V-kosmose.com

НАСА планирует построение межзвездного корабля на орбите Земли

НАСА планирует построение межзвездного корабля на орбите Земли

Запуск робота зонда к другой звезде является совершенно иным масштабом по отношению к запуску зонда в дальние пределы Солнечной системы.

Так как ближайшая к нам звезда находится на расстоянии более 4 световых лет, мы должны привыкнуть к многолетним задержкам связи – межзвездному беспилотному летательному аппарату необходимо будет иметь "мульти-зонд", который в состоянии исследовать несколько сред автономно.

В совокупности звездный зонд, скорее всего, будет иметь свою собственную программу освоения космоса, начинающуюся в виде пакета транспортной системы, которая предназначена для проекта гибридных ракет Икар. Тем не менее, гибридные ракеты не очень хорошо масштабируются и имеют минимальный размер, как правило, сотни тонн.

Это аналогично тому, как будто бы мы послали целую программу геологоразведки до другой звездной системы, и хотя это не главная проблема, но она требует делать многие вещи по-другому - это будет сдвиг парадигмы в нашем подходе и мышлении о том, как исследовать пространство. Ни один космодром не может предоставить ресурсы для того, чтобы поместить транспортное средство на орбите или доставить на гибридную ракету сотни или тысячи тонн топлива.

Конструкция гибридной ракеты “Firefly” будет предназначена для полета в Альфа Центавру через 100 лет, она будет иметь массу около 1500-3000 тонн и ей будет необходимо перенести топливо дейтерий в количестве, которое в 19 раз больше её собственной массы. Таким образом, около 30.000-60.000 тонн техники и топлива, возможно, будет запущено на орбиту.

По соображениям безопасности гибридная ракета должна быть запущена с гораздо более высокой орбиты, чем обычная околоземная (LEO), где расположена Международная космическая станция и другие пилотируемые аппараты. Возможно, это будут устойчивые орбиты между Землей и Луной, например, точка Лагранжа или орбита Гало. Однако для транспортировки 60000 тонн между орбитами потребуется наличие серьёзной транспортной инфраструктуры.

В среднесрочной перспективе (десятилетие или два) частная ракета компании SpaceX планирует запуск 100 тонн полезных грузов на Марс, чтобы поддержать строительство. Использование химических ракет, таких как Falcon Heavy, будет означать, что масса Mars Colonial Transporter будет составлять как минимум 600 тонн. Запуск на лунную орбиту потребует столько же топлива, как и на орбиту Марса. Так для космического зонда массой 60.000 тонн понадобится 360000 тонн полезного груза (в основном топливо), это будет в случае использования только химических ракет. Такие затраты будут чрезмерными.

Тем не менее, рассмотрим такую ситуацию: мы не часто думаем о том, сколько весят наши источники питания. На 1 гигаватт мощности  угольной электростанции, работающей на 35 процентов эффективности, требуется 0,1 тонны угля в секунду. За год она сжигает 3000000 тонн угля и производит 10000000 тонн углекислого газа и около 150000 тонн пепла.

Удивительно, учитывая миниатюрные современные космические аппараты, смотреть  на запуск многотысячных тонн полезного груза на высокие околоземные орбиты. В конце 1970-х годов НАСА, например, провела исследования, касающиеся построения гигантских солнечных спутников на геостационарной орбите Земли, правда, пока результаты этих изысканий только на бумаге. Но уже стало понятным, что транспортные архитектуры могут быть хорошо применены в строительстве межзвездного зонда. И Япония, и Китай выразили заинтересованность в запуске спутников, работающих на солнечной энергии, по крайней мере, в демонстрационной форме с 2030-х годов и коммерциализации их в 2050 году.

Поэтому, когда межзвездный зонд будет построен, может быть, к тому времени в космическом пространстве уже будут доступны инфраструктуры для поддержания процесса строительства.

Основа орбитальной транспортной инфраструктуры планируется следующим образом:

  • Во-первых, будет организована доставка на орбиту полезных грузов и топлива для тех, кто собирается посетить более высокие орбиты. Это будет самым лучшим вариантом, по-настоящему многоразовые ракеты-носители, такие как продвинутые версии серии SpaceX от компании Falcon, которые могут прекрасно существовать 10-20 лет, или европейский ракетный гибрид Skylon.
  • Во-вторых, однажды на околоземной орбите, пропеллент, необходимый для отправки полезной нагрузки на геостационарную орбиту и далее будет массово замещаться на ракетное нехимическое топливо, такое, как тепловая ядерная энергия, а также солнечная тепловая и солнечная электрическая энергии. Они требуют гораздо меньшего объема пропеллента, чтобы доставить полезный груз на более высокие орбиты и, в зависимости от выбранной системы, это может занять дни либо месяцы.

О масштабах транспортных систем, необходимых для поддержки строительства, например, солнечной спутниковой электростанции стоит задуматься. Типичный 1 гигаватт СПС будет иметь массу около 10000 тонн. Мировая необходимость в энергоресурсах растет. Текущий спрос составляет около 500 гигаватт в год, таким образом, для поставки половины требующейся энергии  с помощью солнечной спутниковой электростанции потребует строительства около 250 спутников в год - около 2,5 млн тонн метизов быть на орбите.

Топливом для Икара, как ожидается, будет служить дейтерий, извлекаемый из моря. Однако, как только SpaceX создаст плацдарм на Марсе и будет налажена транспортная инфраструктура, ученые начнут активно более оптимальный вариант. Несколько компаний уже намерены изучать потенциальные ресурсы астероидов. Там также может быть создан очень прибыльный рынок через пару десятилетий, но случится это если материалы SPS могут быть получены из находящихся в пространстве ресурсов с более низкими затратами, чем при поставках от космодрома с Земли.

Более убедительно звучит версия о том, что главное топливо для звездного зонда, дейтерий, на Марсе и на Луне существует в гораздо более высоких процентных содержаниях, чем на Земле. Атомы дейтерия в два раза тяжелее обычного водорода потому, что это изотоп. Последние замеры наличия дейтерия в полярных шапках Марса показали, что его содержание будет, по крайней мере, в 8 раз больше, чем среднее значение на Земле. Также были обнаружены доказательства того, что Луна имеет большое количество льда, получившегося из водорода, попавшего туда с солнечным ветром и кометами, и Луна должны быть еще более богатой дейтерием, чем Марс.

Поэтому, когда придет время для строительства звездного корабля, может быть, уже будут существовать топливо и материалы, которые будут легко получены из внеземных источников.

Для оптимизации расходов при транспортировке топлива для корабля, новая мощная система может быть вполне использована и для перевозки многих других навалочных грузов. Финский исследователь Pekka Janhunen предлагает "E-Парус" - особую конструкцию с концептуальным дизайном, которая создает солнечный парус из электрических заряженных проводов.

Солнечный ветер состоит из высокоскоростного потока плазмы, исходящей от Солнца, которая будет течь вокруг электрического поля, создаваемого проводами, создавая необходимую тягу. Это изобретение было анонсировано с кратким описанием в 2004 году, оно было испытано на серии спутников и Европейским космическим агентством планируется его запуск. Полностью функционирующий Электронный парус сможет буксировать извлеченный дейтерий практически из любого источника в Солнечной системе, такого как Марс или астероиды, а также любой другой груз. Эти изобретения также могут быть также использованы в качестве "гравитационных тягачей для буксировки" опасных для столкновения с Землей астероидов, или даже перемещать их в новые, более полезные орбиты.

Производственная активность в космосе потребует строительства корабля и  многих других приложений, и этот факт подтверждает преимущество программы Apollo, которая сделала возможным приземление людей на Луну. Революция микроэлектроники в 1970-х и 80-х годах во многом обязана "одному гигантскому скачку человечества".  Ведь тогда были довольно быстро изобретены многие новые производственные процессы и было подготовлено много ученых в физической, инженерной и компьютерной областях.

Удача благоволит  тем, кто знает, какие невообразимые выгоды будут извлечены из того, с чем будет сопряжено создание звездолета.