Ядерні двигуни розробляються з п'ятдесятих років минулого століття та актуальні досі. Спочатку їх передбачалося робити імпульсними – ядерні вибухи малої потужності мали надавати прискорення величезному космічному кораблю. Грандіозний проект ORION мав надати можливість швидких подорожей до інших планет. У перший політ планувалося відправити команду до 200 осіб. Але з технічних та економічних причин проект так і не вдалося втілити.
Конструкція ORION включала гігантський «поглинач» ударної хвилі та щит для запобігання влученню радіації всередину корабля. Однак конструктори боялися, що системи вийдуть із ладу до досягнення космосу. Ще однією проблемою були радіоактивні опади у земній атмосфері. Проект закрили 1960 року, коли набрала чинності перша заборона на проведення ядерних випробувань. Тим не менш, деякі дослідники пропонують нові варіанти таких конструкцій з новими технологіями. Теоретично корабель на ядерній тязі може рухатися зі швидкістю 10% швидкості світла і досягти найближчої зірки за 40 років.
Пізніше перевагу віддали менш екстремальному режиму роботи ЯРД - реактивному, в якому ядерний реактор використовується дляконтрольованого нагрівання робочого тіла. Наступний проект – Daedalus почав розроблятись у 1970-х роках британським товариством British Interplanetary Society. Після п'яти років і 100 000 людино-годин роботи було створено проект безпілотного космічного корабля. Передбачалося, що він здатний дістатися зірки Барнарда, розташованої в сузір'ї Зміїносця на відстані 6 світлових років від Землі, менш як за 50 років. Проект був згорнутий в 1977 через недостатні знання про влаштування Сонячної системи поблизу її зовнішніх кордонів.
Потім виник Longsho. Він був заснований на використанні лазерно-термоядерного двигуна. Як мету було обрано зірку альфа Центавра B. Час польоту збільшився до століття, а місія не передбачала повернення. На відміну від проекту Daedalus, Longshot спирався переважно на існуючі, а не перспективні технології.
Longshot повинен був мати стартову масу 396 тонн, включаючи 264 тонни гелію-3/дейтерію. У результаті було вирішено, що така кількість палива потребує надто великих витрат.
Термоядерні двигуни.
Приручити термоядерну реакцію людство намагається близько 50 років. Але поки що освоїти цю технологію не вдалося в жодній галузі. Проте нещодавно вчені з Вашингтона під керівництвом Джона Слоу заявили, що працюють над ракетою з термоядерним двигуном (Fusion Driven Rocket).
Як джерело енергії замість розщеплення ядер використовується реакція синтезу. Проект ракети з Університету Вашингтона є досить простим. Ключові компоненти - крихітні гранули дейтерію та тритію та великі металеві кільця з літію. Після проходження гранул через камеру згоряння двигуна на виході створюється потужне магнітне поле. Воно приводить у дію металеві кільця, які створюють такетиск, що термоядерне паливо стискається у загальну масу (плазма) і починається термоядерна реакція.
Вибух відкидає кільця на швидкості 108 тисяч км/год та створює необхідну тягу. Планується, що космічний корабель, спроектований командою Слау, важитиме не більше 134 тонн і здійснить політ до Марса і назад за 210 днів.
Двигун Бассарда
Усі ракети мають одну фундаментальну проблему. Для більшого прискорення та покриття значних відстаней потрібно більше палива. А воно збільшує корабель і знижує загальну ефективність.
Але 1960 року фізик Роберт Бассард запропонував модель прямоточного термоядерного двигуна. Його принцип дії заснований на використанні водню та міжзоряного пилу, який є в космічному просторі. Спочатку космічний корабель розганяється на власному паливі, потім формує гігантську магнітну воронку діаметром кілька тисяч кілометрів, яка захоплює з космосу водень. Він і є джерелом палива для ракети.
За рахунок максимального прискорення відпадає проблема невагомості. Корабель, рухаючись зі швидкістю, що дорівнює 50% швидкості світла, здатний подолати відстань в 10 світлових років. І займе все це не більше ніж 12 земних років!
Однак поки що двигун Бассарда так і залишився теоретичною розробкою. Нікому не вдалося розробити «пастку» для водню, що генерує магнітні поля такої колосальної потужності.
Сонячний вітрило
Сонячне вітрило отримує енергію від сонячного світла. У вакуумних камерах ці пристрої успішно проходять випробування, але спроби протестувати їх у космосі поки що завершувалися невдачами. Так, 2006 року незалежним Планетарним об'єднанням (Planetary Society) з Пасадени було запущено корабель Cosmos 1. Ракетазазнала аварії. Місія NanoSail-D завершилася тим самим. Незважаючи на невтішну статистику, технологія залишається однією з найперспективніших.
Наприклад, у 2014 році запустити в космос сонячне вітрило збирається NASA. Його площа становитиме 1200 квадратних метрів. На даний момент це в 7 разів більше, ніж розмір будь-якого з випробуваних вітрил. Вага конструкції – 32 кг. Разом із ним на борту ракети полетить модуль підтримки вагою 80 кг. Ракета виведе конструкцію на низьку орбіту. Там вітрило розгорнеться і почне працювати. Вчені спостерігатимуть за його стабільністю, а також перевірять, чи можна ним керувати.
Двигун Алькуб'єрре
Цей двигун вперше запропонував фізик Мігель Алькуб'єрре з Університету Уельсу у 1994 році. За задумом, він мав використати ще не відкриту «екзотичну матерію» – частки з негативною масою, що утворюють негативний тиск.
Вони можуть викривляти простір-час, змушуючи простір перед кораблем стискатися, а позаду – навпаки, розширюватись. Таким чином, космічний апарат переміщується швидше за світло без порушень принципів відносності.