Главные трудности на пути дальнейшего освоения космоса. Часть 1
Как известно, эра освоения космоса для землян началась 4 октября 1957 года, когда наша страна впервые запустила на околоземную орбиту искусственный объект — «Спутник-1». С тех пор человечество достигло немалых успехов в космонавтике, но всё же этого пока недостаточно даже для пилотируемого полёта на Марс или Венеру. Каковы же главные проблемы и препятствия, мешающие продолжить освоение межпланетного пространства?
Источник изображения
Но прежде чем перейти к более подробному рассмотрению этих проблем, попробуем ответить на вопрос — но если так трудно, то может быть и не надо, зачем вообще человечеству в космос? Существует множество причин для того, чтобы упорно продолжать раздвигать границы достижимого пространства, постепенно превращая его в среду обитания. Самая отдаленная по времени, кажущаяся сейчас фантастической — это создание внеземных колоний, которые помогут сохранить человеческую цивилизацию. Вероятность очень мала, но нельзя исключить даже такой сценарий, когда эти внеземные колонии останутся единственным пристанищем для людей - например, в случае падения на нее слишком большого метеорита.
Источник изображения
Другая причина — перспективы развития добычи полезных ресурсов с метеоритов и комет. Воплощение столь масштабных проектов потребуют, разумеется, объединения усилий разных стран, но это куда лучше, чем воевать друг с другом.
И кроме того, человечества, наверное, есть врождённая расширять свои территории. Сравните, какой субъективно маленькой стала наша планета: сколько времени занимало путешествие из Лондона в разные точки планеты в 1914 году и в 2016:
Источник изображений
Сегодня мы за два-три дня можем достигнуть мест, до которых всего 100 лет назад люди добирались месяцами.
Кто-то скажет: «Зачем стремиться в космос, когда на родной планете множество пустынных территорий, не считая океанов». Всё так. Но развиваться, очевидно, лучше в нескольких направлениях. А для этого придётся решить ряд трудных задач.
Но вернёмся к основным проблемам, возникающим при освоении космоса
Преодоление гравитационного притяжения
Как известно, преодоление земного притяжения требует огромных затрат энергии. При этом масса выводимых даже на околоземную орбиту грузов сравнительно невелика. А чтобы вырваться из объятий нашей родной планеты, то есть уйти с замкнутой орбиты вокруг Земли, придётся придать космическому аппарату вторую космическую скорость - для Земли это 11,16 км/с. Естественно, что межпланетные полеты - очень недешёвое удовольствие. Например, стоимость одного лишь запуска марсохода Curiosity превысила $215 миллионов (по данным на 2010 год, а весь проект обошёлся примерно в 2,5 миллиарда долларов).
Что касается пилотируемых полётов, то здесь всё куда сложнее. Нескольким космонавтам необходим достаточный жилой объём для долгого перелёта, для поддержания их жизнедеятельности корабль придётся оснастить многочисленным и достаточно тяжёлым оборудованием, запасом воды и продуктов. А это всё многие сотни и даже тысячи ( все зависит от дальности планируемой космической экспедиции) килограммов полезной нагрузки. Вполне вероятно, что будущие корабли для пилотируемых межпланетных перелётов будут собираться на околоземной орбите. Кроме того, наверняка придётся сначала построить космический "дом" для проживания космонавтов, занимающихся сборкой корабля. А значит, не один десяток раз гонять на орбиту ракеты с компонентами станции и корабля. И хотя для этого достаточно развить «всего лишь» первую космическую скорость, всё равно общая стоимость запуска будет огромной.
Конечно, со времён Белки и Стрелки мы достигли определённого прогресса благодаря применению новых сплавов и композиционных материалов. Но с точки зрения стоимости куда важнее создать такие конструкции ракет-носителей, которые позволят использовать многоразовые разгонные блоки.
Достижение скоростей, достаточных для межпланетных перелетов
Преодолеть гравитацию родной планеты — это лишь самое начало пути. Далее необходимо придать кораблю достаточную скорость, чтобы он смог он смог за разумное время достичь цели. И здесь возникает ряд проблем. С одной стороны, сопротивление атмосферы теперь не мешает разгону корабля, а влияние гравитации многократно ослабло. Но для дальнего перелёта придётся построить достаточно большой, а значит и тяжёлый корабль. А чем массивнее объект, тем больше его инерция, тем больше энергии нужно потратить, для придания ему нужной скорости и ускорения. Увы, но имеющиеся у нас двигатели мало подходят для пилотируемых перелётов. Самые мощные — химические двигатели, но их время работы крайне невелико и измеряется минутами, после чего топливо заканчивается. Не говоря уже о занимаемом топливом объёме. Но даже самые мощные химические двигатели придадут космическому кораблю скорость, при которой он достигнет того же Юпитера, скажем, лет через пять-семь. Остальные виды двигательных установок обладают крайне низкой тягой.
Ещё в 1970-х годах группа британских учёных (настоящих, олдскульных) разрабатывала проект «Дедал», представляющий собой гигантский двухступенчатый беспилотный корабль для межзвёздных перелётов с термоядерным двигателем. Согласно расчётам, его длина должна была достигать 420 м, а масса полезной нагрузки — 450 т. Для сравнения рядом «поставлена» ракета Сатурн-5, самая большая из летавших.
Источник изображения
«Дедал» должен был за 49 лет долететь до звезды Барнарда, что находится от нас в 56 триллионах км. Следовательно, средняя скорость корабля составила бы 124 007 936 км/ч. В качестве двигательной установки предполагалось использовать ядерный импульсный двигатель. Что же, проект красивый, но вряд ли осуществимый. И кроме того для перелётов внутри Солнечной системы такой монстр вряд ли будет полезен.
В те же 70-е американцами разрабатывался проект ядерного ракетного двигателя NERVA, с помощью которого NASA планировало добраться до Марса. Его мощность была в два раза выше, чем у химических двигателей. В конце концов проект стал жертвой сокращения космических программ США.
Что же касается более современных разработок, то вполне возможно, что к 2030-му году в России будет создан рабочий вариант ядерной электродвигательной установки.
Но даже когда мы построим ракету, отвечающую всем требованиям, мы столкнемся с новыми проблемами – они будут ждать нас в открытом космосе.
О них мы поговорим во второй части.