НАСА планує побудову міжзоряного корабля на орбіті Землі

Запуск робота зонда до іншої зірки є зовсім іншим масштабом по відношенню до запуску зонда в далекі межі Сонячної системи.

Так як найближча до нас зірка знаходиться на відстані більше 4 світлових років, ми повинні звикнути до багаторічних затримок зв’язку – міжзоряному безпілотному літальному апарату необхідно буде мати “мульти-зонд”, який в змозі дослідити кілька середовищ автономно.

У сукупності зоряний зонд, швидше за все, буде мати свою власну програму освоєння космосу, що починається у вигляді пакету транспортної системи, яка призначена для проекту гібридних ракет Ікар. Проте, гібридні ракети не дуже добре масштабуються і мають мінімальний розмір, як правило, сотні тонн.

Це аналогічно тому, як ніби-то ми послали цілу програму геологорозвідки до іншої зоряної системи, і хоча це не головна проблема, але вона вимагає робити багато речей по-іншому – це буде зрушення парадигми в нашому підході і мисленні про те, як досліджувати простір. Жоден космодром не може надати ресурси для того, щоб помістити транспортний засіб на орбіті або доставити на гібридну ракету сотні або тисячі тонн палива.

Конструкція гібридної ракети “Firefly” буде призначена для польоту в Альфа Центавра через 100 років, вона буде мати масу близько 1500-3000 тонн і їй буде необхідно перенести паливо дейтерій в кількості, яка в 19 разів більше її власної маси. Таким чином, близько 30.000-60.000 тонн техніки та палива, можливо, буде запущено на орбіту.

З міркувань безпеки гібридна ракета повинна бути запущена з набагато більш високою орбіти, ніж звичайна навколоземну (LEO), де розташована Міжнародна космічна станція та інші пілотовані апарати. Можливо, це будуть стійкі орбіти між Землею і Місяцем, наприклад, точка Лагранжа або орбіта Гало. Однак для транспортування 60000 тонн між орбітами потрібно наявність серйозної транспортної інфраструктури.

У середньостроковій перспективі (десятиліття або два) приватна ракета компанії SpaceX планує запуск 100 тонн корисних вантажів на Марс, щоб підтримати будівництво. Використання хімічних ракет, таких як Falcon Heavy, означатиме, що маса Mars Colonial Transporter становитиме як мінімум 600 тонн. Запуск на місячну орбіту зажадає стільки ж палива, як і на орбіту Марса. Так для космічного зонда масою 60.000 тонн знадобиться 360000 тонн корисного вантажу (в основному паливо), це буде в разі використання тільки хімічних ракет. Такі витрати будуть надмірними.

Проте, розглянемо таку ситуацію: ми не часто думаємо про те, скільки важать наші джерела живлення. На 1 гігават потужності вугільної електростанції, що працює на 35 відсотків ефективності, потрібно 0,1 тонни вугілля в секунду. За рік вона спалює 3000000 тонн вугілля і виробляє 10000000 тонн вуглекислого газу і близько 150000 тонн попелу.

Дивно, враховуючи мініатюрні сучасні космічні апарати, дивитися на запуск багатотисячних тонн корисного вантажу на високі навколоземні орбіти. В кінці 1970-х років НАСА, наприклад, провела дослідження, що стосуються побудови гігантських сонячних супутників на геостаціонарній орбіті Землі, правда, поки результати цих досліджень тільки на папері. Але вже стало зрозумілим, що транспортні архітектури можуть бути добре застосовані в будівництві міжзоряного зонда. І Японія, і Китай висловили зацікавленість у запуску супутників, що працюють на сонячній енергії, по крайней мере, в демонстраційній формі з 2030 х років і комерціалізації їх у 2050 році.

Тому, коли міжзоряний зонд буде побудований, може бути, на той час в космічному просторі вже будуть доступні інфраструктури для підтримки процесу будівництва.

Основа орбітальної транспортної інфраструктури планується таким чином:

  • По-перше, буде організована доставка на орбіту корисних вантажів і палива для тих, хто збирається відвідати більш високі орбіти. Це буде найкращим варіантом, по-справжньому багаторазові ракети-носії, такі як просунуті версії серії SpaceX від компанії Falcon, які можуть прекрасно існувати 10-20 років, або європейський ракетний гібрид Skylon.
  • По-друге, одного разу на навколоземній орбіті, пропеллент, необхідний для відправки корисного навантаження на геостаціонарну орбіту і далі буде масово заміщатися на ракетне нехімічної паливо, таке, як теплова ядерна енергія, а також сонячна теплова і сонячна електрична енергії. Вони вимагають набагато меншого обсягу палива, щоб доставити корисний вантаж на більш високі орбіти і, в залежності від обраної системи, це може зайняти дні або місяці.

Про масштаби транспортних систем, необхідних для підтримки будівництва, наприклад, сонячної супутникової електростанції варто задуматися. Типовий 1 гігават СПС буде мати масу близько 10000 тонн. Світова необхідність в енергоресурсах зростає. Поточний попит становить близько 500 гігават на рік, таким чином, для поставки половини вимагається енергії за допомогою сонячної супутникової електростанції потребують будівництва близько 250 супутників на рік – близько 2,5 млн тонн металовиробів бути на орбіті.

Паливом для Ікара, як очікується, буде служити дейтерій, який отримують із моря. Однак, як тільки SpaceX створить плацдарм на Марсі і буде налагоджена транспортна інфраструктура, вчені почнуть активно більш оптимальний варіант. Кілька компаній уже мають намір вивчати потенційні ресурси астероїдів. Там також може бути створений дуже прибутковий ринок через пару десятиліть, але станеться це якщо матеріали SPS можуть бути отримані з пасажирів просторі ресурсів з більш низькими витратами, ніж при поставках від космодрому з Землі.

Більш переконливо звучить версія про те, що головне паливо для зоряного зонда, дейтерій, на Марсі і на Місяці існує в набагато більш високих процентних змістах, ніж на Землі. Атоми дейтерію в два рази важче звичайного водню тому, що це ізотоп. Останні виміри наявності дейтерію в полярних шапках Марса показали, що його зміст буде, по крайней мере, в 8 разів більше, ніж середнє значення на Землі. Також були виявлені докази того, що Місяць має велику кількість льоду, отриманого з водню, який потрапив туди з сонячним вітром і кометами, і Місяць повинні бути ще більш багатою дейтерієм, ніж Марс.

Тому, коли прийде час для будівництва зоряного корабля, може бути, вже будуть існувати паливо і матеріали, які будуть легко отримані з позаземних джерел.

Для оптимізації витрат при транспортуванні палива для корабля, нова потужна система може бути цілком використана і для перевезення багатьох інших навалювальних вантажів. Фінський дослідник Pekka Janhunen пропонує “E-Парус” – особливу конструкцію з концептуальним дизайном, яка створює сонячне вітрило з електричних заряджених проводів.

Сонячний вітер складається з високошвидкісного потоку плазми, що виходить від Сонця, яка буде текти навколо електричного поля, створюваного дротами, створюючи необхідну тягу. Цей винахід було анонсовано з коротким описом в 2004 році, воно було випробувано на серії супутників і Європейським космічним агентством планується його запуск. Який повністю функціонуватиме Електронний парус зможе буксирувати витягнутий дейтерій практично з будь-якого джерела в Сонячній системі, такого як Марс або астероїди, а також будь-який інший вантаж. Ці винаходи також можуть бути також використані в якості “гравітаційних тягачів для буксирування” небезпечних для зіткнення із Землею астероїдів, або навіть переміщати їх в нові, більш корисні орбіти.

Виробнича активність в космосі зажадає будівництва корабля і багатьох інших додатків, і цей факт підтверджує перевага програми Apollo, яка уможливила приземлення людей на Місяць. Революція мікроелектроніки в 1970-х і 80-х роках багато в чому зобов’язана “одному гігантському стрибку людства”. Адже тоді були досить швидко винайдені багато нові виробничі процеси і було підготовлено багато вчених у фізичній, інженерної та комп’ютерної областях.

Удача благоволить тим, хто знає, які неймовірні вигоди будуть витягнуті з того, з чим буде пов’язане створення зорельота.

Ссылка на основную публикацию