Дальний космос что такое далекий космос, изучение и астрономия глубокого космоса
Все о загадках дальнего космоса. Какие планеты есть за пределами Солнечной Системы? Есть ли там жизнь? Сколько лететь до соседней звезды или до другой галактики? Мы расскажем где в дальнем космосе найдены черные дыры и как они себя ведут. Заглянем туда, где человечество побывает очень не скоро. Вы например знали, что далекие галактики, которые мы наблюдаем в телескопы могут уже не существовать. Свет от них добирается до нашей планеты за миллионы, а иногда и миллиарды лет. Изучая строение таких галактик миллиарды лет назад, мы лучше узнаем о своей галактике — Млечный Путь.
Самое обсуждаемое по теме Дальний космос
Космос – тихое место. Отсутствие кислорода не позволяет звуковым волнам распространяться, так как большая часть космического пространства – это вакуум, в котором нет среды способной передавать звук. И все же многочисленные утверждения о том, что во Вселенной вообще нет звука не совсем верные.
На самом деле скопления галактик содержат большое количество газа, который обеспечивает условия для распространения звуковых волн. Недавно исследователи из NASA представили изумленной публике запись, на которой черная дыра в созвездии Персей испускает пугающий звук. Совместно с командой из Массачусетского технологического института, исследователям удалось провести преобразование излучения рентгеновского эха в слышимые звуковые волны.
Какая форма у нашей Вселенной? Привычные глазу изображения стандартной модели Вселенной рисуют ее по аналогии со стрелой времени, которая движется вперед и имеет начало – сингулярность. Под гравитационной сингулярностью ученые понимают область, в которой известные нам законы физики не работают. Вместо этого пространство-время рассматривается как гладкое многообразие без края, отправной точкой которой является Большой взрыв. Но что именно говорят астрономы о «форме» Вселенной? И можно ли назвать ее чем-то вроде куба или сферы? Так как общая теория относительности (ОТО) допускает существование трех форм Вселенной, то может ли она напоминать… пончик?
Читать далееСегодня, говоря о космических путешествиях, мы довольствуемся научной фантастикой – полет на ближайшую к Земле планету пока не реализован.
Но с помощью воображения и математики мы можем предполагать, что во Вселенной кроме нас есть жизнь и, возможно, разумная. Кто знает, разгадали ли наши космические соседи загадку перемещения по космосу? Могут ли они, подобно команде «Звездного Пути», путешествовать на космическом корабле в разные уголки Вселенной? Ответ на этот вопрос мы вряд ли узнаем в ближайшее время, однако ученым уже есть о чем поведать. Исследователи из Института безграничного космоса (Limitade Space Institute) под финансированием Министерства обороны США (DARPA) обнаружили настоящий варп-пузырь в космосе. Это событие знаменует собой прорыв в разработке космических кораблей, способных двигаться быстрее света – существование Пузыря Алькубьерре вытекает из некоторых решений уравнений Эйнштейна. Более того, физик-теоретик Мигель Алькубьерре, предполагает, что мы и правда можем создать аппарат, разгоняющийся до сверхсветовой скорости.
Мы не так часто об этом задумываемся и все же, было ли у Вселенной начало? Согласно ведущей космологической теории, наша Вселенная родилась в результате Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением.
Но не все исследователи полагают, что в действительности дело было именно так. Профессор Ливерпульского университета в Великобритании, физик Бруно Бенто считает, что никакого начала Вселенной не было. Возможно, то, что мы называем Вселенной, существовало всегда – и новая теория квантовой гравитации, кажется, может объяснить почему. В ходе работы Бенто и его коллеги использовали новую теорию под названием теория причинных множеств, согласно которой пространство и время разбиты на дискретные фрагменты. На каком-то уровне, как отмечают исследователи, существует фундаментальная единица пространства-времени. Используя новый подход, основанный на причинно-следственных связях, физики обнаружили, что у Вселенной, вполне возможно, не было начала: она существовала всегда, в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом.
Представьте, что через месяц наступит конец света. Причиной тому послужит неизбежное падение астероида, подобного тому, что погубил динозавров.
Что вы будете делать? Как проведете последние 30 дней своей жизни? Я бы, например, провела время с близкими людьми – семьей и друзьями. Но что дальше? Что, если после падения астероида вся жизнь на Земле – как и сама планета – канут в небитые, например, из-за массивной солнечной вспышки? Что, в таком случае, останется после вас? А после нашей цивилизации? Ничего. Пустота. Безжизненное космическое пространство, которое если и наполнится жизнью вновь, то лишь спустя миллионы и миллиарды лет. И если на просторах безграничного космоса никого нет, то пространство, увы, пропадает впустую. Но если сотни миллиардов звезд в разных галактиках кишат обращающимися вокруг них планетами, на некоторых из которых есть жизнь (или была в какой-то момент времени), эти цивилизации могли что-то оставить после себя. Что-то, что несется сейчас по просторам космического океана, подобно «Вояжерам» и «Пионерам», что мы отправили в космос почти пять десятилетий назад.
В нашей Вселенной существует много объектов, которые имеют рентгеновской излучение в гамма-диапазоне.
Особенно мощными источниками такого излучения служат объекты, которые имеют мощные гравитационные и магнитные поля, а также высокие температуры. К примеру, к ним относится скопления галактик, черные дыры, нейтронные и некоторых обычные крупные звезды. Кроме того, рентгеновское излучение возникает и в результате различных космических катастроф, таких как столкновение крупных космических объектов или взрыв сверхновых, об излучении которых я уже рассказывал. Специально для сканирования рентгеновского излучения во Вселенной в июне 2019 года на орбиту Земли была выведена обсерватория «Спектр-РГ». Сверхчувствительный телескоп eROSITA, установленный на борту этой обсерватории, позволяет ученым обнаруживать даже самые редкие и необычные источники излучения, которые ранее науке не были известны. Один из таких необычных источников был зафиксирован на днях.
Рентгеновский телескоп, построенный Институтом внеземной физики Общества Макса Планка в Германии eROSITA, является первым космическим телескопом, способным визуализировать все небо.
Это – основной инструмент на борту российско-немецкой миссии «Спектр-Рентген-Гамма», которая находится в области, известной как точка Лагранжа 2 – одна из пяти стабильных точек вокруг системы Солнце-Земля, где гравитационные силы двух тел находятся в равновесии. С этой точки зрения eROSITA имеет четкое представление о Вселенной, которую она фотографирует с помощью своих мощных рентгеновских детекторных приборов. Этим летом команда, стоящая за eROSITA, опубликовала первую партию данных, полученных прибором, для более углубленных научных исследования. Однако уже сегодня исследователи поделились самой подробной картой черной дыр и нейтронных звезд во Вселенной! Рассказываем, что в ней особенного.
Пока население планеты растет, а миллиардеры реализуют планы по колонизации других миров (когда нас будет 11 миллиардов, а по оценкам это произойдет уже к 2100 году, не все захотят тесниться на одном шарике), разговоры об инопланетянах, кажется, несколько вышли из моды. Многие как будто не замечает насколько восхитительно устроен наш мир и Вселенная, предпочитая размышлять о вещах более насущных.
Я как-то попыталась заговорить с бывшими коллегами о мультивселенной, множественности миров и инопланетной жизни. За отсутствием интереса в глазах слушателей и неприкрытым зеванием, больше мы ни о чем таком не разговаривали. К счастью, теперь у меня самая классная работа на свете, поэтому говорить о существах и организмах, вероятно населяющих как планеты Солнечной системы, так и планеты в далеких галактиках, будем спокойно и много. Как полагается. К тому же, есть повод – результаты нового исследования показали, что движение звезд в галактиках способствует колонизации планет и распространению цивилизации. Так стоит ли искать жизнь в пределах нашей Галактики?
Если две черные дыры сталкиваются в космическом вакууме, издают ли они звук? Звуковые волны не могут распространяться в почти идеальном космическом вакууме – никто не услышит, как вы кричите, как гласит слоган «Чужого». Но электромагнитные и гравитационные волны могут, и недавно исследователи превратил эти сигналы из космоса в музыку.
Альбом «Небесные заклинания» (Celestial Incantations) включает в себя космические «звуки» изнутри и за пределами нашей солнечной системы, такие как колебания кометы, излучение галактического пульсара и слияние двух черных дыр. Альбом является результатом сотрудничества Ким Кунио, профессора из Австралийского национального университета, британской художницы Дианы Скарборо и доктора Найджела Мередита из Британской антарктической службы. Трио вместе выбирало звуки для альбома, использовав звуки космоса с акустическими инструментами для создания каждого трека.
Вот уже несколько десятилетий ученые пытаются понять природу темной материи – гипотетической субстанции, которая ответственна за структуру Вселенной но не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Считается, что темная материя составляет 85% всей материи в наблюдаемой Вселенной, вот только измерить ее можно лишь косвенно. Недавно физики из Чикагского университета разработали устройства, способные обнаружить слабые сигналы от субатомных частиц, в том числе «аксионов» – частиц массой в одну миллионную или миллиардную электрона, которые могут входить в состав темной материи.
Исследователи полагают, что их изобретение значительно ускорит поиски этой таинственной субстанции, но есть и другие способы. Так, ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обратили внимание на ближайшую к нашей планете звезду – Бетельгейзе. Они предполагают, что в ядре раскаленного красного сверхгиганта может находиться самая настоящая «фабрика аксионов». И если эти гипотетические частицы действительно образуются в столь экстремальной среде, они должны быть способны вырваться наружу и устремиться в большом количестве к Земле.
Современные исследования космоса
- Как древние люди изучали звёздное небо?
- Какая наука изучает небесные тела?
Человека всегда интересовало, как устроен окружающий его мир. На первых порах это были простые наблюдения и наивные толкования происходящих явлений. Они дошли до нас в виде сказаний и мифов. Постепенно знания накапливались. Древние учёные, наблюдая за Солнцем и Луной, смогли предсказывать солнечные и лунные затмения, составлять календари.
Точность этих расчётов поражает современных исследователей: ведь в те времена не было никаких приборов, учёные вели свои наблюдения невооружённым глазом.
Позднее были созданы различные приборы, облегчающие наблюдения. Важнейшим из них стал телескоп (от греческих слов «теле» — далеко, «скопео» — смотреть). Использование телескопов позволило не только изучить Солнечную систему, но и заглянуть в глубины Вселенной.
Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты. Первым учёным, который доказал, что реальным средством освоения космоса станет ракета, был наш соотечественник, основоположник современной космонавтики Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935). Но прошли годы, прежде чем эта задача была решена. 4 октября 1957 г. в нашей стране был осуществлён запуск первого искусственного спутника Земли.
Большой вклад в развитие отечественной космонавтики внёс учёный, конструктор и организатор производства ракетнокосмической техники Сергей Павлович Королёв (1906—1966) .
Началась новая эра в изучении космоса.
В настоящее время в освоении космоса участвуют Россия, США, многие страны Европы, Япония, Китай, Индия, Бразилия, Канйда, Украина. Осуществлён запуск космических станций к планетам Солнечной системы и их спутникам, получены их фотографии с близкого расстояния, осуществлена посадка на поверхность Венеры, Марса и других планет.
3 ноября 1957 г. — запуск второго искусственного спутника Земли «Спутник-2», на борту которого впервые находилось живое существо — собака Лайка (СССР).
14 сентября 1959 г. — станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны, доставив вымпел с гербом СССР (СССР).
4 октября 1959 г. — станция «Луна-3» впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны (СССР).
19—20 августа 1960 г. — первый орбитальный полёт в космос живых существ — собак Белки и Стрелки — на корабле «Спутник-5» с успешным возвращением на Землю (СССР).
12 апреля 1961 г. — первый полёт человека в космос на корабле «Восток-1» (Юрий Алексеевич Гагарин, СССР).
16—19 июня 1963 г. — первый полёт в космос женщины-космонавта на космическом корабле «Восток-6» (Валентина Владимировна Терешкова, СССР).
18 марта 1965 г. — первый выход человека в открытый космос из корабля «Восход-2» (Алексей Архипович Леонов, СССР).
1 марта 1966 г. — первый перелёт космического аппарата с Земли на другую планету; станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР (СССР).
15 сентября 1968 г. — возвращение космического аппарата «Зонд-5» на Землю после первого облёта Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии (СССР).
21 июля 1969 г. — первая высадка человека на Луну в рамках лунной экспедиции корабля «Аполлон-11», доставившей на Землю в том числе и пробы лунного грунта (Нил Армстронг, США).
19 апреля 1971 г. — запуск первой орбитальной станции «Салют-1» (СССР).
3 марта 1972 г. — запуск первого аппарата «Пионер-10», покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы (США).
12 апреля 1981 г. — вывод на орбиту первого многоразового транспортного космического корабля «Колумбия» (США).
20 ноября 1998 г. — запуск первого блока Международной космической станции (Россия).
24 июня 2000 г. — станция «Near Shoemaker» стала первым искусственным спутником астероида (США).
28 апреля — 6 мая 2001 г. — полёт первого космического туриста на борту корабля «Союз-ТМ-32» на Международную космическую станцию (Деннис Тито, США).
- Как древние люди изучали Вселенную?
- Кто из учёных доказал, что осваивать космос можно с помощью ракеты?
- Когда был запущен первый искусственный спутник Земли?
- Кто был первым космонавтом?
Человека всегда интересовало, как устроен окружающий его мир. В древности люди наблюдали и пытались объяснить происходящие в природе явления. Позднее были созданы различные приборы, важнейшим из которых стал телескоп. Использование телескопов позволило не только изучать Солнечную систему, но и заглянуть в глубины Вселенной.
Современные представления о строении Вселенной складывались постепенно, на протяжении веков. Долгое время её центром считалась Земля. Такой точки зрения придерживались древнегреческие учёные Аристотель и Птолемей.
Новую модель Вселенной создал Николай Коперник — великий польский астроном. Согласно его модели, центром мира является Солнце, а вокруг него обращаются Земля и другие планеты. Согласно современным представлениям, Земля входит в состав Солнечной системы, которая является частью Галактики. Галактики образуют сверхскопления — мегагалактики.
Солнечную систему образуют 8 планет с их спутниками, астероиды, кометы, множество частичек пыли. Планеты делят на две группы. Меркурий, Венера, Земля, Марс — это планеты земной группы.
К группе планет-гигантов относят Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Астероиды и кометы — небольшие небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Метеором называют вспышку света, возникающую при сгорании в земной атмосфере частичек космической пыли, а космические тела, не сгоревшие в атмосфере и достигшие поверхности Земли, называют метеоритами.
Звёзды — это гигантские пылающие шары, расположенные очень далеко от нашей планеты. Ближайшая к нам звезда — Солнце, центр нашей Солнечной системы.
Земля — уникальная планета, только на ней обнаружена жизнь. Существованию живого способствует ряд особенностей Земли: определённое расстояние от Солнца, скорость вращения вокруг собственной оси, наличие воздушной оболочки и больших запасов воды, существование почвы.
В древности люди наблюдали за происходящими в природе явлениями и пытались их объяснить. Изобретение различных приборов, в том числе телескопа, облегчило эти наблюдения. Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты.
В настоящее время в освоении космоса принимают участие многие страны мира.
404 Not Found
404 Not Found- Главная
- Сведения об образовательной организации
- Образование
- Информация об описании образовательных программ СПО
- РПД
|
|
Оплата Заявка на курсы
Что будет дальше в космосе – Наука – Коммерсантъ
Когда 69 лет назад первый человек слетал в космос, состоялось не только событие планетарного значения — еще был сделан первый шаг во множестве исследований.
«Ъ-Наука» опросила нескольких ведущих российских ученых о ближайшем будущем космонавтики и астрофизи
Фото: NASA / Flickr
Фото: NASA / Flickr
Сергей Кетов, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета, профессор Токийского университета:
— По моим наблюдениям, в ближайшие десять лет можно ожидать существенных достижений в мировой науке в следующих областях: искусственный интеллект и машинное обучение, обработка больших данных, физика и математика происхождения Вселенной. Достижения в сфере искусственного интеллекта могут сделать лишними многие профессии, например водителя и переводчика иностранных языков. Достижения в области больших данных могут сделать лишними многих офисных работников. А достижения в фундаментальной физике помогут избавиться от многих мифов. Я убежден, что через десять лет наука и технологии в принципе будут более востребованы обществом, чем сегодня, а многим придется переучиваться на новые профессии.
Если говорить конкретнее, например, про физику и математику Вселенной, то в течение ближайших десяти лет ожидаются крупные научные результаты по проверке инфляционных моделей ранней Вселенной, физических механизмов происхождения черных дыр и гравитационной астрономии. Мы будем больше знать о происхождении элементарных частиц, о физической природе темной энергии и темной материи, о причинах возникновения черных дыр. Мы работаем над этим. В качестве отдаленного продукта этих исследований возможны развитие новых физических принципов космических путешествий в другие галактики и поиск других форм жизни в космосе.
Сергей Макаров, профессор Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ):
— Одно из направлений развития космической отрасли — это то, чем сейчас занимаются многие страны мира, создание «облака», некой группы малых космических аппаратов, которые летают достаточно низко (где-то на высоте 300–400 км) и создают сеть для работы интернета.
Это всемирный открытый интернет, которым сможет пользоваться любой человек независимо от его местонахождения. И уже сейчас есть часть спутников, которые запущены для регулирования этого процесса. Достаточно большое число спутников запущены корпорацией OneWeb (Великобритания), Илон Маск запустил около 80 малых космических аппаратов, которые должны выполнять такие функции. Думаю, что в течение четырех-пяти лет страны будут так или иначе использовать такое «облако» спутников, чтобы обеспечивать различные услуги для населения и в первую очередь речь идет об интернете.
Сейчас интернет предоставляют провайдеры посредством станций, которые находятся на Земле. Но при переходе в космическую отрасль этот вопрос становится более глобальным. Предприятия будут выходить в интернет по беспроводным технологиям. Отпадет необходимость строительства станций, прокладки кабелей. Это, в свою очередь, положительно скажется на экологии.
Кроме того, с экономической точки зрения это будет вполне рентабельно.
Сейчас одна ракета отправляет в космос 50–60 малых космических аппаратов. Думаю, что эта цифра будет увеличиваться. Эти же спутниковые системы могут использоваться для передачи телевизионного сигнала, метеорологических данных и др. По-видимому, это будет окупаться. По крайней мере с точки зрения технологий сейчас проблем все меньше и меньше.
Еще одно направление развития космической отрасли — это спутниковая навигация. Российские спутники ГЛОНАСС, китайские спутники Baidou, американская система GPS. Думаю, что все эти системы интегрируются в единую объединенную систему глобального позиционирования.
Думаю, что система глобального позиционирования сольется с интернетом, который будет передаваться от космических спутников. Все разовьется до искусственного интеллекта, который эти системы объединит. Это будет, так сказать, защитный пояс Земли.
Юрий Ковалев, заведующий лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ:
— В 2019 года мы все узнали о черной дыре в галактике Дева А.
Ученые увидели ореол света — фотонное кольцо вокруг ее тени.
Я ожидаю и надеюсь, что в новом десятилетии ученым удастся увидеть и сделать фотографию черной дыры в центре нашей галактики Млечный путь. Почему это так важно? Мы сможем проверить общую теорию относительности Эйнштейна в сильном гравитационном поле этой черной дыры. Это самая близкая и в то же время массивная дыра: примерно 4 млн солнечных масс, и нас отделяет расстояние 28 тыс. световых лет.
Сделать этот снимок непросто — это и делает его уникальным для научных исследований. Черная дыра в центре нашей галактике имеет весьма подвижный и даже «вертлявый» характер. Вследствие разнообразных процессов, которые происходят вокруг нее, изображение тени меняется каждые полчаса. Таким образом, о ней проще снять документальный фильм, строя изображение раз в полчаса. Пока ученым такое недоступно. Также четкому снимку мешает эффект рассеивания. Радиоволны проходят через межзвездные облака и «портятся». С этим тоже предстоит разобраться.
В ближайшее десятилетие мы надеемся, что ученые всего мира, включая Россию, при помощи новых наземных и космических телескопов смогут решить столь непростую, но важную задачу! В частности, в России уже сегодня разрабатывается для этого проект космического телескопа «Миллиметрон».
Владимир Асланов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической механики Самарского университета, специалист в области очищения космического пространства от космического мусора:
— Я думаю, что в ближайшее время космические миссии с непосредственным участием человека будут постепенно «уходить». Ведь по какой причине долгие десятилетия человек работал в космосе? Ответ очень простой: не было совершенных роботов. В будущем космические экспедиции без участия человека будут технически и экономически значительно более эффективными. В связи с этим нам не следует ждать и массовой колонизации Луны и Марса, как предсказывает Илон Маск. Не будет и дорогих международных космических станций на околоземной орбите.
Исключение составит космический туризм, заметим, очень дорогой. И еще мы увидим реализацию амбиций в пилотируемых проектах новых мировых стран-лидеров, таких как Китай и Индия.
Чего еще ждать в ближайшее десятилетие в космическом пространстве? Конечно, глобального спутникового интернета Илона Маска Starlink. И это будет так же привычно, как GPS и ГЛОНАСС.
К чему нам всем готовиться? Для ответа на этот вопрос давайте вернемся в недалекое прошлое и вспомним только два слова, связанных с экологическими катастрофами: Чернобыль и «Фукусима-1». Что мы имеем сейчас? Доля ядерной энергии в Германии упала до 11%, в Японии — до 3,6%, в Бразилии — до 2,7%. С другой стороны, доля возобновляемых источников энергии постоянно растет, как, впрочем, и растет доля электромобилей. В этой системе координат важной и неотъемлемой частью экосистемы является ближний космос, который оказывает влияние не только на природу Земли, но уже и на мировую экономику, науку, культуру, социальную и другие сферы.
Если сегодня в космосе столкнутся два искусственных тела (а скорость их столкновения составляет 10 км/с и более), то за этим последуют уже столкновения осколков с другими телами — и этот процесс, подобно ядерной реакции, будет развиваться стремительно. Выйдут из строя действующие космические спутники, произойдет «загрязнение» орбит, а это значит, что они станут непригодными для запуска других спутников. То есть космос может быть потерян для жителей Земли навсегда. Это не вымысел, это факт. Для примера приведу только две космические катастрофы: 11 января 2007 года — разрушение китайского спутника FY-1C привело к появлению 3 тыс. крупных обломков, а столкновение 10 февраля 2009 года спутника «Иридиум-33» со спутником «Космос-2251» добавило в ближний космос еще 1420 крупных обломков. Сейчас в ближнем космосе сотни старых ступеней ракет массой по несколько тонн, они находятся на высотах более 500 км. Если их не убирать искусственным образом, то естественным путем за счет воздействия атмосферы они упадут на Землю через десятки и даже сотни лет.
Можно представить, что произойдет при столкновении таких по-настоящему крупных объектов. Тогда все прогнозы для космической индустрии «рухнут» и будет только одна проблема — очищение космоса.
Антон Конаков, старший преподаватель кафедры теоретической физики физического факультета Университета Лобачевского (Нижний Новгород), кандидат физико-математических наук:
— Одним из ярчайших научных событий последних лет было открытие гравитационных волн международной коллаборацией LIGO, в составе которой есть и российские физики — представители МГУ им. М. В. Ломоносова и нижегородского Института прикладной физики РАН. Гравитационные волны представляют собой распространяющиеся искривления пространства и времени, источниками которых являются массивные космические тела, например, черные дыры и нейтронные звезды. Изучение гравитационно-волновых сигналов позволит не только наблюдать объекты, не излучающие световые волны, такие как черные дыры, но и получить новые данные о происхождении Вселенной, природе гравитации и всего пространства и времени.
В ближайшее десятилетие стоит ожидать если не прорыва в новой области — гравитационно-волновой астрономии, то точно значительного продвижения вперед, особенно в сравнении с другими областями физики и астрономии. В следующие 10–20 лет структура мира может стать значительно более понятной человеку, и темных пятен в нем (включая природу темной материи и темной энергии) может стать меньше.
Александр Родин, руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ:
— Я уверен, что в ближайшее десятилетие нас ждут прорывные результаты в освоении космоса, развитии многоспутниковых систем и технологий управления климатом.
В ближайшие годы будут развернуты многоспутниковые системы, которые будут решать различные задачи, в первую очередь в области связи и дистанционном зондировании. Подобные многофункциональные системы станут неотъемлемой частью нашей жизни. Конечно, пандемия внесет свои коррективы, развитие рынка космической связи, вероятно, пойдет не такими высокими темпами, как предполагалось ранее, и мы уже видим эти коррективы на примере банкротства OneWeb.
Вероятнее всего, Россия будет кооперироваться с Китаем с целью создания собственного национального сегмента в международной сети.
Маловероятно, что за десятилетие у нас появится своя национальная сеть, которая решила бы стоящие перед страной задачи коммерческого характера.
Будет продолжаться освоение дальнего космоса и создана необходимая инфраструктура на окололунной и марсианской орбитах, и это уже не из области фантастики. В течение последних 20 лет на Марсе постоянно работают научно-исследовательские аппараты, и освоение Красной планеты будет продолжаться, однако человек на Марс в ближайшее десятилетие не полетит. Вероятней всего, полет человека на Марс осуществится в 20-летней перспективе, но это будет однократное достижение при участии широкой международной кооперации.
Освоение Венеры будет проходить не столь интенсивно, так как эта планета не столь интересна широкой публике, как Марс. Научное сообщество будет все более активно изучать внесолнечные планетные системы, однако полеты автоматических станций даже к ближайшим звездам еще долго, а вероятнее всего, навсегда останутся предметом научной фантастики и фантазий щедрых инвесторов.
Китай будет активно развивать свою пилотируемую программу, а Старый Свет и США, скорее всего, откажутся от постоянного присутствия человека в космосе. МКС уже выработает в значительной мере свой ресурс, а полноценной замены ей не появится.
Велика вероятность, что будут созданы технологии управления климатом на региональном масштабе и в перспективе это станет глобальным бизнесом, в который будут направлены значительные инвестиции, предназначенные для развития и внедрения зеленых технологий. Часть этих инвестиций пойдет и в космический сегмент. В первую очередь технологии управления климатом будут востребованы в странах Ближнего Востока, США, Китае, возможно, в российской Арктике. Публичная активность вокруг темы глобального потепления будет только нарастать, и это приведет к серьезным конфликтам и экономическим санкциям в отношении отдельных государств и компаний.
Андрей Майоров, доцент кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ:
Главный научный прогресс в области астрономических исследований сегодня связан с развитием новых методов наблюдения небесных тел и значительным улучшением возможностей экспериментальной техники.
Наука, изучающая эволюцию объектов от планет и астероидов до галактик и их скоплений, а также всей Вселенной, давно вышла за пределы оптического канала наблюдений (всеволновой астрономии), но именно сегодня мы становимся свидетелями зарождения т.н. многоканальной астрономии. В ек основе использование не только всего спектра электромагнитного излучения для наблюдения объектов, но и привлечение информации, получаемой другими способами, например, в виде нейтринного излучения, потоков космических лучей, а также по каналу гравитационных волн. Именно совместные многоканальные наблюдения и последующий комплексный анализ сегодня и в будущем будут определяющими в развитии астрономии и связанных с ней теоретических исследований.
Так, хочется верить, что в ближайшие годы многоканальные астрономические наблюдения позволят приблизиться к разгадке тайны природы темной материи, которая до сих пор ускользает от нас при прямом поиске и в экспериментах на ускорителе. Мы стараемся зарегистрировать её следы в потоках заряженных космических лучей, в рентгеновском и гамма-диапазоне.
Существующие и перспективные обсерватории, среди которых есть и отечественные, выходят на очень высокий уровень чувствительности, покрывая с высокой статистической точностью широкий диапазон энергий.
Новых открытий с нетерпением ждут и в космологии. Одним из наиболее интересных по мнению многих учёных является обнаружение реликтовых гравитационных волн. Сегодня их увидеть невозможно из-за огромного размера, но они должны были оставить свои отпечатки на карте т.н. реликтового излучения, исследования которого в ближайшее десятилетие является одной из главных задач как теоретиков, так и экспериментаторов. Такое открытие практически однозначно подтвердило бы инфляционный этап расширения в истории Вселенной, а значит мы могли бы подойти к самому рождению нашего мира. Гравитационно-волновая астрономия вышла на уровень практических результатов недавно и сейчас ее ждет бурное развитие. На Земле в разных странах уже строятся гравитационно-волновые обсерватории, существуют проекты космических обсерваторий, которые могут быть реализованы в конце этого — начале следующего десятилетия.
Перечислять список открытий, которые могут быть сделаны в этом направлении, даже не имеет смысла — их множество.
Несомненно, сегодня ренессанс переживает экзопланетология. Уже сегодня мы наблюдаем тысячи планет около других звезд и среди них есть планеты земного типа. Существующие обсерватории изучают их основные свойства, а в первой половине десятилетия в строй вступят космические и наземные телескопы с такими характеристиками, которых будет достаточно для детального изучения химического состава атмосферы планет, их фотографирования и даже картографирования.
Стоит отметить, что это далеко не все научные направления, которые сегодня активно развиваются. Новых открытий можно ждать при поисках и исследовании новых объектов в Солнечной системе: ее границы могут быть значительно раздвинуты, получены сведения о этапах эволюции и развития. Совсем недавно для исследования атмосферы Солнца запущена миссия Parker, от которой ожидают новых важных открытий, к планетам и астероидам уже готовятся новые миссии.
В рамках программ исследования космоса многих стран, в том числе и России, значатся проекты изучения Луны, а на Марсе уже через год или два будет работать новый марсоход.
Астрономические наблюдения имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение. Изучение свойств околоземного и межпланетного пространств, Солнца и солнечно-планетарных связей позволяет создавать реальные проекты освоения Луны и Марса. Станут ли они возможны на текущем уровне технологий? — ответить сложно, но необходимо ставить перед собой большие цели и стараться их добиваться. Именно в этом и есть ключ к прогрессу!
Подготовила Мария Грибова
Космос в повседневной жизни рядовых граждан
Наука 1519
Поделиться
Космические технологии давно стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, хотя многие из нас этого и не замечают.
Но прежде чем человек начинает использовать различные «информационные продукты», изделия и «гаджеты», которые без «космической составляющей» просто не будут работать, должен пройти процесс накопления научных знаний, состояться огромный комплекс исследований, их трансформация и «овеществление».
Все это происходит по самым разным направлениям, казалось бы, не имеющим никакого отношения к обыденности. Но это и есть наука.
Одна из крупнейших ведущих отечественных научных организаций «Национальный центр космических исследований и технологий» недавно подвела итоги своей работы по государственной трехлетней программе научных исследований.
Какими оказались результаты работы за этот непростой период, включивший в себя в том числе жесткий «карантинный» год, мы попросили рассказать Марата Нургужина, председателя правления АО «НЦКИТ», профессора, доктора технических наук.
Марат Нургожин
ПРИОРИТЕТ — СОБСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
— Главной задачей формирования ядра космической деятельности в Казахстане является разработка собственных технологий, необходимых для эффективного функционирования созданных космических систем и наземной инфраструктуры, развитие космических исследований в области дальнего и ближнего космоса, Земли из космоса. Без научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности создание собственных технологий невозможно в принципе.
Объектами исследований научных коллективов «Национального центра космических исследований и технологий» являются природно-техногенные процессы земной поверхности и литосферы, околоземное космическое пространство, ближний и дальний космос, создание материалов с заданными свойствами и приборы космического назначения.
За 2018-2020 годы центром была выполнена трехлетняя программа, утвержденная решением Высшей научно-технической комиссии при Правительстве Республики Казахстан по итогам открытого конкурса Аэрокосмического комитета.
Снимок из космоса
Выполнение этой программы — результат огромного труда ученых и инженеров центра и его институтов, ветеранов отечественной науки и молодых специалистов, с которыми в первую очередь связаны самые современные и перспективные исследования и разработки.
В результате выполнения программы созданы новые методы и технологии — для оценки и прогноза состояния природнохозяйственных систем, месторождений полезных ископаемых, промышленных и урбанизированных территорий в целях обеспечения их безопасного развития, мониторинга агропромышленности, прогноза чрезвычайных ситуаций, биоопасностей, изучения объектов дальнего и ближнего космоса. Также разработаны экспериментальные и инженерные образцы приборов, узлов и материалов для космических аппаратов, аппаратно-программных средств для конечных пользователей космической продукции и услуг. В итоге получены 13 результатов научно-технической деятельности, из них внедрены 10 разработок и получены 13 актов внедрения.
Задачи космической отрасли Казахстана предполагают развитие как новых космических технологий, так и сопряженной с ней фундаментальной науки. Создание научных основ космических технологий, собственного опытно-экспериментального производства, сборки и испытаний компонентов космических системы снизит зависимость отрасли от зарубежных технологий.
Деятельность ведущих космических государств и компаний направлена на создание взаимосвязанных космических и наземных систем для предоставления полного комплекса услуг широкому спектру пользователей в рамках единого информационного пространства. С интеграцией спутниковых и наземных телекоммуникационных систем, систем дистанционного зондирования Земли и глобальной навигации связано развитие нового информационного общества.
Эффективное освоение космоса требует опережающего развития научных исследований в областях радио- и геофизики, изучении нестационарных процессов в атмосфере, биосфере и литосфере Земли, космического мониторинга природных ресурсов, чрезвычайных ситуаций, создания космической техники и технологий, материаловедения, астрономии и астрофизики, физики солнечно-земных связей.
О ЗЕМНОЙ ТВЕРДИ
— Для Казахстана очень важно развивать технологии мониторинга и прогнозирования природных и техногенных процессов. Литосфера на нашей территории не отличается стабильностью.
Напротив, тектонической активности подвержены большие площади, и не только в горной местности. Сегодня космические технологии широко применяют в изучении геодинамических и геофизических процессов.
Методы дистанционного зондирования Земли являются эффективным средством изучения состояния природно-хозяйственных комплексов и экосистем на территории республики, прогноза динамики их развития, разработки научно-обоснованных рекомендаций по устойчивому развитию и рациональному природопользованию.
Изучение механизмов формирования геодинамического состояния литосферы с привлечением современных спутниковых технологий и математических методов, исследование взаимосвязи процессов на поверхности Земли и в верхних слоях атмосферы, а также созданные на этой основе методы дистанционного контроля движения земной поверхности дополняют существующие традиционные методы оценки катастрофических геофизических явлений, включая сейсмическую опасность.
Исследования современных геодинамических процессов земной коры Казахстана нацелены на использование спутниковой информации системы высокоточной спутниковой навигации (СВСН) в масштабах всей страны.
Объектом исследований является современные движение земной поверхности территории Казахстана, геодинамические и сейсмические особенности земной коры сейсмоопасных регионов Северного Тянь-Шаня.
В результате исследований разработана методика мониторинга современных геодинамических процессов территории Казахстана на основе данных СВСН РК. Эта методика и соответствующие карты могут быть использованы для дальнейшего развития спутниковой системы мониторинга в целях прогноза опасных геодинамических процессов, проще говоря, возможных землетрясений.
Обсерватория Асы-Тургень
Техногенная деятельность человека также должна учитывать природные возможности и пределы воздействия, в том числе при масштабном строительстве. Эти процессы надо уметь моделировать, чтобы избежать возможных техногенных катастроф. Для мониторинга и оценки технического состояния сооружений на урбанизированных территориях продолжены работы по проведению сбора, обработке и анализ высокоточных спутниковых GPS-измерений, георадиолокационных данных и радарных снимков.
Разработана геоинформационная система наземно-космического мониторинга геодинамических процессов в городах Нур-Султане и Алматы с использованием данных GPS-измерений, радарных снимков и математического моделирования. Построены карты-схемы пространственно-временного распределения скоростей движений и смещений земной поверхности территорий.
Создан Web-GIS-портал для мониторинга геодинамических процессов территории городов Нур-Султана и Алматы. На портале отражены данные границ городов, тектонических разломов, цифровой модели рельефа, радарной интерферометрии, GPS-измерений, георадарные профили, оценки концентрации напряжений в верхней части земной коры Алматы, а также карты-схемы скоростей движений и смещения земной поверхности. Все эти данные доступны государственным и коммерческим структурам и должны учитываться при развитии мегаполисов.
Проведен большой комплекс исследований динамики земной коры, связанных с поиском углеводородов. Не вдаваясь в «научные дебри», можно сказать, что создана методика проведения пространственного параметрического моделирования по созданию карт региональной нефтеперспективности, что позволяет существенно сократить затраты и сроки геологоразведки по поиску месторождений нефти и газа.
Продолжается изучение взаимодействия динамических процессов, протекающих в различных геосферах Земли, например, в ионосфере и литосфере. Проще говоря, учеными, в том числе нашими, доказано, что наша планета, ее атмосфера и околоземное космическое пространство — единый организм и все процессы взаимосвязаны и находят свое отражение в других средах. Современными исследованиями подтверждается, что не только Солнце, но и литосфера влияет на физические процессы, протекающие в верхних геосферных оболочках. Гравитационное воздействие Луны также влияет на механизмы движения частиц в литосфере и может быть триггером, приближающим момент землетрясения.
Впервые в реальном времени на основе комплексного мониторинга геофизической среды удалось предсказать землетрясение вблизи Алматы, которое ощущалось в городе на 3-4 балла по шкале MCK-64. Конечно, о сколь-нибудь точном масштабном прогнозировании говорить пока рано, но перспективность этих исследований не вызывает сомнений.
Телескоп АЗТ-20 с диаметром зеркала 1,5 метра.
СВЕРХУ ВИДНО ВСЕ
Принимая во внимание размеры территории республики, демографические и инфраструктурные особенности, крайне важной становится разработка новых эффективных информационных технологий для создания региональных систем космического мониторинга различных природных и техногенных процессов. Для интерактивного информационного обеспечения управляющих государственных органов различного уровня результатами космического мониторинга расширены возможности созданных Web-GIS-технологий. Глобальный характер, масштабность и оперативность спутникового зондирования позволят предоставить достоверную оценку состояния и динамики изменений природных и техногенных процессов на территории республики.
Это несколько важнейших направлений, по каждому из которых разработаны инструменты и методики для полноценного использования и внедрения:
· оценка экологического состояние пастбищных ландшафтов и продуктивность пастбищ, рекомендации по их рациональному использованию;
· методика определения площадей посевов риса и сроков сева для рисосеющих регионов на основе данных космической съемки, картографических материалов, данных наземных обследований и анализа агрометеорологических данных;
· оценка и определение возможных последствий чрезвычайных ситуаций на водных объектах (паводков и наводнений), рекомендации по контролю и принятию упреждающих решений;
· Казахстан является крупным производителем и экспортером зерна; сельскохозяйственным культурам причиняют вред около 50 видов многоядных и свыше 100 видов специализированных вредителей, более 70 видов болезней и не менее 120 видов сорных растений; саранчовые (азиатская, марокканская саранча, итальянский прус), ржавчина и септориоз зерновых культур внесены в «Перечень особо опасных вредителей и болезней сельскохозяйственных растений»; все это является непосредственной угрозой национальной продовольственной безопасности;
· в сфере контроля, мониторинга и борьбы со вспышками природных биоопасностей и вредителями сельскохозяйственных культур разработаны вероятностные модели экологической ниши для изучаемых видов, методика и Web-система прогнозирования и мониторинга грибных заболеваний зерновых культур;
· все необходимые данные получают как с помощью космического мониторинга благодаря спутникам ДЗЗ, так и на основе данных наземных наблюдений;
· также разработан оригинальный аппаратно-программый комплекс на основе беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с установленной универсальной гиростабилизирующей платформой, что позволяет получать высокоточные данные дистанционного зондирования.
РЕЗУЛЬТАТ — «В ЖЕЛЕЗЕ»
Создание и усовершенствование современных средств связи и навигации требует проведения комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с последующей конструкторско-технологической подготовкой производства аппаратуры, оборудования, приборов для космических аппаратов, наземной космической инфраструктуры, систем спутниковой связи и высокоточной спутниковой навигации.
Последние, в свою очередь, существенно зависят от состояния атмосферы, атмосферного электричества, грозовой активности, других факторов.
Впервые в стране проведены исследования атмосферно-литосферных связей на основе комплекса данных глобальных и региональной сетей грозопеленгации и разработанного для их обработки программноматематического обеспечения. На практике это означает сокращение аварий на линиях электропередачи (ЛЭП) от грозовой активности и снижения ущерба от лесных пожаров, вызываемых грозами.
Ведется разработка малых спутников и наноспутников, создают отечественные комплексы для отработки бортовой системы ориентации спутников.
Успешно функционирует созданная нашими учеными, инженерами и программистами казахстанская космическая система научного назначения на базе наноспутника СubeSat-3U, проекта KazSciSat.
Одним из важнейших условий устойчивой работы систем навигации является штатное функционирование робототехнических систем, навигационно-геодезического оборудования, беспилотных летательных аппаратов, крылатых ракет и другой техники гражданского и военного назначения. Именно этой задаче отвечает проект по созданию гибридных систем навигации с использованием современной электронной комплектующей базы, а его выполнению — разработка экспериментального образца гибридной инерциально-спутниковой навигационной системы (ГИСНС).
Обеспечение высокой эффективности поисково-спасательных работ в случае авиационного происшествия для снижения рисков гибели экипажа и пассажиров воздушного судна является одним из элементов, характеризующих безопасность полетов. В этих целях разрабатывается аппаратно-программный комплекс системы мониторинга полетной траектории малых воздушных судов с использованием технологий глобальных навигационных спутниковых систем и низкоорбитальных систем спутниковой связи.
Система раннего оповещения при селеопасности — один из самых эффективных путей повышения безопасности и защиты населения и объектов от селевых потоков в горной и предгорной местности. Для решения этой задачи разработан программно-технический комплекс мониторинга состояния моренных озер с использованием космических технологий связи. Разработанный экспериментальный образец может быть внедрен в ГУ «Казселезащита» как более эффективный и значительно менее затратный способ определения состояния прорывоопасности моренных озер, чем проводимые сейчас облеты на вертолетах.
Космические и авиационные технологии требуют применения новых облегченных высокопрочных материалов, в первую очередь углепластика. Разработанная нашими специалистами отечественная технология по производству ударопрочного углепластика аэрокосмического назначения позволит улучшить тактико-технические характеристики выпускаемых в республике летательных аппаратов.
КОСМОС ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ
— Традиционно большой комплекс исследований и работ продолжается в астрофизике.
Это в первую очередь мониторинг и оптические исследования потенциально опасных космических объектов ближнего космоса и высокоэнергичных объектов дальнего космоса, развитие и использование современных мониторинговых и информационных технологий.
В ближнем космосе становится тесно, и для нас крайне важно вести наблюдение геостационарной области, чтобы оценить вероятности опасных сближений с аппаратами KazSat. Разработанная методика позволяет это делать на период до 10 суток, диапазон расстояний — до 30 километров, проводить фотометрические и координатные наблюдения космических аппаратов при возникновении нештатных ситуаций для оценки состояния аппарата на этапе вывода на орбиту и в процессе работы.
Мониторинг околоземного космического пространства подразумевает не только отслеживание искусственных спутников Земли, но и других аппаратов. Наземное оптическое сопровождение позволяет получать точные параметры их орбит, оценивать ориентацию космического аппарата, его возможное вращение и в некоторых случаях — состояние его поверхности.
Наши астрофизики принимают активное участие в мониторинге российской орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» и ее оптическом сопровождении. Количество выполненных наблюдений и точность полученных данных отмечены благодарностью от Института прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН.
Наблюдения объектов, сближающихся с Землей, необходимы для оценки их опасности и оптимизации существующих и планируемых космических миссий. Несмотря на малую вероятность столкновения Земли с крупными небесными телами (астероиды, кометы), существует реальная угроза работе аппаратов на околоземных орбитах.
Проводится мониторинг астероидов, сближающихся с Землей и представляющих потенциальную угрозу вхождения в околоземное космическое пространство. Проведены фотометрические наблюдения и построены кривые блеска объектов.
Исследование гамма-всплесков, самых энергетических процессов во Вселенной — одно из ведущих направлений космических исследований. По сигналам с космических аппаратов проводят наблюдения оптического послесвечения гамма-всплесков.
Эти данные крайне важны для изучения природы Вселенной.
Ведется активная работа по построению трехмерных моделей галактик и их динамики с помощью компьютерного кластера (суперкомпьютера).
КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА
— Усилиями наших ученых за последние десятилетия в Казахстане создана национальная система мониторинга и прогноза состояния околоземного космического пространства или, как еще говорят, космической погоды. Функционированию казахстанских спутников, как и аппаратам других стран, угрожают не только космический мусор и объекты естественного происхождения (астероиды), но и жесткое космическое излучение, и солнечная активность.
Система диагностики и прогноза состояния околоземного космического пространства создана для оценки рисков работоспособности казахстанских космических аппаратов, систем навигации и связи. При этом выявлены количественные связи интенсивности космических лучей со степенью возмущенности космической среды и параметрами межпланетного пространства и ближнего космоса.
В режиме реального времени с высоким разрешением представлена информация о состоянии околоземного космического пространства в казахстанском регионе, включая прогнозы радиационной и геомагнитной обстановки.
Во время эксплуатации космических аппаратов различного назначения в результате комплексного воздействия факторов космического пространства и условий эксплуатации происходят случаи отказа бортовой аппаратуры, приводящие к уменьшению срока эксплуатации аппаратов на орбите, а в некоторых случаях — и их потере. Поэтому особое внимание уделяется увеличению работоспособности бортовых систем, устойчивых к условиям эксплуатации и воздействию факторов космического пространства, поиску новых и модернизации уже используемых схем защиты. В наземных моделирующих условиях невозможно создать испытательные комплексы, которые бы имитировали воздействие всех космических факторов. Поэтому для решения поставленных задач используют имитационное и схемотехническое моделирование и современные программные средства.
Впервые разработана информационная система надежности бортовой электронной аппаратуры с учетом радиационных и геофизических условий околоземного космического пространства и реализован принципиально новый подход к механизму инверсии (аномального изменения) информационного состояния модулей памяти, приводящий к нештатным ситуациям в работе бортовой электронной аппаратуры.
Подводя итог, мы можем смело сказать, что задачи, решаемые нашими научными коллективами, соответствуют мировым приоритетам развития космической науки и стратегическим задачам космической отрасли республики. Есть многолетний задел по всем направлениям исследований, высококвалифицированный кадровый потенциал, достаточная материально-техническая и экспериментальная база.
Безусловно, существует много вопросов, решения которых ожидает все научное сообщество Казахстана. Хочется надеяться, что голос наших ученых будет услышан при разработке планов по развитию науки и ее финансировании. Но это, конечно, тема отдельного разговора.
Подписаться
Авторы:
- Беседовал Александр Губерт
ОПЕК Россия Казахстан
- 30 авг
Престиж и пополнение бюджета: названы плюсы коротких автомобильных номеров
- 22 авг
Штраф за невыгул: назван способ перевоспитания российских собаководов
- 16 авг
Названо лучшее средство от пробок на дорогах России
Что еще почитать
Разведчик рассказал, как ВСУ готовили удары по Херсону и России
24108
Дарья Федотова
СВО на Украине становится народной: к чему приведет «самомобилизация»
54548
Дмитрий Попов
Луганский журналист Родион Мирошник рассказал о деталях убийства генпрокурора ЛНР
11276
Михаил Алимов
Россиянин на огромной скорости сбил пенсионера и «разрубил» его пополам
20095
Анатолий Ильин
Коротченко призвал ударить по центрам принятия решений на Украине
11655
Дарья Федотова
Что почитать:Ещё материалы
В регионах
Полиция задержала 50 девушек в красном на петрозаводской площади Кирова.
ФОТОФото 19495
КарелияИрина Стафеева
Самые вкусные оладьи из кабачков по-новому
14426
КалугаЕлена Одинцова
Жительницы Улан-Удэ становятся проститутками ради уплаты долгов и помощи близким
4936
Улан-УдэРоксана Родионова
«Надо настраиваться»: стилист в Улан-Удэ предсказала возвращение моды нулевых годов
Фото 3700
Улан-УдэСэсэг Жигжитова
Костромские проблемы: в наших лесах исчезли грибы
2879
КостромаНачальник свердловского ТУ Росимущества Сергей Зубенко с молчаливого согласия федерального руководителя Вадима Яковенко тормозит развитие строительной отрасли в Екатеринбурге
Фото 2691
ЕкатеринбургМаксим Бойков
ФОТОВ регионах:Ещё материалы
Дальний космос: возможности освоения и перспективы
Полвека тому назад люди впервые вырвались за пределы околоземной орбиты и ступили на поверхность иного небесного тела.
К сожалению, несмотря на всю историческую значимость, долгое время это событие так и оставалось лишь одним маленьким шагом престижа, сделанным в рамках идеологической борьбы сверхдержав, а не ради какой-то практической необходимости. И только в последнее десятилетие ситуация начала меняться. Коммерциализация космоса и мощный технологический рывок Поднебесной привели к тому, что анонсированные США и КНР планы по созданию постоянных баз на Луне теперь воспринимаются как нечто обыденное. Да и мечта Илона Маска о людях на Марсе уже не кажется такой уж несбыточной.
Но космос не ограничивается Луной и Марсом. Он не ограничивается даже Солнечной системой. За ее пределами — огромная Вселенная, наполненная бесчисленным количеством небесных тел.
Многие поколения ученых и фантастов считали само собой разумеющимся, что однажды человек займется их покорением. Но возможно ли это с технологической точки зрения? И, даже если да — есть ли практический смысл для человечества покидать родной дом и отправляться в космические глубины?
Возможные цели для колонизации дальнего космоса
Любая дискуссия о дальней космической экспансии человечества сводится к поиску ответа на три основных вопроса: как, куда и зачем? Что именно мы могли бы колонизировать, позволяют ли это технологии? И насколько в принципе целесообразна подобная деятельность?
Начнем с первого пункта.
Много лет подряд в научной среде бытовало мнение, что Солнечная система, по сути, заканчивается на Плутоне. Дальше начиналась великая пустота, прерывавшаяся лишь на облаке Оорта — гипотетическом скоплении ледяных тел на дальней окраине Солнечной системы, откуда к нам периодически прилетают новые кометы.
Сейчас мы знаем, что это не так. Плутон не курьезный реликт, а лишь один из крупнейших представителей пояса Койпера — удаленного и обширного региона, на порядок превосходящего по размерам и массе Главный пояс астероидов. За ним начинается еще более далекая область рассеянного диска, служащая домом для еще одной группировки ледяных тел, и которая, в свою очередь, в какой-то момент переходит во внутреннюю часть облака Оорта.
Пока что астрономы могут находить транснептуновые объекты, расположенные примерно в радиусе всего 18-20 млрд км от Солнца. Все, что лежит дальше, остается для них Terra Incognita. Но даже имеющихся скудных данных достаточно, чтобы предположить, что эта область населена большим количеством тел, многие из которых могут быть сопоставимы по размеру с тем же Плутоном.
С достаточно большой долей вероятности, там могут скрываться целые планеты, превосходящие по размерам Землю, выброшенные на эти «задворки» во времена формирования Солнечной системы. Более того, астрономы до сих пор не исключают возможности, что где-то по соседству с Солнцем могут находиться один-два холодных коричневых карлика, или, как их еще именуют, неудавшиеся звезды: так называют объекты, представляющие собой промежуточное звено между планетами и светилами.
Очевидно, что именно область за орбитой Нептуна станет первой целью для дальней космической экспансии человечества. Прежде чем лететь к другим звездам, нам необходимо разведать и картографировать данный «фронтир». Это нужно как из соображений безопасности, так и с практической точки зрения. Ведь здесь есть весьма ценные ресурсы (вода, кислород, материалы, которые можно использовать для строительства поселений и космических кораблей). В дальнейшем они пригодятся для подготовки и снабжения межзвездных экспедиций.
Но что дальше? Если говорить о непосредственно ближайших звездных соседях Солнца, стоит отметить, что наша система расположена на окраине небольшого спирального рукава Ориона, который можно назвать своеобразными галактическими «задворками».
По меркам Млечного пути, этот регион является относительно «разреженным»: средние расстояния между звездами здесь измеряются несколькими световыми годами. По мнению многих планетологов, данный фактор мог сыграть ключевую роль в развитии жизни на нашей планете. Находясь на галактической окраине, Солнечная система сумела избежать многих опасностей, которые несет слишком тесное соседство с другими светилами.
Впрочем, это же обстоятельство одновременно существенно усложняет задачу колонизации других миров. Ближайшая звездная система Альфа Центавра удалена от нас на 4,3 световых года. По астрономическим меркам, это сущая мелочь. По человеческим — невообразимо гигантское расстояние, которое сложно даже просто осознать.
Но есть и хорошая новость, ведь два из трех компонентов Альфы Центавра являются солнцеподобными светилами. Дело в том, что примерно 75% звезд Млечного пути представляют собой красных карликов. Такие светила намного тусклее Солнца, и при этом обладают весьма «своенравным» характером.
Например, они могут резко менять свою светимость, а также производить опасные для всего живого мощные вспышки, многократно превосходящие солнечные. Так что то, что две из трех ближайших к нам звезд похожи на Солнце, можно назвать удачей. Если у них есть каменные экзопланеты, чьи орбиты проходят в зоне обитаемости, условия на их поверхности вполне могут напоминать земные.
Что касается третьего компонента системы, Проксимы Центавра, то тут все более-менее понятно. Уже сейчас мы знаем, что вокруг нее обращается как минимум две экзопланеты, и орбита одной из них лежит в зоне обитаемости. Конечно, ввиду особенностей красных карликов климатические условия этого мира пока что являются предметом различных спекуляций. Но в любом случае уже сейчас можно достаточно уверенно прогнозировать, что если человеку и суждено отправить экспедицию к мирам у других звезд, то система Альфа Центавра практически наверняка станет ее первым пунктом назначения.
По всей видимости, экзопланеты имеются и у большинства других наших соседей.
На данный момент астрономы нашли их у 60 из 400 звезд, расположенных в радиусе 10 парсек от Солнца. В частности, имеющиеся данные говорят о том, что невидимые компаньоны есть у звезды Барнарда, Вольфа 359, Лаланда 21185 и Эпсилон Эридана. И это с учетом того, что современные методы поиска экзопланет все еще имеют ряд существенных ограничений. Вследствие чего астрономам намного проще находить крупные экзопланеты, расположенные неподалеку от звезд, чем небольшие каменные тела с большими периодами обращения.
Впрочем, после ввода в строй сверхмощных телескопов нового поколения, обладающих намного большей чувствительностью и способных получать изображения со значительно большей степенью детализации, ситуация должна будет существенно улучшиться.
Так что, если у человечества появится возможность добраться до звезд, можно прогнозировать, что к тому моменту у нас будет весьма богатый выбор потенциальных целей. Тем более уже сейчас мы знаем, что некоторые звездные системы могут иметь сразу несколько пригодных для колонизации планет.
В качестве примера можно привести расположенную в 40 световых годах от Земли TRAPPIST-1. Вокруг этой небольшой звезды обращается как минимум семь каменных миров, причем орбиты сразу трех из них лежат в зоне ее обитаемости.
Если же нам когда-нибудь удастся добраться до крупных скоплений и центральных областей нашей галактики, где среднее расстояние между звездами измеряется не световыми годами, а световыми неделями, а то и днями, это значительно облегчит дальнейшую задачу. Проведенные различными группами исследователей расчеты показали, что даже обладая флотом относительно медленных кораблей, технологически развитая цивилизация может полностью покорить центр Млечного пути всего за несколько десятков миллионов лет.
Вопрос тяги
Разумеется, все описанное выше многообразие потенциальных целей для исследования и колонизации окажется полностью бесполезным в том случае, если мы не можем до них добраться. К сожалению, на данном этапе человечество не обладает технологическими возможностями, позволяющими построить корабли, способные достичь других звезд в сколь бы то ни было приемлемые сроки.
Но, по крайней мере, мы уже в состоянии поразмышлять над основными аспектами этой задачи.
Ключевым из них, безусловно, является вопрос тяги. Очевидно, что для полета к звездам нам потребуется что-то поэффективнее используемых в наши дни ракетных двигателей на химическом топливе. Различными инженерами и фантастами предложено множество вариантов решения данной проблемы. В теории, наилучшие результаты мог бы дать аннигиляционный двигатель. Его принцип действия основан на взаимодействии материи и антиматерии. Оно высвобождает колоссальное количество энергии. А скорость истечения образующихся в ходе этого процесса частиц близка к релятивистским, что позволяет разогнать космический корабль до очень больших скоростей. В качестве примера можно привести разработанный в 1990-х проект Valkyrie. В теории, этот звездолет способен разогнаться до 92% от скорости света.
Само по себе антивещество уже давно перестало быть фантастикой – ученым впервые удалось синтезировать антиводород еще в 1995 году.
Так что можно задаться логичным вопросом, почему же мы до сих не отправились к звездам. Все дело в том, что для создания подобного двигателя необходимо решить две фундаментальные проблемы. Во-первых, нужно многократно уменьшить стоимость антивещества и наладить его производство в промышленных масштабах. Сейчас его можно получить лишь с помощью ускорителей частиц. Поэтому количество создаваемой антиматерии измеряется миллиардными долями граммов, а ее стоимость составляет поистине астрономические суммы. Во-вторых, нужно придумать надежный способ, позволяющий хранить антивещество на протяжении длительных периодов времени. Но, если человечеству удастся решить эти проблемы, именно аннигиляционный двигатель способен обеспечить нам наиболее быстрые межзвездные путешествия.
Другой перспективный вариант — использование солнечного паруса. Так называют приспособление (как правило, представляющее собой огромную пленку), использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.
Эта технология также не является чем-то фантастическим. Ее уже испытывали во время нескольких космических миссий, а прямо сейчас на околоземной орбите функционирует аппарат Lightsail-2, оснащенный парусом с площадью поверхности в 32 кв. м.
Основное преимущество солнечного паруса — отсутствие необходимости брать с собой топливо, на которое обычно приходится львиная доля массы космического корабля. Но опять же, все не так просто. В исходном виде парус годится лишь для перелетов во внутренней части Солнечной системы. Если мы хотим отправиться в космические глубины, нам придется построить сверхмощный лазер, чей луч можно будет использовать для разгона «парусника». Создание подобного ускорителя, несомненно, станет самым грандиозным проектом в истории, требующим согласованных усилий всех земных наций.
Другая очевидная проблема звездолета с солнечным парусом заключается в том, что его затем нужно как-то затормозить. Одним из вариантов решения проблемы может стать использование второго паруса.
При приближении к звезде он отсоединится от корабля и сыграет роль линзы, сфокусировав ее свет на звездолете, позволив ему уменьшить скорость. Еще одной возможностью является комбинация из паруса и иной силовой установки (например, уже упомянутого аннигиляционного двигателя). Первый будет использоваться для ускорения звездолета, второй — для его торможения на подлете к цели.
Но наиболее реалистичным вариантом пока что рассматривается «взрыволет»: космический корабль, приводимый в движение энергией, выделяемой во время подрыва небольших ядерных или термоядерных зарядов. Насколько бы безумной на первый взгляд ни выглядела подобная схема, но она может быть работоспособной, что подтверждают как результаты моделирования, так и практические эксперименты.
Согласно некоторым расчетам, такой звездолет можно было бы разогнать до 10% скорости света, что обеспечило бы достижение той же Альфы Центавра за 45 лет — т.е. в пределах одной человеческой жизни. Более того, по мнению многих экспертов, на данный момент это единственный тип относительно быстрого межзвездного корабля, который может быть создан на основе исключительно имеющихся технологий.
Все остальные теоретические концепции, вроде уже упомянутого аннигиляционного двигателя, имеют большое количество нерешенных проблем и физических допущений, которые делают их возможную реализацию делом весьма отдаленного будущего.
Альтернативой всем перечисленным схемам выступает создание «медленного» корабля поколений — замкнутой экосистемы, рассчитанной на путешествие протяженностью в сотни и тысячи лет. Преимущество такого звездолета заключается в том, что он не требует разработки принципиально новых двигателей. Основной недостаток — необходимость создания полностью самодостаточной самоподдерживающейся экосистемы, которая сможет существовать без поставок извне и обеспечить выживание колонии людей на протяжении столетий, а то и тысячелетий. Не исключено, что в реальности это окажется даже более сложной задачей, чем строительство того же аннигиляционного двигателя.
В качестве примера можно привести проведенный в начале 1990-х печально известный знаменитый эксперимент «Биосфера-2», наглядно продемонстрировавший ряд опасностей, которые могут подстерегать людей при длительном нахождении в изоляции.
Тут и быстрое разделение коллектива исследователей на несколько враждебных группировок, и неконтролируемое размножение вредителей, приведшее к стремительному падению содержания кислорода под куполом, из-за чего опыт в итоге пришлось прекратить. Даже обычный ветер, как оказалось, играет важнейшую роль: без регулярного раскачивания деревья быстро становятся хрупкими и ломаются.
Альтернативой кораблю поколений является технология, позволяющая погружать людей на сотни и даже тысячи лет в состояние анабиоза, а затем возвращать их к жизни. Это могло бы решить многие принципиальные проблемы длительного полета. Неудивительно, что капсулы для гибернации давно стали неотъемлемой частью научной фантастики. К сожалению, в реальности работы в этом направлении все еще пребывают в зачаточном состоянии. На данный момент сложно делать определенные прогнозы по поводу того, возможен ли какой-то прорыв, и когда он может осуществиться.
Так что не исключено, что если человеку все же суждено достигнуть звезд, это будет сделано не какой-то отдельной экспедицией, а методом небольших «скачков».
Если наша цивилизация приступит к освоению пояса Койпера (например, Плутона и Эриды), то со временем поселенцы начнут создавать аванпосты на все более далеких ледяных объектах, постепенно удаляясь от Солнца. Используя их в качестве своеобразного «перешейка» (как аналогию можно привести заселение древними людьми Америки и Австралии), со временем их потомки смогут достигнуть аналога облака Оорта вокруг Альфы Центавра, и уже по нему добраться до обращающихся вокруг них экзопланет.
Целесообразность освоения дальнего космоса
Но, даже зная, куда и на чем мы можем полететь, нам все равно нужно найти ответ на финальный вопрос: зачем? Что может дать человечеству освоение дальнего космоса?
Разговор на эту тему стоит начать с того, что тяга к исследованию и покорению новых мест генетически заложена в нашей природе. Именно благодаря ней человечество сумело расселиться по всем земным континентам и стать доминирующей формой жизни на планете. И если тщательно все обдумать, возможно, нам даже не нужно искать каких-то оправданий космической экспансии.
Весь исторический опыт свидетельствует: как только у человечества появляется возможность колонизировать новый регион, мы немедленно ее используем. И в этом плане космос вряд ли станет исключением. Если технологии дадут нашему виду реальную возможность создавать устойчивые и безопасные поселения на других мирах, незамедлительно найдутся те, кто захочет ею воспользоваться и покинуть Землю.
При всем при этом не стоит забывать, что в прошлом колонизации новых земель не отличалась особой системностью. Достаточно просто вспомнить историю Африки или судьбу коренных народов Америки. Она всегда сопровождалась массой трагедий и ошибок, последствия которых человечество пытается исправить до сих пор. Так что в случае с космосом мы, по крайней мере, можем приложить все возможные усилия, чтобы не повторять ошибок предыдущих поколений и заранее продумать, как лучше организовать этот процесс.
Если же говорить с практической точки зрения, колонизация дальнего космоса тоже может принести человечеству ряд выгод.
Наиболее очевидно из них то, что наш вид получит страховку на случай, если что-то случится с Землей. Часто эта роль отводится Марсу. Но надо понимать, что это мертвый мир, растерявший большую часть своих ресурсов, который вряд ли сможет претендовать на статус полноценной замены Земле. А вот если принять во внимание гигантские размеры космоса, можно прийти к выводу, что у человечества — неплохие шансы отыскать планеты с комфортными условиями на просторах нашей галактики, которые станут для нас полноценным домом.
К слову, ресурсы дальнего космоса — в первую очередь именно пояса Койпера и облака Оорта — тоже могут пригодиться нашему виду. И речь идет не только об использовании их в качестве промежуточных баз для звездолетов. Если в далеком будущем человечество займется планетарной инженерией и попытается терраформировать Марс и Венеру, для этого потребуется доставить туда огромные массы воды. Безусловно, ее можно найти и поближе (например, на спутниках Юпитера). Однако не исключено, что будет куда проще поймать и отбуксировать во внутреннюю часть Солнечной системы несколько крупных ледяных тел, нежели пытаться возить воду на Марс космическими танкерами с той же Европы.
Более того, весь этот регион может стать стратегическим резервом на случай, если нашу собственную планету постигнет какая-то глобальная катастрофа и ее придется восстанавливать.
И, наконец, не стоит забывать про еще одну извечную мечту человечества — найти ответ на вопрос, одни ли мы во Вселенной. Он волновал, волнует и будет волновать еще множество поколений. Так что поиски внеземной жизни, безусловно, станут еще одним важным фактором, который подстегнет изучение дальнего космоса. Конечно, нельзя исключать, что в конечном счете нам так и не удастся никого разыскать. Но даже при таком исходе мы, по крайней мере, обезопасим свой вид от исчезновения. Да и, к тому же, кто-то же должен быть первым.
Как мы можем добраться туда безопасно и устойчиво?
Клэр Найт, Университет штата Колорадо
Отражение аспиранта Томаса Андреано, когда он наблюдает за своим двигателем Kr Hall мощностью 2 кВт, свет которого проходит через оконный порт большой вакуумной камеры в CSU.
Предоставлено: профессор Джон Уильямс.Когда-то тема исследования дальнего космоса и межпланетной колонизации, которая когда-то была единоличным господством научно-фантастических фильмов и романов, на несколько шагов приблизилась к воплощению в жизнь благодаря значительным достижениям в аэрокосмической технике, медицине и физике.
Отправка астронавтов на Международную космическую станцию для длительных миссий предоставила огромное количество информации о сохранении жизни людей в сложных условиях космоса. Вернувшись на Землю, ученые и инженеры пытаются воспроизвести внеземные условия, чтобы проверить пределы для более амбициозных миссий.
Найти жизнь или транспортировать жизнь?
Ученые факультета машиностроения CSU работают с НАСА, чтобы понять, как более безопасно и устойчиво путешествовать на большие расстояния в дальний космос.
С точки зрения Криса Маккея, старшего планетолога НАСА и известного астробиолога, поиск свидетельств настоящей или прошлой жизни за пределами Земли может представлять отдельное происхождение жизни. Это было бы не только скачком в удовлетворении многовекового человеческого любопытства, но также могло бы привести к научным достижениям в медицине.
«Если бы мы нашли еще один пример жизни, не зависящей от жизни на Земле, мы бы знали, что число форм жизни во Вселенной равно как минимум двум», — сказал Маккей. «А если их два, то это миллиарды и миллиарды. Все, что живет, было бы феноменально, где угодно, все живое, и даже если оно мертво, оно все равно феноменально!»
Для профессора машиностроения CSU Джона Уильямса тема жизни на других планетах заключается не столько в ее поиске, сколько в ее доставке.
«Я не знал, что вера в то, что Земля — это живой, дышащий, многоклеточный организм, нуждается в гипотезе, но она, конечно же, нужна — потому что одно важное определение чего-то живого состоит в том, что оно может воспроизводить себя», — сказал Уильямс. «Чтобы люди могли переместить Землю в царство разделения и репликации, нам нужно создать для нее возможность создавать колонии за пределами самой Земли».
Проблема расстояния
Технологии существуют, чтобы доставить нас в глубокий космос, и уже использовались для различных миссий, включая полеты на Луну. Задача состоит в том, чтобы масштабировать уровни мощности на порядки и понять, как более крупные и мощные системы будут работать в открытом космосе.
Технология — электрическая двигательная установка — представляет собой высокоэкономичное изобретение с постоянной малой тягой, идеально подходящее для полетов в дальний космос. Для маневрирования объектов из одной точки в другую требуется очень мало топлива по сравнению с обычным ракетным двигателем.
Последняя инициатива НАСА, JANUS
Уильямс и его коллега-профессор машиностроения Азер Ялин будут играть важную роль в новом институте космических исследований НАСА — Joint Advanced Propulsion Initiative (JANUS) — для продвижения наземных испытаний электрических двигателей по мере их появления исследование дальнего космоса человеком.
Ялин является одним из главных исследователей проекта, а Уильямс будет главным исследователем CSU и членом руководящего комитета JANUS. Институт под руководством университета, возглавляемый Технологическим институтом Джорджии, присоединится к четырем существующим институтам НАСА и получит до 15 миллионов долларов в течение пяти лет. В состав команды входят представители 12 университетов и трех частных аэрокосмических компаний.
Проверка мощности и производительности
Создание достаточной космической среды имеет решающее значение для оценки и прогнозирования поведения силовой установки большой мощности и обеспечения успеха миссии. Команда разработает стратегии и методы для преодоления ограничений в наземных испытаниях мощных электрических силовых установок и улучшения характеристик износа и производительности устройств. Они будут использовать основанное на физике моделирование, испытания мощных двигателей, новейшие диагностические разработки и фундаментальные эксперименты.
Одной из целей исследований CSU является использование лазеров для точных измерений эрозии двигателя на атомном уровне — важного ограничивающего жизнь процесса, который ограничивает дальние миссии. Для простоты транспортировки и внедрения на объектах партнеров команда CSU также разработает портативные диагностические системы, дополняющие высокоточные лазерные измерения.
Будущее исследования дальнего космоса
Существовала ли когда-нибудь жизнь на Марсе? Может в будущем? Что бы мы нашли, если бы углубились в космос?
Возможности, которые могут быть предоставлены масштабируемой и безопасной в космосе электрической силовой установкой, значительны.
Непрерывная технология электродвигателя с малой тягой дает возможность создать межпланетный грузовой флот для перемещения массивных полезных грузов и установки модулей на Луну или на орбиту, где могли бы жить люди. Если бы модули могли поддерживать жизнь, их можно было бы превратить в базы, предоставляя астронавтам промежуточные станции для продвижения вглубь космоса.
В большем масштабе и в будущем флоты могут быть использованы для создания предварительных человеческих колоний на других планетах. Это может стать первым шагом в определении того, является ли межпланетная колонизация жизнеспособным вариантом для выживания людей или, как выразился Уильямс, для деления и размножения.
Узнать больше
Lunar Gateway будет поддерживать свою орбиту с помощью ионного двигателя мощностью 6 кВт
Предоставлено Государственный университет Колорадо
Цитата : Исследование дальнего космоса: как мы можем добраться туда безопасно и устойчиво? (2021, 29 июня) получено 17 сентября 2022 г. с https://phys.org/news/2021-06-exploring-deep-space-safely-sustainably.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
10 способов, с помощью которых стажеры исследуют космос вместе с НАСА – Исследование Солнечной системы НАСА
Моделирование инопланетных миров, проектирование космических кораблей с помощью оригами и использование крошечных окаменелостей для понимания жизни древних организмов – все это повседневная работа стажеров Лаборатории реактивного движения НАСА.
Вот как стажеры продвигают миссии НАСА и науку дальше.
Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Эван Крамер1. Соединение спутников в космосе
Бекка Фауст выглядит так, будто она буквально в космосе или, по крайней мере, на съемочной площадке научно-фантастического фильма. Она окружена черным, за исключением блестящей белой модели кометы, подвешенной позади нее. Под носками, которые она надела специально для этой цели, черный пол отражает сцену, как совершенно неподвижная вода в озере, когда она описывает, что здесь происходит: «У нас есть пять симуляторов космических кораблей, которые «летают» в специально спроектированном помещении с плоским полом». она сказала. «Симуляторы космических кораблей используют воздушные подшипники, чтобы поднимать роботов с пола, что-то вроде перевернутого аэрохоккейного стола. Верхняя часть симуляторов космического корабля может двигаться вверх-вниз и вращаться, как настоящие спутники». Именно здесь, на этом испытательном стенде в кампусе Калифорнийского технологического института, Фуст тестирует разработанный ею алгоритм автономной сборки и разборки спутников в космосе. «Мне нравится называть это космическим K’nex, как и игрушки. Мы используем несколько составных спутников и пытаемся выяснить, как собрать все части вместе и заставить их работать на орбите», — говорит она. Научный сотрудник НАСА по космическим технологиям, которая делит свое время между Калифорнийским технологическим институтом и Лабораторией реактивного движения, работая с Сун-Джо Чангом и Фредом Хадаэхом соответственно. В настоящее время Фуст получает докторскую степень. в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Она говорит о своей стипендии: «Я надеюсь, что мои исследования приведут к более умным и эффективным спутниковым системам для строительства и сборки в космосе».
2. Погружение в науку об инопланетных океанах
Три года назад математика и естественные науки были всего лишь предметами, которые Кэти Вега преподавала своим ученикам в рамках программы Teach for America. Вега, чья семья эмигрировала из Сальвадора, первой в своей семье поступила в колледж. Она всегда интересовалась космосом и даже мечтала когда-нибудь стать космонавтом, но получила степень в области политологии, чтобы участвовать в решении проблем, затрагивающих ее сообщество. Но между обучением и поощрением ее семьи заниматься наукой было только вопросом времени, когда она осознает, насколько сильно она хочет быть в мире STEM. Сейчас стажер в JPL и в процессе получения второй степени, на этот раз в области инженерной физики, Вега работает над экспериментом, который поможет ученым искать жизнь за пределами Земли. «Мой проект заключается в проведении эксперимента по моделированию возможных составов океана, которые существовали бы в других мирах», — говорит Вега. Спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад, например, являются ключевыми целями в поисках жизни за пределами Земли, потому что они свидетельствуют о глобальных океанах и геологической активности. Эти факторы могут позволить жизни процветать. JPL уже строит космический корабль, предназначенный для орбиты Европы, и планирует посадку еще одного на ледяную поверхность Луны. «В конечном итоге [этот эксперимент] поможет нам подготовиться к разработке посадочных модулей, которые отправятся к Европе, Энцеладу и другому спутнику Сатурна, Титану, для сбора сейсмических данных, которые мы сможем сравнить с нашими смоделированными», — говорит Вега. «Мне кажется, что я закладываю основу для этих миссий».
Прочтите полный ответ на вопросы Веги, чтобы узнать, что вдохновило ее на смену карьеры и как ее проект способствует поиску жизни за пределами Земли.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр.3. Раскрывающиеся виды планет за пределами нашей Солнечной системы
«Оригами теперь отправляется в космос? Это потрясающе!» Крис Эскер-Росас складывал — и раскладывал — оригами с четвертого класса, тщательно измеряя сложные узоры и углы, образующиеся при складывании, а затем создавая новые формы на основе того, чему он научился. «Оригами требует много математики. Многие люди этого не осознают. Но что на самом деле входит в это, так это множество геометрических форм и углов, которые вы должны учитывать», — говорит Эскер-Росас. Еще три года назад студент компьютерной инженерии в колледже Сан-Бернардино понятия не имел, что его увлечение оригами превратится в возможность стажировки в JPL. Так было до тех пор, пока его давний друг, коллега по оригами и стажер JPL Роберт Салазар не связал его с проектом Starshade. Звездная тень была предложена как способ подавить звездный свет, который в противном случае заглушил бы свет планет за пределами нашей Солнечной системы, чтобы мы могли охарактеризовать их и даже выяснить, могут ли они поддерживать жизнь. Чтобы это произошло, требуется тяжелое оригами — развернуть точно спроектированную структуру в форме подсолнуха размером с бейсбольный ромб из упаковки размером примерно в половину насыпи питчера. Этим летом Эскер-Росас поставил перед собой задачу убедиться, что «лепестки» Starshade раскрываются без сучка и задоринки. Говорит Эскер-Росас: «[Стажеры] находятся на переднем крае тестирования оборудования и следят за тем, чтобы все работало. Я чувствую, что мы вносим большой вклад в то, как эта штука в конечном итоге будет развернута в космосе».
Прочтите полный ответ на вопросы Эскера-Росаса, чтобы узнать, как он применяет свои навыки оригами и что вообще заставило его складывать.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр.4. Прорыв в экстремальной робототехнике
Колесные вездеходы могут быть нормой на Марсе, но Сойер Эллиотт считает, что исследователем Красной планеты в будущем может стать другой тип катящегося робота. Это второй год Эллиота в качестве научного сотрудника в Лаборатории реактивного движения, исследующего использование робота в форме куба для маневрирования в экстремальных условиях, таких как скалистые склоны на Марсе или места с очень низкой гравитацией, такие как астероиды. Эллиотт, аспирант в области аэрокосмической техники в Корнелльском университете, провел свое последнее время в JPL, разрабатывая и тестируя возможность создания такого марсохода. «Я начал работать исключительно с марсоходом и посмотрел, сможем ли мы сделать это в реальных условиях с реальной гравитацией», — говорит Эллиотт. — Оказывается, мы могли. Так что этим летом он улучшал элементы управления, которые заставляют его двигаться или даже прыгать по команде. В будущем Эллиотт надеется продолжить свои исследования в качестве сотрудника JPL или другого центра НАСА. «С каждым разом мне становится все больше и больше интересно, так что, думаю, это хороший знак», — говорит он.
Прочтите полный ответ на вопросы Эллиотта, чтобы узнать, что вдохновило его заняться аэрокосмической техникой и где он больше всего хочет путешествовать в космосе.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр.5. Начиная с нуля
Перед обратным отсчетом до запуска, сборкой деталей или сбором ученых и инженеров миссии есть такие люди, как Джошуа Гастон, которые помогают превратить то, что не более чем идея, в нечто большее. В качестве стажера в группе разработки проекта JPL Гастон помогает проложить путь к концепции миссии, которая направлена на отправку десятков крошечных спутников, называемых CubeSats, за пределы гравитации Земли к другим телам в Солнечной системе. «Это своего рода первый шаг, — говорит Гастон. «У нас есть эта идея, и нам нужно выяснить, как ее реализовать». Роль Гастона состоит в том, чтобы проанализировать, могут ли различные модели CubeSat быть оснащены необходимыми научными инструментами и при этом иметь вес. Масса является важным фактором при планировании миссии, потому что она влияет на все: от стоимости ракеты-носителя до возможности запуска вообще. Гастон, студент аэрокосмической инженерии в Университете Таскиги, говорит о своем проекте: «Это кажется маленькой ролью, но в то же время она довольно большая. Если вы не знаете, что будет происходить на вашем космическом корабле, или вы не знаете, как он будет выглядеть, трудно даже выбрать предложение».
Прочитайте полный ответ на вопросы с Гастоном, чтобы узнать, как он надеется сыграть роль в волне CubeSat в будущем и каково это — обмениваться идеями с учеными-ракетчиками.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр.6. В поисках жизни на скалах
Проведя химический процесс крошечных образцов окаменелостей, едва видимых человеческим глазом, группа ученых Лаборатории реактивного движения раскрывает подробности об организмах, которые оставили свой след на Земле миллиарды лет назад. Теперь они нацелились на изучение первых образцов, возвращенных с Марса в будущем. Но поиск признаков жизни в таком редком и ограниченном ресурсе означает, что команде придется получить максимум научных данных из наименьшей возможной выборки. И тут в дело вступает Аманда Аллен, стажер, работающий с командой астробиогеохимии Лаборатории реактивного движения, или abcLab. «Используя текущий, современный метод, вам нужен образец в 10 раз больше, чем мы стремимся, — говорит Аллен, студентка факультета наук о Земле Калифорнийского университета в Сан-Диего, которая проходит свою пятую стажировку в JPL. «Я пытаюсь заставить работать другой метод». Аллен, которая занималась театром и дизайном костюмов до того, как решила заняться наукой о Земле, говорит, что ее «суперсилой» всегда была способность находить вещи. «Если на Марсе можно найти что-то интересное, связанное с астробиологией, я думаю, что могу помочь с этим», — говорит она.
Прочтите полный ответ на вопросы Аллен, чтобы узнать, как она помогает получить большую науку из мельчайших окаменелостей и находит способы совместить свою страсть к искусству и науке.
7. Отправляясь в космический полет дальше
Если все пойдет по плану и двигатель, подобный тому, над которым работает Камилла В. Йок, в конечном итоге поможет отправить астронавтов на Марс, она, вероятно, будет первой в очереди на роль Марка Уотни. «Я поклонник стиля жизни Марка Уотни [в «Марсианине»], где вы застряли где-то на планете, и единственное, что отделяет вас от смерти, — это ваша собственная способность решать проблемы и создавать вещи на основе шнурок, — говорит Йоке. Изучая физику в Университете Южной Каролины, Йок проходит стажировку в команде, разрабатывающей электрический двигатель нового поколения, предназначенный для более эффективного ускорения космических кораблей в Солнечной системе. «Сегодня был короткий период, когда я знал то, чего не знал никто на планете — за 20 минут до того, как я пошел и рассказал об этом своему боссу», — говорит Йоке. «Вы чувствуете, что вносите свой вклад, когда знаете, что открыли что-то новое».
Прочитайте полный ответ на вопросы с Yoke, чтобы узнать, как она формирует будущее электрических двигателей и почему она является поклонником прикладной физики.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр.8. В поисках жизни за пределами нашей Солнечной системы
Не имея возможности путешествовать на тысячи или даже десятки световых лет от Земли за одну жизнь, ученые, надеющиеся обнаружить признаки жизни на планетах за пределами нашей Солнечной системы, называемых экзопланетами, вместо этого создают свои собственные прямо здесь, на Земле. Это второе лето Тре’Шунды Джеймса, стажирующегося в JPL, имитирующего инопланетные миры. Используя алгоритм, разработанный ее наставником Реню Ху, Джеймс вносит небольшие изменения в атмосферный состав теоретических миров и анализирует, создает ли комбинация пригодную для жизни среду. «Эта модель является теоретической основой, которую мы можем применить ко многим обнаруженным экзопланетам», — говорит Джеймс, специалист по химии и физике в Западном колледже в Лос-Анджелесе. «Таким образом, это действительно продвигает область вперед с точки зрения выяснения того, может ли жизнь существовать на этих планетах». Джеймс, которая недавно впервые стала соавтором научной статьи об открытиях команды, говорит, что она чувствует, что вносит свой вклад в поиски жизни за пределами Земли, а также вносит разнообразие в свою область. «Я чувствую, что просто быть здесь, исследовать эту область, раздвигая границы, и я взволнован этим».
Прочтите полный ответ на вопросы Джеймса, чтобы узнать, что привело ее в JPL и как ее проект готовит почву для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы.
Предоставлено: НАСА/Ким Орр. 9. Раскручивание марсианского вертолета Роль Хлоэлин Мены в проекте марсианского вертолета может быть и невелика, но роль вертолета, предназначенного для первого полета на Красную планету, невелика. Мена, студентка электротехнического факультета Авиационного университета Эмбри-Риддла, начала стажировку в JPL всего через несколько дней после того, как НАСА объявило, что вертолет, который разрабатывался в JPL почти пять лет, отправится на Красную планету на борту марсохода Mars 2020. . Этим летом Мена помогает тестировать часть, необходимую для развертывания вертолета с марсохода после его приземления на Марсе, а также пишет процедуры для будущих испытаний. «Несмотря на то, что мои задачи относительно невелики, они являются частью большего целого, — говорит она.
10. Подготовка к тому, чтобы увидеть невидимое на спутнике Юпитера Европе
В 2020-х годах НАСА планирует отправить космический корабль к следующему рубежу в поисках жизни за пределами Земли: спутнику Юпитера Европе. Покрытая льдом, пересеченным глубокими красноватыми трещинами, Европа раскрыла интригующие подсказки о том, что может скрываться под ее поверхностью, включая глобальный океан, который может быть гостеприимным для жизни. Точное знание зависит от радиолокационного прибора, который будет летать на борту орбитального аппарата Europa Clipper, чтобы заглянуть под лед с помощью своего рода рентгеновского зрения и разведать места, чтобы установить потенциальный будущий посадочный модуль. Чтобы убедиться, что все работает по плану, стажер Лаборатории реактивного движения Закари Люппен создает программное обеспечение для тестирования ключевых компонентов радиолокационного прибора. «Все, что нам нужно сделать, чтобы убедиться, что он отлично работает во время миссии», — говорит Люппен. По словам специалиста по астрономии и физике, помимо помощи в обеспечении бесперебойной работы, он надеется сыграть роль в ответе на один из самых больших вопросов человечества. «Вклад в миссию сам по себе велик», — говорит Луппен. «Но также мы просто пытаемся сделать так, чтобы как можно больше людей знали, что эта наука продолжается, что это стоит делать и стоит выяснить, особенно если мы в конечном итоге найдем жизнь на Европе. Это навсегда изменит человечество!»
Прочтите полный ответ на вопросы с Люппеном, чтобы узнать больше о том, как он помогает команде заглянуть под поверхность Европы, и узнать о его недавних столкновениях с космической славой.
Работа в НАСА
- Программа стажировки JPL
- Другие стажировки и стипендии НАСА
- Вакансии НАСА
Включите двигатель x: Десять способов пересечь глубокий космос
Автор: Майкл Маршалл
(Изображение: Майкл Келли/Getty)
Ионный двигатель VASIMR мог бы — при питании от бортового ядерного реактора — доставить астронавтов на Марс всего за 39 дней (Иллюстрация: Ad Astra Rocket Company)
ПВРД Bussard ионизировал бы межзвездный водород, а затем собирал бы его с помощью электромагнитного поля для использования в качестве топлива. На этом рисунке бортовой лазер нагревает ионизированный газ; лазер можно использовать для запуска термоядерных импульсов для движения
(Изображение: NASA-MSFC)
Солнечные паруса могут набирать большую скорость благодаря постоянному давлению солнечного света. В будущем они смогут пересечь Солнечную систему всего за несколько лет (Иллюстрация: Rick Sternbach/Planetary Society)
Положительно заряженные провода, отходящие от космического корабля, будут отталкивать тяжелые положительные ионы солнечного ветра (Иллюстрация: Allt om vetenskap/alltomvetenskap.se)
Червоточины — искажения в ткани пространства, которые могут связывать два удаленных места, всасывая объекты с одного конца и выплевывая их с другого (Иллюстрация: NASA/Les Bossinas)
В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, достигшим открытого космоса. Восемь лет спустя Нил Армстронг и Базз Олдрин добрались до поверхности Луны. И это все, на что отваживался любой из нас.
Помимо приземленных проблем с бюджетом и политической волей, основным препятствием является то, что наша доминирующая технология космических полетов — ракеты на химическом топливе — просто не справляется с требуемыми расстояниями. Мы можем отправлять роботов-зондов к внешним планетам, но на это уходят годы.
А про посещение других звезд забудьте. В качестве примера того, почему лунный зонд «Аполлон-10» в настоящее время считается самым быстрым пилотируемым транспортным средством в истории, достигнув максимальной скорости 39 895 километров в час. При такой скорости потребуется 120 000 лет, чтобы преодолеть 4 световых года до Альфы Центавра, ближайшей звездной системы.
Реклама
Итак, если мы хотим исследовать глубины глубокого космоса и отправиться на Альфу Центавра и дальше, нам понадобятся новые технологии. Здесь мы рассмотрим 10 самых интригующих.
Правдоподобие технологий широко варьируется. Некоторые из них мы могли бы более или менее построить завтра, если бы захотели, в то время как другие вполне могут оказаться принципиально невозможными.
Ионный двигатель
Обычные ракеты работают, выбрасывая газы из своих задних выхлопных газов на высоких скоростях, тем самым создавая тягу. Ионные двигатели используют тот же принцип, но вместо выброса горячих газов они выпускают пучок электрически заряженных частиц или ионов.
Они обеспечивают довольно слабую тягу, но, что очень важно, они потребляют гораздо меньше топлива, чем ракеты, чтобы получить такую же тягу. При условии, что их можно заставить стабильно работать в течение длительного времени, они могут в конечном итоге разогнать корабль до высоких скоростей.
Они уже использовались на нескольких космических кораблях, таких как японский зонд «Хаябуса» и европейская лунная миссия SMART-1, и технология постоянно совершенствуется.
Особенно многообещающим вариантом является магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR). Это работает по несколько иному принципу, чем другие ионные двигатели, которые ускоряют ионы с помощью сильного электрического поля. Вместо этого VASIMR использует радиочастотный генератор, похожий на передатчики, используемые для трансляции радиопередач, для нагрева ионов до 1 миллиона °C.
Он делает это, используя тот факт, что в сильном магнитном поле, создаваемом сверхпроводящими магнитами в двигателе, ионы вращаются с фиксированной частотой. Затем радиочастотный генератор настраивается на эту частоту, впрыскивая дополнительную энергию в ионы и значительно увеличивая тягу.
Первоначальные испытания были многообещающими, и если все пойдет хорошо, VASIMR можно будет использовать для доставки людей на Марс за 39 дней (см. иллюстрацию).
Правдоподобие&колон; всего через несколько лет
Импульсный ядерный двигатель
Если некоторые из представленных здесь идей покажутся вам маловероятными, то эта покажется вам совершенно безрассудной. Идея здесь состоит в том, чтобы привести свой космический корабль в действие, периодически выбрасывая ядерную бомбу из-за спины и взрывая ее.
Импульсный ядерный двигатель был серьезно изучен агентством военных технологий правительства США DARPA под кодовым названием Project Orion. Цель состояла в том, чтобы придумать дизайн для быстрого межпланетного путешествия.
Проект, предложенный DARPA, был огромен даже по сегодняшним меркам и был создан как гигантский амортизатор с мощной радиационной защитой для пассажиров.
Это казалось работоспособным, но были опасения по поводу радиоактивных осадков, если он был запущен в атмосферу, как планировалось. В конечном итоге проект был закрыт в 1960-х годах, когда вступили в силу первые запреты на ядерные испытания.
Несмотря на эти опасения, конструкция Ориона по-прежнему может быть построена с использованием существующих технологий, и некоторые исследователи все еще придумывают новые подходы к ядерным импульсным двигателям. Теоретически корабль с ядерной бомбой может развивать скорость до 10 процентов от скорости света, что позволяет совершить путешествие к ближайшей звезде примерно за 40 лет.
Правдоподобие&колон; вполне возможно, хотя и немного опасно
Термоядерная ракета
Ядерный импульсный двигатель далеко не единственная технология космических полетов, которая зависит от ядерной энергии.
Например, ядерные ракеты могут использовать тепло бортового ядерного реактора для выбрасывания газов, обеспечивая тягу. Но с точки зрения мощности они меркнут по сравнению с термоядерными ракетами.
Ядерный синтез, при котором ядра атомов вынуждены соединяться вместе, может производить огромное количество энергии. Большинство конструкций термоядерных реакторов запускают реакцию, удерживая топливо в магнитном поле с помощью устройства, называемого токамак.
К сожалению, токамаки непомерно тяжелые, поэтому конструкции термоядерных ракет имеют тенденцию сосредотачиваться на другом методе запуска термоядерного синтеза, называемом термоядерным синтезом с инерционным удержанием.
Эта конструкция заменяет магнитные поля токамака мощными энергетическими лучами, обычно лазерами. Они взрывают небольшую гранулу топлива с такой силой, что внешние слои взрываются. Это, в свою очередь, разрушает внутренние слои, вызывая слияние. Затем магнитные поля могли бы направить образовавшуюся горячую плазму из задней части космического корабля. Привет, престо&колон; термоядерная ракета.
Термоядерные ракеты этого типа были широко исследованы в 1970-х годах Британским межпланетным обществом в рамках проекта «Дедал». Они послужили основой для корабля, который мог бы добраться до другой звезды за 50 лет — время в пути, которое можно было бы разумно пережить человеку.
Есть только одна ложка дегтя: несмотря на десятилетия работы, у нас до сих пор нет работающего термоядерного реактора.
Правдоподобие&колон; возможно, но в лучшем случае через несколько десятилетий
ПВРД Bussard
Все ракеты, включая термоядерные, имеют одну и ту же фундаментальную проблему. Чтобы получить большее ускорение, вам нужно нести больше топлива, что делает ваш корабль тяжелее, уменьшая ваше ускорение. Если вы серьезно относитесь к межзвездным путешествиям, вам нужно вообще избегать использования топлива.
ПВРД Бюссара, предложенный физиком Робертом Бюссардом в 1960 году, аккуратно решает эту проблему. Это термоядерная ракета, как описано выше, но вместо того, чтобы нести запас ядерного топлива, она ионизирует водород из окружающего пространства, а затем всасывает его с помощью огромного «электромагнитного поля» (см. иллюстрацию).
Одной из проблем прямоточного воздушно-реактивного двигателя, помимо вышеупомянутого отсутствия работающего термоядерного реактора, является огромный размер необходимого электромагнитного поля. Поскольку в межзвездном пространстве так мало водорода (или чего-то еще, если уж на то пошло), поле может достигать сотен или даже тысяч километров в поперечнике.
Одним из возможных «обманов» является предварительный запуск топлива прямоточного воздушно-реактивного двигателя с Земли по тщательно рассчитанной траектории, чтобы корабль мог его подобрать без необходимости в огромном электромагнитном поле. Однако это означало бы, что прямоточный воздушно-реактивный двигатель не мог отклониться от намеченного курса, а также сделал бы полеты к другим звездам туда и обратно довольно затруднительным.
Правдоподобие&колон; огромная техническая задача
Солнечный парус
Это еще одна технология, которая избавляет от проблемы перевозки топлива и поэтому может развивать чрезвычайно высокие скорости, хотя для этого потребуется время.
Подобно тому, как обычные паруса поглощают энергию атмосферных ветров Земли, солнечные паруса поглощают энергию солнечного света (см. иллюстрацию). Они были успешно испытаны в вакуумных камерах на Земле, но попытки испытать их на орбите потерпели неудачу.
Например, в 2005 году независимое планетарное общество из Пасадены, штат Калифорния, отправило в космос корабль под названием «Космос-1», но ракета, доставившая его в космос, вышла из строя и разбилась. Другая миссия под названием NanoSail-D также была потеряна из-за отказа ракеты.
Несмотря на проблемы с прорезыванием зубов, солнечные паруса остаются очень многообещающей технологией — по крайней мере, для путешествий в Солнечной системе, где солнечный свет дает самый сильный толчок. Люди могут весить слишком много, чтобы использовать их для межзвездных путешествий в ближайшее время.
Правдоподобие&колон; вполне возможно, но ограничено
Магнитный парус
Вариант солнечного паруса, магнитный парус толкает солнечный ветер, а не свет.
Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц, обладающих собственным магнитным полем. Одна из идей состоит в том, чтобы просто окружить космический корабль магнитным полем, которое отталкивает поле солнечного ветра, тем самым выталкивая корабль за пределы Солнечной системы. Этого можно добиться, «надувая» небольшое начальное поле плазмой, как воздушный шарик.
Другим вариантом является «космическая паутина», в которой используются положительно заряженные провода, отходящие от космического корабля для отражения тяжелых положительных ионов солнечного ветра (см. иллюстрацию).
Магнитные паруса или аналогичные технологии также могут использоваться для перемещения по магнитным полям планет, позволяя космическим кораблям менять орбиты и даже выходить в межпланетное пространство.
Однако сами по себе солнечные и магнитные паруса не годятся для межзвездных путешествий. По мере удаления от солнца интенсивность солнечного света и солнечного ветра резко падает. В результате они не могут достичь скоростей, необходимых для путешествия к другим звездам.
Правдоподобие&колон; только местные рейсы
Лучевой двигатель
Или можно? Если Солнце не дает достаточно энергии, чтобы разогнать межзвездный корабль до действительно высоких скоростей, возможно, мы сможем сделать это сами, отправив в космос мощный луч энергии.
Одной из таких технологий является лазерная абляция, при которой металлическая пластина на корабле постепенно испаряется интенсивным лазером, который излучается с земли. Пары металла обеспечивают тягу.
Точно так же физик и писатель-фантаст Грегори Бенфорд и его брат Джеймс предложили оснастить космический корабль солнечным парусом, покрытым краской специального состава. Микроволновый луч с Земли испарит молекулы краски, снова создав тягу. Это может ускорить межпланетные путешествия.
Еще одна версия, которую можно использовать для обхода Солнечной системы, — это плазменный двигатель с намагниченным лучом, в котором корабль с магнитным парусом разгоняется с помощью пучка ионов.
Когда дело доходит до межзвездных путешествий, лучшим подходом может быть световой парус с лазерным приводом. Впервые предложенный Робертом Форвардом в статье 1984 года, он похож на солнечный парус, который движется под действием света, но приводится в движение интенсивным лазером.
Силовая установка с лучевым приводом связана с несколькими ключевыми проблемами. Луч должен быть точно сфокусирован на огромные расстояния, корабль должен быть в состоянии использовать почти всю подаваемую энергию без потерь, а оборудование, генерирующее луч, должно быть чрезвычайно мощным — в некоторых случаях количество необходимой энергии превышает общая текущая выработка энергии человеческой цивилизацией.
Правдоподобие&колон; Чрезвычайно сложный
Двигатель Алькубьерре
По сути, это варп-двигатель из Звездного пути . Впервые он был предложен в 1994 году Мигелем Алькубьерре, физиком, работающим в Уэльском университете в Кардиффе.
Привод будет использовать еще неизведанный материал под названием «экзотическая материя»: частицы, имеющие отрицательную массу и оказывающие отрицательное давление. Это может искажать пространство-время, заставляя пространство перед космическим кораблем сжиматься, а пространство за ним расширяться. Корабль, заключенный в «варп-пузырь», мог двигаться быстрее скорости света, не нарушая законов относительности.
К сожалению, у привода Alcubierre множество проблем. Во-первых, количество энергии, необходимое для поддержания варпа, больше, чем общая энергия Вселенной, хотя изменение формы пузыря может помочь. Привод также поднимет много радиации, которая будет угрожать жизни астронавтов. И нет никаких доказательств того, что экзотическая материя вообще существует.
Возможно, самое главное, расчеты, опубликованные в 2002 году, показали, что судно не может посылать сигналы в переднюю часть пузыря, а это означает, что члены экипажа не могут контролировать, направлять или останавливать корабль. На самом деле кажется, что независимо от того, сколько энергии доступно, было бы физически невозможно создать варп-пузырь.
Правдоподобие&колон; явно невозможно
Червоточины
С тех пор, как общая теория относительности Эйнштейна получила широкое признание, стало ясно, что она, кажется, допускает существование червоточин: тоннелеобразные короткие пути сквозь пространство и время (см. иллюстрацию). Термин был придуман квантовым физиком Джоном Уилером, который также придумал термин «черная дыра».
Вопрос в том, существуют ли они на самом деле? И если они это сделают, сможем ли мы когда-нибудь пройти через них? К сожалению, ответы на оба вопроса вполне могут быть «нет».
Чтобы червоточина существовала, она должна быть стабилизирована таким же экзотическим веществом, как и в приводе Алькубьерре (см. выше) — и, возможно, такого вещества не существует.
Более того, любая материя или энергия, попавшие в червоточину, немедленно закроют ее, хотя червоточину можно удерживать открытой с помощью странного отрицательного энергетического поля, называемого фантомным излучением.
Тем не менее, другой тип червоточин, предложенный физиком Сергеем Красниковым в 1990-х, можно было пройти. Версия Красникова является самоподдерживающейся, поскольку она производит свою собственную экзотическую материю, чтобы оставаться открытой.
Есть еще одно существенное возражение против идеи червоточин. Если бы их можно было использовать для транспортировки материи в космосе, их также можно было бы использовать для создания своего рода машины времени. Это нарушило бы законы причины и следствия.
Правдоподобие&колон; почти наверняка невозможно
Бонусная технология: Гиперпространство
Если Вселенная имеет больше пространственных измерений, чем три, которые мы наблюдаем, возможно, будет возможно провести через них космический корабль, возможно, на экстремальных скоростях. Однако эта идея основана на работе малоизвестного физика по имени Буркхард Хейм, чьи идеи никогда не проходили рецензирование и отвергаются большинством современных физиков как непонятные.
И если этого недостаточно, недавно мы сообщали еще о двух теоретических технологиях: ракеты с темной материей и звездолеты с черными дырами.
Еще по этим темам:
- космический полет
Как ученые исследуют Солнечную систему?
НАУКА — Земля и Космос
Задумывались ли вы когда-нибудь…
- Как ученые исследуют Солнечную систему?
- Какой беспилотный зонд посетил Сатурн?
- Все ли телескопы на Земле?
Теги:
Просмотреть все теги
- астроном,
- астрономия,
- Кассини,
- любопытство,
- данные,
- земля,
- разведка,
- исследовать,
- исследование,
- галактика,
- геология,
- проблеск,
- Хаббл,
- прибор,
- Международный,
- Кеплер,
- Марс,
- Млечный Путь,
- Луна,
- НАСА,
- возможность,
- орбита,
- орбитальная,
- внешний,
- планета,
- зонд,
- разведка,
- вездеход,
- Сатурн,
- ученый,
- солнечный,
- пробел,
- спирт, Станция
- , Система
- ,
- телескоп,
- вселенная,
- беспилотный,
- необъятность,
- Астроном,
- Астрономия,
- Кассини,
- Любопытство,
- Данные,
- Земля,
- Разведка,
- Исследовать,
- Исследование,
- Галактика,
- Геология,
- Проблеск,
- Хаббл,
- Инструмент,
- Международный,
- Кеплер,
- Марс,
- Млечный Путь,
- Луна,
- НАСА,
- Возможность,
- Орбита,
- Орбитальный,
- Внешний,
- Планета,
- Зонд,
- Разведка,
- Ровер,
- Сатурн,
- Ученый,
- Солнечная,
- Космос,
- Дух, Станция
- ,
- Система,
- Телескоп,
- Вселенная,
- Беспилотный,
- Бескрайность
Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Пари. Pari Wonders , « как современные ученые исследуют космос » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Pari!
Вы когда-нибудь смотрели на яркие звезды в ночном небе? ВЫ ИНТЕРЕСУЕТЕСЬ, что там? Конечно, ваши учителя учили вас, что во Вселенной есть звезды, планеты и целые галактики.
Но откуда мы это знаем? Люди ходили по Луне, но если подумать о размерах Вселенной, Луна находится довольно близко к Земле. В конце концов, другие луны и планеты находятся на расстоянии миллионов световых лет. Как ученые изучают дальние уголки космоса?
Многие люди используют технологии, чтобы заглянуть за пределы нашей планеты. Некоторые устройства помогли экспертам заглянуть в нашу галактику и за ее пределы. Одним из первых инструментов для исследования космоса был телескоп. Это дало ученым возможность впервые взглянуть на то, что существует за пределами атмосферы Земли. Телескопы используют линзы и зеркала, чтобы заглянуть за пределы Земли.
Ученые многому научились с помощью телескопов. Это открыло путь к дальнейшему освоению космоса. Люди совершили полеты на Луну и десятки полетов на космических кораблях. Они путешествовали в космосе и проводили исследования по многим научным предметам.
Ученым всегда было любопытно. Чем больше мы узнаем о космосе, тем больше понимаем, сколько еще предстоит исследовать. Это побудило экспертов создать еще более мощные инструменты. Они помогают людям исследовать далеко за пределами тех мест, куда мы можем отправиться как люди.
Например, телескоп больше не является привязанным к Земле инструментом. В 1990 году космический телескоп Хаббл был отправлен в космос. Сейчас он существует уже более 30 лет. Он прислал фотографии нашей Вселенной, которые нельзя было сделать никаким другим способом.
Телескоп Хаббл — удивительная технология. Инструмент питается от солнечного света. Он использует множество камер и научных инструментов. Этот телескоп дал ученым очень полезные данные. НАСА сообщает, что данные космического телескопа Хаббл использовались в более чем 17 000 научных работ!
С конца 2000 года ученые также провели сотни экспериментов на низкой околоземной орбите. Это благодаря Международной космической станции (МКС). Это первая орбитальная космическая станция, предназначенная для длительных визитов космонавтов из многих стран. Ученые надеются, что МКС станет ступенькой к отправке людей в миссии на Марс и дальше.
Тем временем ученые продолжают продвигаться вперед. Они построили множество машин для поиска самых глубоких уголков нашей Солнечной системы. Зонды, такие как зонд НАСА «Кассини», были отправлены для исследования других планет. Если вы недавно видели захватывающую фотографию Сатурна, вы можете поблагодарить зонд «Кассини».
Марс всегда интересовал астрономов. Теперь мы знаем о красной планете больше, чем когда-либо. Mars Reconnaissance Orbiter и марсоходы Spirit, Opportunity и Curiosity — мощные роботы. Они помогли ученым многое узнать о геологии Марса.
С течением времени ученые будут узнавать все больше и больше о нашей вселенной. Для этого они будут использовать передовые научные технологии. Благодаря телескопу Кеплер, запущенному в 2009 году, ученые теперь знают, что, возможно, более 3000 планет вращаются вокруг более чем 2000 звезд в галактике Млечный Путь. Все это было найдено благодаря Кеплеру!
Хотите узнать больше о космосе? Может быть, однажды ты пополнишь ряды космических ученых! Вы можете начать сегодня, узнав все, что возможно, об объектах нашей вселенной.
Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям.»> Стандарты: NGSS.ESS1.A, NGSS.ESS1.B, CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.4, CCRA.R.10, CCRA .SL.1, CCRA.SL.2, CCRA.W.2, CCRA.W.4, CCRA.W.7, CCRA.L.1, CCRA.L.2
Интересно, что дальше?
«Завтрашнее чудо дня» подробно рассказывает о любимице детства!
Попробуйте
Готовы продолжить изучение? Найдите предприимчивого друга или члена семьи, который поможет вам проверить одно или несколько из следующих занятий:
- Готовы сами заглянуть в космос? Посмотрите на эти изображения с космического телескопа Хаббл. Разве он не делает снимки некоторых удивительных объектов? О чем вы хотели бы узнать больше? Попросите кого-нибудь из взрослых помочь вам исследовать один из объектов, которые вы видели сегодня в телескоп Хаббл.
- Почему мы исследуем космос? Отличный вопрос! Вы можете найти некоторые ответы, просмотрев эти классные концептуальные карты, созданные совместными усилиями Института человеческого и машинного познания (IHMC) и НАСА. Эти концептуальные карты помогут вам изучить и понять многие причины, по которым люди стремились изучать и путешествовать за пределы Земли. Обобщите то, что вы узнали, для друга или члена семьи.
- Считаете ли вы важным больше узнавать о космосе? Почему или почему нет? Напишите письмо или электронное письмо другу или члену семьи, объяснив свое мнение. Не забудьте указать причины и примеры, объясняющие ваши мысли.
Wonder Sources
- http://www.nasa.gov/exploration/whyweexplore/why_we_explore_main.html (по состоянию на 26 октября 2020 г. )
- http://io9.com/5975657/10-of-the- величайшие космические технологии двадцать + первого века (по состоянию на 26 октября 2020 г.)
- https://exoplanets.nasa.gov/keplerscience/ (по состоянию на 26 октября 2020 г.)
Получили?
Проверьте свои знанияWonder Contributors
Благодарим:
brianna
за ответы на вопросы по сегодняшней теме Wonder!
Продолжайте удивляться вместе с нами!
Что вас интересует?
Wonder Words
- изучить
- солнечная система
- зонд
- прибор
- данные
- геология
- орбитальный
- галактик
- вселенная
Примите участие в конкурсе Wonder Word
Оцените это чудо
Поделись этим чудом
×ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО
Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Wonder of the Day® по электронной почте или SMS
Присоединяйтесь к Buzz
Не пропустите наши специальные предложения, подарки и акции. Узнай первым!
Поделись со всем миром
Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.
Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget
Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.
Добавить виджет
Ты понял!
Продолжить
Не совсем так!
Попробуйте еще раз
Связь и навигация в дальнем космосе
Включение и поддержка9752 просмотра 47 лайков
В последние годы ЕКА разработало несколько самых передовых космических аппаратов, когда-либо построенных, для достижения таких экзотических мест, как Солнце, Меркурий, Марс, Юпитер и астероиды Дидимос – тенденция, которая сохранится и в предстоящие годы. По мере того, как миссии удаляются от Земли, важно подумать о том, как мы можем продолжать общаться с ними и как они будут перемещаться в космосе, находясь так далеко от дома.
Для эффективной связи с космическим кораблем нам необходимо отправлять и получать статусные, навигационные и научные данные. Это достигается с помощью наземных станций на Земле. ЕКА управляет сложной системой наземных станций, включая три Антенны дальнего космоса (DSA) (четвертая в настоящее время строится), расположенные по всему миру, обеспечивая непрерывное покрытие при вращении Земли.
Чтобы миссии выполняли свои научные задачи, ЕКА продолжает разрабатывать технологии для более эффективного взаимодействия с ними. Это включает в себя технологии на борту космических аппаратов, а также на земле.
Отслеживание космического корабля глубоко в космосе.
Открытие и подготовка закладывает основу для краткосрочной и среднесрочной будущей деятельности ЕКА. Подразделение «Подготовка» недавно провело кампанию Open Space Innovation Platform (OSIP) «Что дальше — новые идеи для космических миссий и концепций». Был рассмотрен ряд идей для новых миссий в дальний космос, особенно в поддержку будущих межпланетных космических полетов человека, исследования Марса и миссий к околоземным объектам.
В рамках подготовки к будущим экспедициям в дальний космос компания «Открытие и подготовка» провела несколько исследований будущих космических научных миссий ЕКА. В исследовании, завершившемся в 2009 году, была разработана система для улучшения работы этих миссий, которые обычно перемещаются относительно далеко от Земли, за счет гибкого процесса планирования, составления графиков и оптимизации. В более позднем исследовании предложен комплексный симулятор миссии для повышения их эффективности.
Открытие и подготовка также внесли значительный вклад в миссии ЕКА Proba, которые тестируют новые технологии в космосе. 2009 г.исследование предусматривало межпланетную миссию Proba — Proba-IP — для путешествия к объекту, сближающемуся с Землей, и проверки автономных бортовых технологий наведения, навигации и управления.
Вдобавок к этим общим исследованиям, компания «Открытие и подготовка» провела более конкретные исследования, посвященные отдельным технологиям связи и навигации в глубоком космосе.
Сеть наземных станций ЕКА с тремя станциями слежения за дальним космосом, отмеченными желтыми прямоугольниками.Связь – налаживание отношений на расстоянии
Связь с удаленными космическими кораблями затруднена. Сигналы, которые проходят между космическим кораблем и наземными станциями, очень слабые, и из-за больших расстояний им требуется много времени, чтобы путешествовать между ними. Например, для прохождения сигнала между Землей и Марсом может потребоваться до 24 минут, и почти целый день, чтобы получить сигнал, отправленный космическим кораблем НАСА «Вояджер-1» — космическим кораблем, который путешествовал за пределы Солнечной системы.
Поскольку оборудование на борту космического корабля сильно ограничено, наземные станции используют множество более сложных коммуникационных технологий. Многие исследования в области открытий и подготовки внесли свой вклад в разработку таких технологий.
Исследование, завершившееся в 2012 году, изучало возможность разработки клистронов исключительно в Европе. Эти устройства преобразуют электроэнергию в усиленные радиосигналы для отправки команд с наземных станций. Исследование установило требования и цели для разработки такого устройства, а также определило промышленную среду и потенциальную дорожную карту на будущее. Клистроны теперь используются в сети наземных станций ЕКА; вы можете узнать больше о них в видео в начале этой статьи.
Станция ESA New Norcia (Deep Space Antenna-1) в Австралии. Еще одно исследование было посвящено выбору наилучшей архитектуры наземной станции для будущих полетов в дальний космос. Собрав данные о текущих характеристиках антенн ESA для дальнего космоса, а также собрав потребности и характеристики будущих миссий, исследование рассчитало характеристики наземной системы, которые потребуются для удовлетворения этих потребностей. В исследовании отмечается, что общение на оптических частотах более эффективно, чем на более традиционных радиочастотах.
Оптическая связь становится интересной альтернативой радиосвязи для связи с удаленными космическими кораблями или внутриспутниковой связи, поскольку позволяет передавать больше данных; это максимизирует научную отдачу и может позволить новые типы миссий. Однако на оптические сигналы больше влияет атмосфера Земли.
Учитывая растущий спрос на скорость передачи данных по нисходящему каналу для повышения отдачи от науки, в 2016 году Исследование архитектуры оптической связи для дальнего космоса (DOCOMAS) показало, как технологии должны развиваться в будущем, чтобы обеспечить оптическую связь между зондом для дальнего космоса и Землей. Исследование было сосредоточено на наземном сегменте, включая стратегии смягчения последствий облачности. Было установлено, что ключевыми технологиями являются специальные оптические наземные антенны, новые детекторы фотонов и общий подход к проектированию оптического терминала полезной нагрузки. Концептуальный дизайн был адаптирован для миссии ЕКА по исследованию астероидов (AIM), которая превратилась в миссию Гера.
DOCMAS построен на результатах более раннего исследования, которое было сосредоточено на разработке технологий для связи с межпланетными миссиями, включая изучение необходимых оптических технологий. Поскольку связь является печально известным узким местом в межпланетных научных и исследовательских миссиях, цель состояла в том, чтобы предложить дорожную карту развития технологий для расширения возможностей связи.
В другом исследовании изучалось, как оптическая наземная станция ЕКА (OGS), обычно используемая для связи с ближайшими космическими кораблями, может использоваться для связи с экспедициями в дальний космос.
Навигация – превращение времени в расстояние
Хорошая связь необходима не только для сбора научных данных и данных о состоянии, но и для навигации космического корабля по Солнечной системе. Чтобы управлять космическими кораблями, нам нужно знать их положение, а это непросто, когда они так далеко. Но, измерив три параметра — расстояние, скорость и угол, под которым космический корабль находится в небе, — можно рассчитать положение спутника вплоть до небольшой прямоугольной области пространства.
Одним из важных элементов навигации в дальнем космосе является синхронизация, в частности синхронизация времени на борту космического корабля со временем на земле. Чтобы рассчитать, где находится космический корабль в Солнечной системе, мы точно измеряем время, необходимое электромагнитным волнам для прохождения между космическим кораблем и антенной на Земле. Затем навигаторы на Земле передают корректировки курса. В исследовании 2007–2009 годов изучались методы дальновидного мышления для синхронизации времени на борту зондов для дальнего космоса для точной навигации, в частности, рассматривались недорогие варианты. Параллельное исследование показало, что точность передачи сигнала с космического корабля на Землю в десять наносекунд возможна без использования бортовых атомных часов.
Для перемещения космического корабля в отдаленные места требуется команда ученых и инженеров, использующих сложные радиоприемники, большие антенны, компьютеры и оборудование для точного хронометража. В то время как DSA были стандартным инструментом для навигации космических кораблей в прошлом, сеть имеет ограничения, и частичная автономная навигация становится все более распространенной. Один из методов, который больше изучался в последнее десятилетие, — это навигация с использованием пульсаров — намагниченных, быстро вращающихся, умирающих звезд, которые испускают пучки электронного излучения из своих магнитных полюсов.
Миллисекундные пульсары, период вращения которых составляет менее десяти тысячных долей секунды, представляют собой самый точный из известных стандартов времени. В своего рода небесной GPS космический корабль может измерять время между получением каждого импульса излучения от трех разных пульсаров, отслеживая крошечные изменения во времени прибытия, чтобы точно определить его местоположение.
В период с 2012 по 2014 год эта идея все еще была очень новой, когда Discovery & Preparation поддержала два исследования, в которых изучалась возможность навигации в дальнем космосе с помощью рентгеновских пульсаров. Первый был проведен Национальной физической лабораторией Великобритании и Лестерским университетом, а второй – Хельсинкским университетом. Среди других открытий исследование показало, что преимущества такого метода включают в себя повышенную автономию космического корабля, улучшенную точность определения местоположения и гораздо более низкие эксплуатационные расходы миссии из-за существенного сокращения использования связанных наземных систем.
Подготовка практического испытания плавания Геры вокруг Дидима. Пульсары — не единственные астрономические объекты, которые можно использовать для навигации. В исследовании 2016 года изучалась возможность бортовой системы визуальной навигации для миссии ESA Hera (тогда AIM), которая в конце этого десятилетия посетит двойной астероид Didymos. Система проложила путь к развитию такой системы; Гера будет использовать свою бортовую камеру для определения положения астероидов по отношению к фоновым звездам. Hera также продемонстрирует связь с наземной станцией по оптической линии связи, а также связь между основным космическим кораблем и двумя спутниками CubeSat.
Как насчет использования Глобальных навигационных спутниковых систем , которые позволяют наземной навигации проложить путь дальше? Навигационные спутники вращаются на высоте около 22 000 километров над поверхностью Земли. Поскольку они направлены вниз к Земле, любой космический корабль под ними хорошо обслуживается сигналами, которые они посылают. Но около десяти лет назад инженеры начали демонстрировать, что космические аппараты за пределами орбиты навигационных спутников также могут перемещаться в космосе, используя их «перетекающий» сигнал.
Европейская группировка спутников Galileo GNSS. В 2012 году были начаты два исследования «Открытие и подготовка» для изучения, казалось бы, радикального вопроса: можно ли использовать этот переходящий сигнал для навигации вокруг Луны, и если да, то какой приемник нам нужно построить, чтобы иметь возможность использовать эти сигналы? Исследования, проведенные под руководством Deimos and Joanneaum Research, показали, что действительно сигнал от навигационных спутников, вращающихся вокруг Земли, можно использовать для навигации по поверхности Луны. Но из-за того, что сигнал был таким слабым, они пришли к выводу, что необходимо построить новый тип приемника. В настоящее время ЕКА вложило средства в разработку такого приемника и изучает возможность его демонстрации в миссии Lunar Pathfinder.
У ЕКА уже есть несколько миссий, работающих в дальнем космосе, включая Solar Orbiter, ExoMars и BepiColombo. В следующем году состоится запуск Jupiter ICy moons Explorer (Juice), который проведет не менее трех лет, наблюдая за Юпитером и тремя его самыми большими спутниками. В 2024 году миссия ЕКА по планетарной обороне «Гера» отправится к астероиду, в процессе чего мы узнаем больше об этих скалистых объектах и выясним, сможем ли мы отклонить астероид, движущийся по курсу столкновения с Землей.
Амбициозные планы ЕКА на следующее десятилетие исследования космоса людьми и роботами перенесут нас с МКС на Луну, путь в дальний космос и высадку на Марс. Уже предпринимаются конкретные шаги по изучению Луны; Новый корабль НАСА «Орион» с европейским служебным модулем в основе построит мосты на Луну и Марс, отправив людей в космос дальше, чем когда-либо прежде.
Пункт назначения: Луна
Для всех роботизированных и пилотируемых миссий на Луну, астероиды, Марс или за его пределы для связи необходим как минимум один DSA. Оперативное управление ЕКА контролирует космические корабли, в том числе летающие вглубь Солнечной системы, а также разрабатывает и управляет необходимой наземной инфраструктурой. Перед запуском каждой миссии группы эксплуатации тщательно проектируют и строят наземные сегменты, которые позволяют инженерам управлять спутниками в космосе, а также получать и распространять их данные.
Станция слежения ESA Malargüe поддерживает множество миссий в дальнем космосе.ESA Operations наблюдает за сетью станций слежения ESA, Estrack, ядро которой включает семь станций в семи странах, включая четыре DSA. Кроме того, в настоящее время управление управляет крошечным спутником OPS-SAT, предназначенным для тестирования и проверки значительно улучшенных возможностей управления полетами.
В дополнение к ежедневной эксплуатации космических аппаратов, исследующих космос на расстоянии сотен миллионов километров, оперативные группы ЕКА постоянно работают над созданием новых возможностей для поддержки будущих миссий, включая методы динамики полета, устойчивые к задержкам сети, технологии связи в дальнем космосе и инновационное программное обеспечение и системы управления спутниками.
ЕКА делит возможности Estrack с другими космическими агентствами, которые в свою очередь предоставляют услуги слежения миссиям ЕКА в рамках ряда соглашений о совместном использовании ресурсов. К ним относятся сети и станции, которыми управляют ASI (Италия), CNES (Франция), DLR (Германия), Сеть дальнего космоса НАСА и Центр космических полетов имени Годдарда и JAXA (Япония).
Например, станции NASA Deep Space Network регулярно поддерживают Mars Express (а также другие уже завершенные миссии, такие как Rosetta, Huygens и Venus Express), в то время как Estrack поддерживает японскую миссию Hayabusa-2. В последние годы Estrack оказывает поддержку миссиям, проводимым Китаем и Россией, а также отслеживает спуск марсоходов НАСА на поверхность Марса.
Другие космические агентства также разрабатывают собственные технологии для связи и навигации с космическими кораблями в дальнем космосе. Например, НАСА разработало атомные часы для дальнего космоса и рентгеновское навигационное устройство, которое определяет положение космического корабля в любой точке Солнечной системы, а JAXA работало над навигационной системой, использующей высокоточный трехмерный радар и технологию управления навигационным наведением для сближение и переход орбиты в окрестности Луны.
Последнее обновление 28 июня 2022 г.
Спасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!
Исследование дальнего космоса — не надуманная возможность — прямо сейчас. Powered by Northrop Grumman
Будущее освоения дальнего космоса сулит разгадку многих тайн, лежащих за пределами нашей Солнечной системы. Но, несмотря на возродившийся интерес к новым посещениям Луны и лихорадочное стремление достичь Марса, более глубокие приключения в галактике будут зависеть от реализации путешествий со скоростью света.
К разочарованию многих, шансы на такой быстрый полет, как подтвердит любой ученый, в настоящее время так же холодны и темны, как космос.
«О путешествиях со скоростью света не может быть и речи», — сказал Дэн Бэтчелдор, профессор и глава отделения аэрокосмических, физических и космических наук Флоридского технологического института. «Единственные вещи, которые могут перемещаться в этом клипе, — это фотоны, пакеты света. Все, что имеет массу, по мере своего ускорения и достижения очень высокой скорости — десяти тысяч километров в секунду — должно оставить позади ньютоновскую философию и ту прекрасную общую теорию относительности, которую составил Альберт Эйнштейн».
Парадокс путешествия человека в глубокий космос заключается в том, что путешествие с использованием современных технологий будет длиться дольше, чем жизнь путешественников. Вот почему любой разговор о путешествиях в дальний космос неизбежно возвращается к вопросу о скорости света, который предлагает два неопровержимых ответа. Во-первых, ни один искусственный объект пока не может двигаться с такой скоростью. Во-вторых, ученые не могут предсказать точную биологическую опасность перемещения так быстро и далеко, эффективно исключая людей из разговора, по крайней мере, до тех пор, пока реальный эквивалент вымышленного «Тысячелетнего сокола» не сделает путешествие в дальний космос со скоростью света безопасным и безопасным. весело, как Хан Соло и Чубакка в «Звездных войнах».
«Превысить скорость света означает взломать законы физики», — сказал Стивен Холлер, адъюнкт-профессор физики Фордхэмского университета. «Прямо сейчас мы ограничены этими законами, но может быть новая физика, которую мы еще не открыли». По его словам, пересечение огромных межзвездных расстояний потребует манипулирования пространством-временем — складывания пространства и прыжков, а не простого для визуализации метода ускорения из одной точки в другую со сверхсветовой скоростью.
Холлер добавил: «Расстояния настолько огромны, что даже при скорости, в десять раз превышающей скорость света, путь от одного конца Млечного Пути до другого займет более 10 000 лет, не говоря уже о межгалактических путешествиях».
Тем не менее, ученые и инженеры упорствуют — в основном в теории. Как отмечает Холлер, многие идеи, лежащие в основе межзвездных путешествий, все теоретические. Но их все же стоит пересмотреть. По словам Холлера, одной из популярных идей является использование технологии прямоточного воздушно-реактивного двигателя для «зачерпывания» водорода в космосе и использования его в качестве топлива. В другой концепции используется технология солнечного паруса, использующая радиационное давление, возможно, мощного лазера для толкания космического корабля. «В лучшем случае они получат где-то от 10 до 50 процентов скорости света», — сказал он. При такой скорости кораблям потребуются десятилетия, чтобы достичь другой космической системы.
По словам профессора физики Ричмондского университета Джека Сингала, самыми высокими устойчивыми скоростями у зондов дальнего космоса являются «Пионер-11» (запущенный в 1973 году и все еще путешествующий, но больше не отправляющий информацию), «Вояджер-1» и «Вояджер-2» (оба запущен в 1977 году и до сих пор собирает данные) и New Horizons (запущен в 2006 году и стал первым зондом для изучения Плутона, планеты, которая больше не является планетой). По его словам, эти зонды в настоящее время движутся со скоростью от 16 000 до 32 000 миль в час от Солнца, когда они покидают Солнечную систему. Это, добавил Сингал, «менее 0,01 процента скорости света». (Если вы читаете это на Земле, скорость света составляет 186 282 мили в секунду.)
Возможно, будущие зонды, отправляющиеся в глубокий космос, не будут такими большими, как корабли «Вояджер» или солнечный зонд «Паркер», но ученый сможет случайно наступить на них. По словам Бэтчелдора из Флоридского технологического института, ученые рассматривают возможность использования микроспутников размером с компьютерный чип для сбора небольших космических данных. «Возможно, он сможет отправить некоторые подробности о другой космической системе, которые мы не сможем получить с помощью наших собственных телескопов», — сказал он.
Тем не менее, по оценке Батчелдора, даже микроспутник будет двигаться со скоростью не более четверти скорости света. По его словам, потребуются десятилетия, чтобы достичь следующей космической системы с такой скоростью.
Если не считать научно-технического чуда, ясно, что люди не могут и не будут выходить за пределы Марса в ближайшее время, если предположить, что космические полеты там запрещены. «Исследование любого места за пределами Марса было бы невозможно», — сказал Бэтчелдор. «Шкала времени говорит, что путешествие с Земли на Юпитер и обратно займет всю жизнь человека», — сказал он. «Конечно, наше воображение и мечты о том, чтобы выйти за рамки этого, заставят нас разгуляться. Но это невозможно, если мы не сможем путешествовать со скоростью света, а мы этого не сделаем».
Тем не менее, ученый может мечтать или хотя бы теоретизировать. Ради научных предположений и, возможно, даже забавы, Сингал утверждает, что если бы люди могли путешествовать со скоростью света, то вместо того, чтобы достигать ближайшей звезды за тысячи лет, они достигли бы ее всего за дюжину лет.
Тем не менее, если бы эта мечта стала реальностью, все еще было бы слишком много неизвестного, слишком много вопросов и забот о том, как человек может адаптироваться и даже выжить в неизбежных элементах квантовой физики, не говоря уже о радиации и других опасностях освоения космоса. .
Замедление времени, например, было бы непреодолимым препятствием, сказал Сингал. «На космическом корабле будет восприниматься меньше времени, чем на Земле», — сказал он. «Это открывает всевозможные возможности для выживания инструментов или даже биологических существ во время такого путешествия».
Батчелдор соглашается. По его словам, эксперименты над астронавтом Скоттом Келли показали, что даже один год пребывания на низкой орбите Международной космической станции может повлиять на физиологию человека. «В этой миссии были эффекты деформации времени. Мы понятия не имеем, что произойдет во время длительного космического путешествия».
Создание дома вдали от дома Несмотря на неопределенность, непрактичность и возможные опасности, ученые, опрошенные для этой статьи, хотят, чтобы ученые, инженеры и общество в целом оставались открытыми и даже взволнованными в отношении будущего исследования дальнего космоса. Профессора рады планам НАСА, космических агентств других стран и глобальных частных компаний не только снова ступить на Луну, но и исследовать ее в поисках подсказок о формировании Солнечной системы. Кроме того, они с оптимизмом смотрят на то, что на полюсах Луны можно будет добывать воду, которую можно использовать для производства топлива для более длительных космических миссий.
Несмотря на то, что полеты со скоростью света кажутся отдаленной возможностью, космическому сообществу все еще необходимо планировать многие практические потребности исследования дальнего космоса, по словам Ондрея Доула, директора лаборатории пилотируемых космических полетов в Технологическом институте Флориды, где он специализируется на архитектуре пространства.
Его лаборатория стремится убедить космические агентства и компании рассмотреть функции, которые сделают космические путешествия и обитание на Луне и Марсе удобными для человека. Например, космические корабли и места обитания должны обеспечивать искусственную гравитацию, чтобы путешественники и поселенцы чувствовали комфорт Земли и не испытывали долгосрочных последствий невесомости, таких как потеря мышечной и костной массы. По его словам, исследователям потребуется достаточная и последовательная защита от космического излучения.
Ваш комментарий будет первым