Po 50 latach ludzkość planuje wrócić na Księżyc, a nieco później przewiduje lot na Marsa. Jednak jest mało prawdopodobne, aby ludzie w najbliższej przyszłości znacznie oddalili się od orbity Ziemi: przeszkadza to wiele czynników.
Kosmos to nie tylko ostatnia, ale i najniebezpieczniejsza granica. To najbardziej ekstremalne z możliwych środowisk, ale to właśnie przez nie prowadzi droga do nowych światów. Aby się do nich dostać, trzeba będzie wynaleźć nowe silniki, nauczyć się wytrzymywać promieniowanie, nie umrzeć od przypadkowego zadrapania i nie zwariować. Czy to możliwe?
Z dostawą do domu
Podczas podróży na egzoplanety (ciała kosmiczne poza Układem Słonecznym) głównym problemem współczesnych badaczy - zarówno żyjących, jak i automatów - nie będą nieznane warunki obiektów badań, ale sam czas potrzebny na takie przedsięwzięcie. NASA zwróciła uwagę na główne problemy, które wynikną z faktu, że przy najbardziej optymalnym rozwoju środków technicznych podróż potrwa lata.
Obecnie główne silniki oparte są na procesach chemicznych: paliwo i utleniacz spalane są w celu wytworzenia gorącego gazu. Z powodu ogrzewania gazy spalinowe wypływają z dużą prędkością z dyszy rakiety, wypychając rakietę w przeciwnym kierunku. Niestety, takie silniki pozostawiają niewiele miejsca na manewr dla człowieka, ponieważ prędkość przepływu gazu jest ograniczona temperaturą spalania. Nawet teoretycznie podróż do gwiazd na silnikach z napędem chemicznym jest nierealna przy obecnym poziomie technologii. Tak więc sonda kosmiczna, najbardziej oddalona od Ziemi, Voyager-1, która została wystrzelona w 1977 roku, pokonała ponad 21 miliardów km w 40 lat. To bez przesady figura astronomiczna, ale nawet przy takim stanie rzeczy Voyager-1 dotrze do gwiazdy AC +79 3888 (17 lat świetlnych od Słońca), w kierunku której leci z prędkością około 62000 km / h, dopiero po 40000 lat.
Nowoczesne sondy kosmiczne mogą osiągać jeszcze większe prędkości. Na przykład sztuczny satelita Jowisza Juno jest w stanie osiągnąć około 250 000 km / h, podczas gdy niedawno wprowadzona na rynek sonda Parker Solar Probe przyspieszy do 692 000 km / h. Ale w tych projektach dużą prędkość osiąga się między innymi dzięki manewrom grawitacyjnym: sonda przelatuje w pobliżu planety i unosi ją „ze sobą”, przyspieszając ją do prędkości orbitalnej. Jest to wygodne w naszym układzie, ale niewystarczające do szybkiej podróży do gwiazd: poza Układem Słonecznym nie będzie obiektów do manewrów grawitacyjnych. Ponadto im dalej planeta znajduje się od gwiazdy, tym wolniej się porusza.
Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu jest napęd jonowy. Zasada jego działania opiera się na tworzeniu ciągu odrzutowego w oparciu o zjonizowany gaz: elektrony są wyrywane z cząsteczek, a powstałe w ten sposób naładowane jony są przyspieszane w polu elektrycznym. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie większych prędkości przepływu substancji z dysz, dodatkowo takie podejście jest bardziej energooszczędne (mniej paliwa zużywa się na przyspieszenie). W efekcie silniki jonowe teoretycznie umożliwiają osiągnięcie niespotykanych dotąd prędkości: według naukowców do Marsa można dotrzeć w zaledwie 39 dni zamiast siedmiu miesięcy, które w sumie spędzi w drodze na Czerwoną Planetę moduł InSight, który ma wylądować na Marsie w listopadzie tego roku. Niestety, istniejące silniki jonowe są zbyt słabe i mogą być używane tylko do korekcji orbity.
Film promocyjny:
W Rosji państwowa korporacja „Rosatom” jest zaangażowana w projekt silnika jądrowego dla kosmonautyki, szczegóły nie zostały ujawnione
Bardziej radykalnym podejściem, przynajmniej w przypadku kolonizacji Układu Słonecznego, mogą być jądrowe silniki rakietowe. Źródło jądrowe jest podgrzewane przez rozpad substancji radioaktywnej, podgrzewając płyn roboczy, który może wypływać z dużo większą prędkością niż ta wynikająca ze spalania paliwa i utleniacza w silniku chemicznym. Próbowali zastosować to podejście na początku ery kosmosu, podczas zimnej wojny. Jednak do tej pory ich stosowanie jest ograniczone dwoma czynnikami. Niepożądane jest wyrzucanie dużej ilości substancji radioaktywnych na orbitę: jak pokazuje praktyka, czasami może spaść. Ponadto taki silnik wymaga poważnego chłodzenia, aw kosmosie ciepło może być oddawane tylko przez promieniowanie, które stosunkowo wolno przenosi energię, co ogranicza moc silników jądrowych. Słabe silniki jądrowe łatwiej jest zastąpić silnikami jonowymi, które są mniej niebezpieczne dla Ziemi lub bardziej znanymi silnikami odrzutowymi napędzanymi paliwem chemicznym.
Korzystając z nowoczesnych materiałów i technologii, różne kraje próbują obecnie opracować mocniejsze modele silników jądrowych i jonowych. Potencjalnie pozwolą na dotarcie na Saturna przez kilka miesięcy (w przypadku misji Cassini droga ta trwała siedem lat). Dziś silniki jądrowe powstają m.in. w Stanach Zjednoczonych: w 2017 roku NASA i BWXT Nuclear Energy podpisały kontrakt na opracowanie silnika. W Rosji państwowa korporacja Rosatom jest zaangażowana w projekt silnika jądrowego dla kosmonautyki, szczegóły nie zostały ujawnione.
Niebezpieczne środowisko
Nawet w przypadku silników, które mogą dotrzeć do odległych planet lub nawet gwiazd w ciągu kilku miesięcy lub lat, kwestia bezpieczeństwa załogi takiego statku pozostaje otwarta. A głównym zagrożeniem nie będą kosmici ani asteroidy, ale promieniowanie. Promieniowanie jonizujące może uszkodzić DNA, spowodować problemy w działaniu prawie wszystkich układów ciała i zniweczyć każde, nawet najbardziej przemyślane przedsięwzięcie kosmiczne z udziałem człowieka.
Jeśli mówimy dziś o tańszej opcji (lot na Marsa), to właśnie promieniowanie staje się jednym z głównych problemów, z którymi borykają się astronauci. Jeśli na Ziemi człowiek jest chroniony przez atmosferę i pole magnetyczne planety, to już na ISS kosmonauci są narażeni na promieniowanie dziesięciokrotnie silniejsze. Lot na Czerwoną Planetę przy obecnym poziomie rozwoju technologii zajmie około 7 miesięcy. Do tego należy doliczyć czas spędzony na Marsie, który nie ma ochronnego pola magnetycznego i gęstej ziemskiej atmosfery, a także drogę powrotną. Podsumowując wszystkie zagrożenia, tylko zagrożenie radiacyjne może sprawić, że bilet na czwartą planetę od Słońca będzie śmiertelny. Dlatego na przykładOrion opracowywany przez Lockheed Martin będzie wyposażony w specjalny schron chroniony na wypadek nadmiernej aktywności słonecznej i dużego uwolnienia cząstek radioaktywnych. Zauważ, że podobne rozwiązanie jest obecnie używane na ISS.
Od czasów starożytnych aktywność wulkaniczna na Księżycu i Marsie mogła pozostawić wiele kilometrów tuneli o szerokości do 1 km.
Jeśli mówimy o ekspansji planetarnej, to w tym celu naukowcy proponują w przyszłości użycie tarcz magnetycznych lub terraformowania. Jest opcja budżetowa: włoscy naukowcy zaproponowali koncepcję zasiedlenia tzw. Rurek lawowych - kanałów w grubości planety, powstałych podczas nierównomiernego chłodzenia lawy. Promieniowanie z kosmosu w nich będzie minimalne, ponieważ będzie osłabione przez górne warstwy Marsa. W tym przypadku burze i inne zagrożenia na planetach z atmosferą również się nie boją.
Zakłada się, że od czasów starożytnych aktywności wulkanicznej na Księżycu i Marsie mogło pozostać wiele kilometrów tuneli o szerokości do 1 km, w ciemnościach których mogłaby się rozpocząć historia kolonizacji ciał niebieskich przez człowieka.
Oprócz promieniowania człowiek musi jeszcze rozwiązać wiele problemów: zapewnić nieprzerwany i niezawodny dopływ tlenu, rozwiązać problem z odżywianiem, nauczyć się dogadać z tymi samymi ludźmi przez długi czas itp. Nie trzeba dodawać, że podczas misji warunkowej nawet do najbliższych planet astronauci będą musieli samodzielnie rozwiązywać problemy medyczne, np. usuwając zapalenie wyrostka robaczkowego? W tej chwili każdy, kto leci w kosmos, przechodzi liczne testy, ale ubezpieczenie się od wszystkiego jest po prostu niemożliwe. Jak zauważyli naukowcy, sześcioosobowy zespół podczas 900-dniowego rejsu na Marsa prawie nieuchronnie stanie w obliczu co najmniej jednego przypadku, gdy jeden z członków załogi będzie potrzebował pilnej pomocy. Pewną nadzieję daje rosyjsko-europejski eksperyment „Mars-500”podczas których sześcioosobowa załoga w zamkniętym pomieszczeniu na Ziemi z powodzeniem żyła „w locie” przez 520 dni, borykając się z problemami psychologicznymi i zdrowotnymi.
Drogi kosmosie
Finansowanie jest podstawą projektów kosmicznych, a zdecydowana większość niezrealizowanych projektów kosmicznych zakończyła się niepowodzeniem na tym etapie. Nawet w pełni zautomatyzowane projekty, takie jak łazik Curiosity, są warte miliardy dolarów. Szacuje się, że lot człowieka na Marsa jest czasami droższy.
Nawet projekty, w przypadku których nie ma potrzeby zastanawiania się nad systemami podtrzymywania życia dla ludzi, często napotykają problemy finansowe z powodu wysokich kosztów technologii. Na przykład koszt teleskopu Jamesa Webba Orbiting Telescope przekroczył już 9 miliardów dolarów, a 10 lat temu planowano go wystrzelić w kosmos. Jeśli mówimy o kosztach misji załogowych, najbardziej uderzającym przykładem był projekt Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Jest szacowany na 150 miliardów dolarów i jest jedną z najdroższych konstrukcji inżynierskich na świecie.
Ponadto samo sfinansowanie jednego projektu nie gwarantuje jego sukcesu. Takie projekty wymagają dobrze rozwiniętego zaplecza naukowego oraz zaplecza produkcyjnego i infrastruktury zdolnej do obsługi stacji. Same Stany Zjednoczone wydają na to 3 miliardy dolarów rocznie.
Według obliczeń NASA koszt opracowania, przygotowania i realizacji misji na Marsa w ciągu 30 lat może przekroczyć 450 miliardów dolarów, a według niektórych szacunków całkowity koszt projektu wyniesie 1,5 biliona dolarów! Fantastyczna kwota na tle budżetu Amerykańskiej Agencji Kosmicznej, która średnio rocznie wynosi około 20 miliardów dolarów. Nawet cały wolumen współczesnego rynku usług i technologii kosmicznych sięga 350 miliardów dolarów, więc koszt wyprawy jest nie mniejszym problemem niż promieniowanie kosmiczne.