Эти ракетные технологии будущего смогут доставить людей на Марс

8 Мая 2018, Илья Хель 20

6 февраля SpaceX сотворила историю, запустив ракету Falcon Heavy с мыса Канаверал во Флориде. Сегодня это самая большая и мощная ракета в мире. Илон Маск, знаменитый на весь мир CEO космической компании, планирует построить ракету еще больше, которая в конечном итоге доставит людей на Марс. Возможно. Falcon Heavy — 70-метровое чудо инженерии — способное переправлять грузы до 64 тонн на низкую околоземную орбиту. Только легендарная «Сатурн-5», ракета, которая отправила Нила Армстронга на Луну в 60-х и 70-х, была больше и толще. Но те времена давно прошли. Впрочем, обе ракеты полагаются на жидкое топливо.

Поездка на Марс в один конец с использованием обычных химических ракет может занять до девяти месяцев. Человеческому экипажу придется провести длительное время под воздействием радиации и других опасностей. Это одна из причин, по которым NASA и другие космические агентства, а также университеты и частная отрасль пытаются разрабатывать различные иные виды ракетных технологий.

Тяга плазменного двигателя

Ведущей альтернативой для поездки на Марс считается электрическая тяга. В 2015 году NASA отметило три стартапа для разработки систем солнечной электротяги (SEP), каждый из которых получил трехлетний грант в рамках программы агентства Next Space Technologies for Exploration Partnerships.

NextSTEP — это всего лишь один винтик в самом долгосрочном плане NASA по созданию орбитальной станции возле Луны, которая будет служить перевалочным пунктом для поездок на Красную планету. Сейчас это практически научная фантастика в лучших традициях Артура Кларка, но системы SEP уже вполне реальны, пусть и не так масштабны.

Три компании, получившие контракты, — Ad Astra Rocket Company, Aerojet Rocketdyne и MSNW — разрабатывают различные ионные или плазменные двигатели.

Вместо того чтобы выбрасывать газы в процессе сгорания, которые производят тягу в химические ракеты, ионные двигатели применяют силу для перемещения объекта путем ионизации инертного газа, такого как ксенон или водород, электрическим зарядом. Он выбивает электроны из атомов, создавая положительно заряженные ионы. В результате получается газ, состоящий из положительных ионов и отрицательных электронов — другими словами, плазма. Электрические и магнитные поля в дальнейшем помогают направить плазму в нужное русло для обеспечения тяги.


Плазма — это отдельное четвертое состояние вещества, наряду с твердым, жидким и газообразным. Самый яркий пример плазмы — центр нашей Солнечной системы, то есть солнце. Однако в природе, да и на Земле, плазма достаточно распространена: это и молнии, и всем известная «плазма» телевизоров.

Физика ионов

Ионные двигатели также долгое время используются на спутниках и даже в глубоком космосе. В 2015 году, например, ионные двигатели вывели зонд NASA Dawn на орбиту карликовой планеты Цереры, которая находится в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера.

У ионных двигателей есть один минус, которого нет у ракеты Falcon Heavy: они неспособны мгновенно ускоряться, чтобы покинуть гравитацию Земли. Зато они намного более эффективны в безвоздушном пространстве. Космический аппарат с ионными двигателями может набирать скорость постоянно, достигая таким образом разгона, недоступного для традиционных химических двигателей. Например, космические шаттлы могли набирать скорость в 30 000 км/ч. А космический аппарат, движимый силой ионов, может теоретически разрезать космос на скорости свыше 340 000 км/ч.

Бывший астронавт Франклин Чанг Диаз, который руководит Ad Astra, заявил, что теоретически мог бы выстрелить устройством на Марс так, что оно прибудет на планету через 40 дней. Идея ракеты VASIMR, разрабатываемой в Ad Astra, пришла к нему еще в 1980-х годах.

Не так давно компания продемонстрировала, что двигатель VASIMR может производить 100 киловатт мощности на протяжении 100 непрерывных часов. Следующим шагом будет активация двигателя для производства плазменного шара, горячего как солнце, и поддержание его на протяжении 100 часов подряд. Aerojet Rocketdyne также сообщила о готовности к следующему этапу 100-часовых испытаний двигателя Холла, другого типа двигателя на основе плазмы. Лучшее, на что способны современные ионные двигатели, это 5 кВт.

Между тем MSNW исследует различные прототипы термоядерных ракет, которые смогут выбрасывать плазму, произведенную синтезом смеси изотопов водорода и гелия, прогреваемых низкочастотными радиоволнами. Этот процесс преобразует часть массы атомов в энергию. Много энергии.

Из тонкого воздуха

Чтобы не отставать, Европейское космическое агентство разрабатывает свой ионный двигатель, который может буквально питаться воздухом. Воздушная силовая установка всасывает молекулы на грани атмосферы планеты, в значительной степени устраняя необходимость переноса газового топлива, такого как ксенон.

Хотя такая технология может и не пригодиться космическому аппарату дальнего следования, она идеально запитает спутники на низкой околоземной орбите или даже на других планетах вроде Марса, где можно засасывать газы и превращать их в топливо.

Установка была испытана в вакуумной камере в Италии, где моделировали среду на высоте более 500 километров.

Вопреки законам природы

Электрическая силовая установка, которая забирает воздух и превращает его в топливо, может показаться излишней перед лицом другого космического двигателя, который до сих пор остается теоретическим: электромагнитная двигательная установка, которая не использует никакого топлива вообще. Таков двигатель EmDrive, предложенный учеными NASA. Он создает тягу в процессе отскока микроволн в закрытой камере. В теории такой двигатель сможет доставить ракету на Марс за два месяца. Если бы не тот досадный факт, что он нарушает законы природы. В частности, EmDrive нарушает третий закон классической механики Исаака Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное противодействие.

Вопрос того, сможет ли EmDrive стать билетом людей на Марс, до сих пор не нашел однозначного ответа.

Не от мира сего

Другая необычная идея, применимая к космическим двигателям, поступила от колорадского стартапа Escape Dynamics. Он предложил использовать технологию микроволновой тяги.

В основе проекта лежит внешнее воздействие на электромагнитный двигатель космического аппарата в виде микроволн. Микроволновый пучок будет способствовать нагреву бортового водородного топлива, которое затем будет выбрасываться и вырабатывать тягу. Ранний прототип оказался весьма многообещающим, но компания была вынуждена прекратить испытания в 2015 году, когда не собрала достаточно средств на продолжение разработки.

Ракеты — это вам не это

В следующем году исполняется 50 лет со дня исторической высадки на Луну, когда один человек совершил гигантский скачок для человечества. Чтобы сделать следующий шаг по солнечной системе, потребуется гигантский технологический скачок в ракетной науке. Сегодня может показаться невероятным, что человек попадет на Марс, но это, без сомнений, свершится.

Как писал Артур Кларк, «единственный способ узнать пределы возможного — выйти за них в невозможное».

Эти ракетные технологии будущего смогут доставить людей на Марс

20 комментариев Оставить свой

  1. rooter

    С ЭМ-драйвом что-то тему замяли, наверняка засекретили и скрывают что-то, иначе всю физику переосмысливать придется.

    • Dopamine

      rooter, Замяли, потому что чушь собачья?

      • rooter

        Dopamine, Результатов исследований и экспериментов, опровергающих его работу, в публичном доступе нету, на сколько мне известно. А утверждать, что это чушь собачья, только на основании того что это не стыкуется с вашим субъективными убеждениями, не совсем правильно.

        • Dopamine

          rooter, При чём тут мои убеждения? Доказательства где?

          • rooter

            Dopamine, Так и опровержений нету) А намеки на некую тягу были, но все сводилось к тому что проверить в космосе надо. И вроде даже американцы запускали проверяли, и китайцы, а результатов экспериментов не оглашают.

            • Dopamine

              rooter, "Вроде" и "намёки" это не научно.

          • PROVOCATOR

            Dopamine, Если я не ошибаюсь, была статья что прототип такого движка был продемонстрирован на стенде инженерам НАСА и они подтвердили наличие тяги, хоть и не смогли объяснить физику процесса.
            Постараюсь нарыть сейчас.

            • Dopamine
              • PROVOCATOR

                Dopamine, «Невозможный» двигатель NASA прошел рецензирование, но не спешите радоваться.
                Это название статьи на этом же рессурсе, только коммент со ссылкой не прошёл. Попробуйте просто загуглить название.

              • PROVOCATOR

                Dopamine, Хотя, подряжать средних размеров электростанцию ради тяги в 10кг-силы, это конечно жесть.

                • Dopamine

                  PROVOCATOR, "...Публикация работы в рецензируемом научном журнале означает, что статья прошла проверку несколькими независимыми экспертами в соответствующей области. Эта процедура поддерживает достаточно высокий уровень статей, но даже она не позволяет избежать ошибок. Можно вспомнить, как в 2014 году международная коллаборация BICEP опубликовала результаты своих многолетних исследований в одном из самых престижных научных журналов Physical Review Letters. Ученые утверждали, что обнаружили следы гравитационных волн при изучении реликтового излучения. Однако эта трактовка была неверной, и сенсационные результаты оказались влиянием галактической пыли.

                  Журнал, в котором команда Eagleworks опубликовала свою работу, может похвастаться в семь раз меньшим индексом цитирования, чем Physical Review Letters. Поэтому существует даже мнение о том, что процедура рецензирования в нем не столь строга и могла пропустить работу, несмотря на огрехи. Стоит отметить, что и само подразделение NASA Eagleworks — совсем небольшая лаборатория с финансированием на уровне $50 000 в год. Этого с трудом может хватить на выполнение высокоточного исследования и покупку нужного оборудования..."

                  Поддерживаю это мнение, в отсутствии обратного.

          • PROVOCATOR

            Dopamine, «Невозможный» двигатель NASA прошел рецензирование, но не спешите радоваться https://hi-news.ru/technology/nevozmozhnyj-dvigatel-nasa-proshel-recenzirovanie-no-ne-speshite-radovatsya.html (via @Hi_News_ru)

            • Aaa-p

              PROVOCATOR, В этом двигателе несомненно что-то есть... Если он конечно действительно работает. Хотя бы даже если какая то мизерная тяга есть...

    • Prox Vesor

      rooter, что именно «переосмысливать придётся» ?
      законы Ньютона ? - паровой двигатель? ДВС? Электродвигатель? Ракеты? Холодильники, Радио, ТВ, комьютеры, ... всё базируется на современной физике, коей противоречит лишь бедный сомнительнейший еДрайв , ... )

      А Наука и Физика вовсе не консервативны : вполне приняли перевороты, совершённые Эйнштейном, Бором, ... причём сторонники «эфира» и «арийской физики») вовсе не совершили массового харакири - пережили себе, и это не единожды в Науке подобные революции .. )

  2. spl44

    Не думаю, что человеку обязательно нужно побывать на Марсе, чтобы понять, что в таком обличии ему не место в космосе. К сожалению с ним и связана основная масса ограничений, непозволяющих сегодня покорять окружающее пространство. Представьте какие двери откроются перед человечеством в будущем. К этому приведет эволюция. И лишь бы она успела до того, как нагрянет очередной апокалипсис. Сегодня нам на Марс можно слетать лишь для утоления собственных амбиций. Луна была похожим стимулом и проектом. Жаль, что освоение спутника так и не увидел мир. Очень надеюсь, что с Марсом будет более идейно. Я считаю это подстегнет новую промышленную революцию.

  3. PUNCK

    EmDrive изобрело не NASS. ;-)

  4. PUNCK

    Не NASA, пардон за очепятку

  5. Иванов Виктор

    Рано ещё осваивать для ПМЖ Луну и Марс. Но у нас есть хорошая возможность создать внеземную базу в сердцевине квазисинхронного спутника Земли под названием Круитни ! Он летает между Венерой-Землёй и Марсом,имея диаметр 5 км.

  6. Иванов Виктор

    http://ufospace.net/news/kruitni_vtoraja_luna_zemli/2015-02-27-5199 Вполне подходит для построения базы с возможностью получения искусственной гравитации и защитой от радиации. А потом ,по мере обустройства этой базы,можно превратить Круитни в управляемый корабль.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.