Planeettojen välinen lento

Planeettojen välinen avaruuslento ( planeettojen välinen matka ) on matkaa planeettojen välillä , yleensä saman planeettajärjestelmän sisällä [1] . Ihmiskunnan käytännössä tämäntyyppisen avaruuslennon käsite tarkoittaa todellista ja hypoteettista lentoa aurinkokunnan planeettojen välillä . Olennainen osa ihmiskunnan hypoteettisia avaruuden kolonisaatioprojekteja .

Käytännön edistysaskel planeettojen välisessä matkustamisessa

Kauko-ohjatut avaruusluotaimet ( Automatic Interplanetary Station , AMS) lensivät lähellä kaikkia aurinkokunnan planeettoja Merkuriuksesta Neptunukseen. New Horizons -luotain laukaistiin tuolloin yhdeksännelle planeetalle - Plutolle ja lensi tämän kääpiöplaneetan ohi vuonna 2015. Dawn - luotain kiertää parhaillaan kääpiöplaneetta Ceresiä .

Kaukaisin avaruusalus on Voyager 1 , joka luultavasti poistui vielä aurinkokunnasta, 4 muuta laitetta - Pioneer 10 , Pioneer 11 , Voyager 2 ja New Horizons jatkavat lentoaan järjestelmän rajoille ja jonkin ajan kuluttua myös poistuvat siitä [2 ] .

Yleisesti ottaen muiden planeettojen keinotekoisten satelliittien ja laskeutumisajoneuvojen tehtävät tarjoavat paljon yksityiskohtaisempaa ja täydellisempää tietoa kuin ohilentotehtävät. Avaruusluotaimet lähetettiin kiertoradalle kaikkien viiden muinaisista ajoista tunnetun planeetan ympärille: ensin Mars (" Mariner-9 ", 1971), sitten Venus (" Venus-9 ", 1975; ilmakehän luotaimet ja laskeutuva ajoneuvo saavuttivat planeetan aikaisemmin), Jupiter ( Galileo , 1995), Saturnus ( Cassini ja Huygens , 2004) ja viime aikoina Merkurius ( MESSENGER , maaliskuu 2011) ja ovat tuoneet arvokasta tieteellistä tietoa planeetoista ja niiden kuista .

Useat tehtävät ovat kohdanneet asteroideja ja kääpiöplaneettoja: NEAR Shoemaker kiersi suurta lähellä Maata olevaa asteroidia 433 Eros vuonna 2000 ja laskeutui. Japanilainen asema " Hayabusa " ionimoottorilla vuonna 2005 astui pienen Maanläheisen asteroidin 25143 Itokawan kiertoradalle , tapasi sen ja palautti näytteitä sen pinnalta Maahan. Dawn -avaruusalus ionimoottorilla kiersi suurta asteroidia Vestaa (heinäkuu 2011 - syyskuu 2012) ja lensi sitten kääpiöplaneetta Ceresin kiertoradalle (maaliskuu 2015).

Kauko-ohjatut Viking- , Pathfinder- ja Mars Exploration Rover- ja Curiosity -mönkijät laskeutuivat Marsin pinnalle, useat Venera- ja Vega -sarjan avaruusalukset saavuttivat Venuksen pinnan. Huygens - luotain laskeutui onnistuneesti Saturnuksen kuuhun Titaaniin .

Tähän mennessä aurinkokunnan planeetoille ei ole tehty miehitettyjä tehtäviä. NASAn Apollo-ohjelma antoi 12 astronautille mahdollisuuden vierailla Maan kuun pinnalla ja palata Maahan . NASA-ohjelmia oli useita: " Constellation " (miehen lähettäminen Marsiin) ja miehitetty Venuksen ohilento, mutta ne kumpikin peruttiin (vuonna 2010 ja 1960-luvun lopulla).

Syitä planeettojen väliseen matkustamiseen

Planeettojen välisen matkan korkeat kustannukset ja riskit herättävät laajaa yleisön huomiota. Monet tehtävät ovat kokeneet erilaisia ​​toimintahäiriöitä tai täydellisen epäonnistumisen miehittämättömissä luotainissa, kuten Mars 96 , Deep Space 2 ja Beagle 2 . (Katso luettelo planeettojen välisistä avaruusaluksista täydellisen luettelon onnistuneista ja epäonnistuneista projekteista.)

Monet tähtitieteilijät, geologit ja biologit uskovat, että aurinkokunnan tutkiminen tarjoaa tietoa, jota ei voida saada vain havainnoilla maan pinnalta tai maapallon kiertoradalta. On erilaisia ​​näkemyksiä siitä, olisiko miehitetyillä lennoilla hyödyllinen tieteellinen panos. Jotkut tutkijat uskovat, että robottiluotaimet ovat halvempia ja turvallisempia, kun taas toiset väittävät, että astronautit pystyvät maantieteilijöiden neuvojen avulla reagoimaan joustavammin ja älykkäämmin tutkittavien alueiden uusiin tai odottamattomiin piirteisiin [3] .

Ne, jotka maksavat tällaisten lähetysten kustannukset (ensisijaisesti julkisella sektorilla), ovat todennäköisemmin kiinnostuneita hyödyistä itselleen tai koko ihmiskunnalle. Toistaiseksi tämän lähestymistavan ainoat edut ovat olleet erilaiset "sivuteknologiat", jotka on alun perin kehitetty avaruuslentoihin, mutta sitten hyödyllisiä muissa toimissa.

Muut planeettojen välisen matkan käytännön motiivit ovat spekulatiivisempia, koska nykyinen tekniikka ei ole vielä tarpeeksi kehittynyt tukemaan testiprojekteja. Tieteiskirjailijat onnistuvat joskus ennustamaan tulevaisuuden teknologioita – esimerkiksi geostationaarisia viestintäsatelliitteja ( Arthur Clarke ) ja joitakin tietotekniikan näkökohtia ( Mack Reynolds ) on ennustettu.

Monet scifi-tarinat (erityisesti Ben Bovin Grand Tour -tarinat) kertovat yksityiskohtaisesti, kuinka ihmiset voivat poimia hyödyllisiä mineraaleja asteroideista tai saada energiaa monin eri tavoin, mukaan lukien aurinkopaneelien käyttö kiertoradalla (jossa pilvet ja ilmakehä eivät häiritse niitä ).). Jotkut uskovat, että vain tällaiset tekniikat voivat olla ainoa tapa varmistaa elintaso ilman turhaa saastumista tai maapallon resurssien ehtymistä (esimerkiksi fossiilisen energian tuotannon - niin sanotun öljyhuippu  - väheneminen ennustettiin vuosikymmeniä ennen sitä alkoi).

Lopuksi ihmisten kolonisaatio aurinkokunnan muihin osiin estää ihmiskunnan sukupuuttoon yhden tai toisen mahdollisen maapallon katastrofaalisen tapahtuman, joista monet ovat väistämättömiä (katso artikkeli Ihmiskunnan kuoleman vaihtoehdot ). Mahdollisia tapahtumia ovat törmäykset suuren asteroidin kanssa, joista yksi luultavasti vaikutti aiemmin liitukauden ja paleogeenin sukupuuttoon . Vaikka erilaisia ​​järjestelmiä asteroidiuhkien seurantaan ja planeettojen puolustukseen kehitetään, nykyiset menetelmät asteroidien havaitsemiseksi ja torjumiseksi ovat edelleen erittäin kalliita, karkeita, kehittymättömiä ja tehottomia. Esimerkiksi hiilipitoisilla kondriiteilla on erittäin alhainen albedo , mikä tekee niistä erittäin vaikeasti havaittavissa. Vaikka hiilipitoisia kondriiteja pidetään harvinaisina, jotkin niistä ovat erittäin suuria ja niiden epäillään osallistuvan suurten lajien massasukupuuttoon. Siten Chicxulub , seurauksistaan ​​suurin , saattoi olla hiilipitoinen kondriitti.

Jotkut tutkijat, mukaan lukien Princetonin yliopiston Space Studies Instituten jäsenet , väittävät, että pitkällä aikavälillä suurin osa ihmisistä elää lopulta avaruudessa [4] .

Planeettojen välisen lennon energia

Yksi käytännön planeettojen välisen matkan tärkeimmistä haasteista on edelleen saavuttaa erittäin suuret nopeuden muutokset, joita tarvitaan kulkemaan kappaleesta toiseen aurinkokunnassa.

Auringon vetovoiman takia kauempana Auringosta kiertävällä avaruusaluksella on hitaampi nopeus kuin lähempänä kiertävällä avaruusaluksella. Lisäksi kaikki planeetat ovat eri etäisyyksillä Auringosta, planeetta, jolta avaruusalus laukaistaan, ja kohdeplaneetta liikkuvat eri nopeuksilla ( Keplerin kolmannen lain mukaan ). Näistä syistä johtuen lähempänä aurinkoa olevalle planeetalle lentävän avaruusaluksen on vähennettävä merkittävästi kiertonopeuttaan päästäkseen kohteeseen, kun taas lennot kaukaisemmille planeetoille edellyttävät aluksen nopeuden huomattavaa lisäystä suhteessa matkaan. su [5] . Jos avaruusaluksen ei tarvitse vain lentää planeetan ohi, vaan lähteä kiertoradalle sitä lähestyessään, sen on sovitettava oma nopeusnsa planeetan nopeuteen, mikä vaatii myös huomattavaa vaivaa.

Suoraviivainen lähestymistapa tällaiseen tehtävään - yrittää kiihdyttää lyhintä reittiä kohteeseen ja muuttaa nopeutta kohteessa - vaatisi liikaa polttoainetta. Ja näihin nopeuden muutoksiin tarvittava polttoaine on laukaistava laivalla itse, minkä vuoksi tarvitaan vielä enemmän polttoainetta laivan lennättämiseen kohteeseen ja vielä enemmän - laivan ja polttoaineen tuomiseen alkukiertoradalle laivan ympärillä. Maapallo. Useita menetelmiä on kehitetty vähentämään planeettojen välisen matkan polttoaineen tarvetta.

Esimerkiksi avaruusaluksen, joka matkustaa matalalta Maan kiertoradalta Marsiin klassista lentorataa (Hohmann) käyttäen, on ensin saatava 3,8 km/s nopeuslisäys (parametri, jota kutsutaan kiertoradan ominaisnopeudeksi ), suoritettava usean kuukauden lento , sitten Marsin sieppauksen jälkeen sen on vähennettävä nopeuttaan vielä 2,3 km/s päästäkseen kiinni Marsin kiertoradan nopeuteen Auringon ympäri ja päästäkseen planeetan kiertoradalle [6] . Vertailun vuoksi avaruusaluksen laukaisu matalalle Maan kiertoradalle vaatii noin 9,5 km/s nopeuden muutoksen .

Hohmann trajectories

Taloudellinen planeettojen välinen lento merkitsi useiden vuosien ajan Hohmannin siirtoratojen käyttöä . Hohmann osoitti, että kiertoradamekaniikassa lentorata kahden vähiten energiaa kuluttavan kiertoradan välillä on elliptinen kiertorata, joka muodostaa tangentin lähde- ja kohderadalle. Kun kyseessä ovat planeettojen väliset lennot kauempana oleville planeetoille, tämä tarkoittaa, että avaruusalus lähtee aluksi kiertoradalta, joka on lähellä Maan kiertorataa Auringon ympäri siten, että toinen nopeuden muutos tapahtuu Aphelionissa, eli lähtökohtaa vastakkaisesta pisteestä. suhteessa aurinkoon. Tätä reittiä käyttävän avaruusaluksen matka Maasta Marsiin kestäisi noin 8,5 kuukautta. Oikein suunniteltu toimenpide mahdollistaa Marsin kiertoradan saavuttamisen lähellä hetkeä, jolloin planeetta ohittaa toisen nopeuden muutoksen pisteen, minkä ansiosta voit siirtyä välittömästi planeetan kiertoradalle.

Samanlaiset laskelmat Hohmannin lennoille pätevät kaikkiin kiertoradapeihin, esimerkiksi tämä on yleisin tapa lähettää satelliitit geostationaariselle kiertoradalle sen jälkeen, kun ne on laukaistu matalalle Maan vertailukiertoradalle . Hohmannin lento kestää lähes puolet ulomman kiertoradan kierrosjaksosta, joka ulkoplaneettojen tapauksessa on yli muutaman vuoden eikä miehitetyillä lennoilla ole kovin käytännöllinen hyötykuorman turvallisuusongelmien vuoksi. Lento perustuu myös oletukseen, että liikkeen alku- ja loppupisteissä ei ole suuria kappaleita, mikä pitää paikkansa maapallon kiertoradan vaihdossa, mutta vaatii monimutkaisempia laskelmia planeettojen välisille lennoille.

Gravity Sling

Gravity Sling Maneuver käyttää planeettojen ja kuuiden painovoimaa muuttamaan avaruusaluksen nopeutta ja suuntaa ilman polttoainetta. Tyypillisessä käytössä ohjauksessa käytetään ohilentoa kolmannen planeetan lähellä, yleensä lähtö- ja kohderadan välissä, mikä muuttaa lennon suuntaa. Kokonaismatka-aika lyhenee merkittävästi nopeuden lisääntymisen vuoksi tai päätepisteeseen toimitetaan enemmän rahtia. Merkittävä esimerkki hihnan käytöstä on Voyager - ohjelman kaksi avaruusalusta, jotka käyttivät sarjan liikkeitä useiden aurinkokunnan ulkoplaneettojen ympäri. Lentäessä aurinkokunnassa, on vaikeampi käyttää tällaista liikettä, vaikka niitä käytetäänkin ohitettaessa läheisiä planeettoja, kuten Venusta, ja joskus jopa Kuuta käytetään lentojen aloittamiseen ulkoplaneetoille.

Linjausliike voi muuttaa vain aluksen nopeutta suhteessa kolmanteen esineeseen, joka ei ole mukana liikkeessä, yhteiseen painopisteeseen tai aurinkoon. Manööverin aikana aluksen ja lentävän kohteen suhteelliset nopeudet eivät muutu, esimerkiksi jos alus lensi Jupiteriin tietyllä nopeudella suhteessa siihen, niin se poistuu Jupiterista samalla nopeudella. Kuitenkin lisäämällä Jupiterista poistumisnopeus planeetan omaan kiertoradan nopeuteen, lentosuunta ja laitteen nopeus muuttuvat. Aurinkoa ei voida käyttää planeettojen väliseen painovoimansiirtoliikkeeseen, koska tähti on olennaisesti paikallaan suhteessa muuhun aurinkoa kiertävään järjestelmään. Tätä voidaan käyttää vain hypoteettisissa lennoissa aurinkokunnan ulkopuolella avaruusaluksen tai luotain lähettämiseen galaksin toiseen osaan, koska Aurinko kiertää Linnunradan galaksin keskustaa .

Oberthin ohjaus

Oberthin liike koostuu laitteen moottoreiden käynnistämisestä planeetan lähimmässä lähestymiskohdassa ( periapsis ) tai sen lähellä. Moottorin käyttö " painovoimakaivoon " tullessa mahdollistaa voiton saavuttamisen laitteen nopeuden lopullisessa lisäyksessä, koska käytetyn polttoaineen liike-energian lisäosa muunnetaan kineettiseksi energiaksi. laite. Se vaatii suhteellisen läheistä lähestymistapaa suureen koriin ja suuren työntövoiman moottorin käyttöä; se ei sovellu ajoneuvoihin, jotka on varustettu vain pienitehoisilla moottoreilla, esimerkiksi ionimoottorilla .

Kaoottiset kiertoradat

Gohmannin laskelmien aikaan (1925) ei ollut saatavilla korkean suorituskyvyn laskentajärjestelmiä, ne olivat hitaita, kalliita ja epäluotettavia painovoimansiirtoliikkeiden kehittämisessä (1959). Tietotekniikan viimeaikainen kehitys on mahdollistanut monien tähtitieteellisten kappaleiden luomien gravitaatiokenttien ominaisuuksien hyödyntämismahdollisuuksien tutkimisen ja halvempien lentoratojen laskemisen [7] [8] . Esimerkiksi laskettiin mahdolliset lentoreitit eri planeettojen Lagrange-pisteiden lähellä olevien alueiden välillä organisoituna niin sanotuksi planeettojen väliseksi kuljetusverkostoksi . Tällaiset sumeat, kaoottiset kiertoradat kuluttavat teoriassa paljon vähemmän energiaa ja polttoainetta kuin klassiset lennot, mutta niitä esiintyy vain joidenkin planeettojen välillä, tiettyinä ajankohtina ja ne vaativat erittäin merkittävää aikainvestointia. Ne eivät tarjoa merkittäviä parannuksia laivoilla kuljetettaviin tai tutkimustehtäviin, mutta voivat teoriassa olla kiinnostavia vähäarvoisten tavaroiden suurissa kuljetuksissa, jos ihmiskunnasta kehittyy todella planeettojen välinen sivilisaatio. Yleensä jotkut asteroidit käyttävät tällaisia ​​kiertoratoja.

Aerobraking

Aerobraking käyttää kohdeplaneetan ilmakehää tapana vähentää avaruusaluksen nopeutta. Ensimmäistä kertaa tällaista hidastuvuutta käytettiin Apollo-ohjelmassa , kun paluuauto ei ajautunut Maan kiertoradalle, vaan suoritti s-muotoisen laskeutumisliikkeen pystyprofiilissa (ensin jyrkkä lasku, sitten tasaus, sen jälkeen nousu ja sitä seuraava paluu laskeutumiseen) Maan ilmakehässä, jotta sen nopeus laskee tasolle, jolla laskuvarjojärjestelmä voidaan aktivoida turvallisen laskeutumisen varmistamiseksi. Ilmajarrutus ei vaadi tiheää ilmakehää – esimerkiksi useimmat Marsiin lähetetyt laskeutujat käyttävät tätä tekniikkaa, vaikka Marsin ilmakehä on hyvin harvinainen, pintapaine on 1/110 Maan paineesta.

Avaruusaluksen aerodynaaminen jarrutus muuntaa kineettisen energian lämmöksi, joten se vaatii usein monimutkaisia ​​lämpösuojaimia suojaamaan avaruusalusta ylikuumenemiselta. Tästä johtuen aerodynaaminen jarrutus on perusteltua vain niissä tapauksissa, joissa lämpökilven kuljettamiseen tarvittava lisäpolttoainemäärä on pienempi kuin se polttoainemäärä, joka tarvittaisiin jarrutusimpulssin tuottamiseen moottoreilla. Jotkut tutkijat uskovat, että tämä ongelma voidaan ratkaista luomalla näyttöjä kohteen lähellä olevista materiaaleista [9] unohtamatta tällaisten materiaalien keräämiseen liittyvät ongelmat.

Moottoritekniikan parantaminen

Polttoaineen säästämiseksi ja matkustamisen nopeuttamiseksi Hohmannin lentoihin verrattuna on ehdotettu useita teknologioita . Suurin osa ehdotuksista on edelleen teoreettisia, mutta ionipotkuri testattiin onnistuneesti Deep Space 1 -tehtävässä . Nämä edistyneet tekniikat on jaettu:

Lentojen nopeuttamisen lisäksi tällaiset parannukset lisäävät "turvamarginaalia" vähentämällä tarvetta valmistaa mahdollisimman kevyitä avaruusaluksia.

Kehittynyt rakettikonsepti

Kaikkia rakettikonsepteja rajoittaa tavalla tai toisella rakettiyhtälö , joka määrittää käytettävissä olevan ominaisnopeuden (aluksen nopeuden maksimimuutos) ominaisimpulssin (tehollinen ponneaineen ulosvirtausnopeus), aluksen alkuperäisen massan ( M 0 , mukaan lukien polttoaine ) funktiona. massa) ja lopullinen massa ( M 1 , aluksen massa ilman polttoainetta). Tämän Tsiolkovskin johdaman kaavan pääasiallinen seuraus on, että lentonopeudet, jotka ovat yli useita kertoja suuremmat kuin rakettimoottorin käyttönesteen uloshengityksen nopeus (suhteessa alukseen), tulevat nopeasti saavuttamattomiksi käytännössä.

Ydinlämpö- ja aurinkoraketit

Ydinrakettimoottorissa tai aurinkolämpöraketissa käyttöneste on yleensä vetyä , kuumennetaan korkeaan lämpötilaan ja vapautetaan rakettisuuttimen läpi työntövoiman luomiseksi . Lämpöenergia korvaa perinteisten rakettimoottoreiden kemiallisen energialähteen - polttoaineen palamisreaktion hapettimessa . Vedyn alhaisen molekyylipainon ja siten suuren lämpönopeuden vuoksi nämä moottorit ovat vähintään kaksi kertaa tehokkaampia polttoaineen käytössä kuin kemialliset moottorit, vaikka otetaan huomioon ydinreaktorin massa.

Yhdysvaltain atomienergiakomissio ja NASA testasivat useita muunnelmia ydinlämpömoottoreista vuosina 1959-1968. NASA kehitti nämä moottorit korvaamaan Saturn V -rakettien ylemmät vaiheet , mutta testit osoittivat luotettavuusongelmia, jotka johtuivat pääasiassa tärinästä ja ylikuumenemisesta käytettäessä korkeita työntövoimatasoja. Poliittiset ja ympäristönäkökohdat ovat vaikeuttaneet tällaisten moottoreiden käyttöä lähitulevaisuudessa, koska ydinlämpömoottorit ovat hyödyllisiä lähellä maan pintaa, mutta epäonnistumisen seuraukset voivat olla katastrofaalisia. Fissiopohjaiset potkurit tuottavat pienempiä ponneaineen nopeuksia kuin sähkö- ja plasmapotkurit, jotka kuvataan alla, ja ne soveltuvat vain sovelluksiin, jotka vaativat suurta työntövoima-painosuhdetta, kuten lentoonlähtö tai planeettalähtö.

Sähkömoottorit

Sähkökäyttöiset propulsiojärjestelmät käyttävät sähkön tuottamiseen ulkoisia virtalähteitä, kuten ydinreaktoria tai aurinkopaneeleja . Sitten ne käyttävät energiaa kemiallisesti inertin ponneaineen kiihdyttämiseen nopeuksilla, jotka ylittävät paljon perinteisten kemiallisten rakettimoottorien pakokaasun nopeudet. Tällaiset potkurit tuottavat suhteellisen vähän työntövoimaa, eivätkä ne siksi sovellu nopeaan ohjaukseen tai laukaisuun planeetan pinnalta. Mutta ne ovat niin taloudellisia käyttäessään reaktiivista massaa (työnestettä), että ne voivat jatkaa toimintaansa yhtäjaksoisesti useita päiviä tai viikkoja, kun taas kemialliset moottorit käyttävät polttoainetta ja hapetinta niin nopeasti, että ne voivat toimia muutamasta kymmenestä sekunnista pöytäkirja. Jopa matka Kuuhun nykyaikaisella ionipropulsiolla voi olla tarpeeksi pitkä osoittamaan niiden etua kemialliseen propulsioon verrattuna ( Apollo -lentomatkat kestivät 3 päivää matkaan Maasta Kuuhun ja takaisin).

NASAn Deep Space 1 -planeettojen välinen asema testasi onnistuneesti prototyyppiä ionipotkuria , joka toimi yhteensä 678 päivää ja antoi luotain saavuttaa komeetan Borrellyn, mikä ei olisi ollut mahdollista kemiallisilla potkurilla. Dawn oli ensimmäinen NASAn avaruusalus, joka käytti ionipotkuria pääpotkurina, ja sitä käytettiin suurten päävyöasteroidien Ceres 1 ja Vesta 4 tutkimiseen . Ydinvoimalla toimiva ionipotkuri suunniteltiin Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) -miehittämättömälle Jupiteriin 2010-luvulla. NASAn muuttuvien prioriteettien vuoksi ihmisten avaruuslentojen osalta projekti menetti rahoitusta vuonna 2005. Samankaltaisesta tehtävästä keskustellaan parhaillaan NASAn/ESA:n yhteisessä projektissa, jossa tutkitaan jättiläisplaneettojen kuita: Europa ja Ganymede .

Raketit käyttävät ydinreaktioiden energiaa

Sähkösuihkumoottorit ovat osoittautuneet hyödyllisiksi planeettojen välisessä matkassa, mutta ne ovat käyttäneet aurinkoenergiaa , mikä rajoittaa niiden kykyä toimia poissa Auringosta sekä rajoittaa niiden maksimikiihtyvyyttä voimalähteen massan ja haurauden vuoksi. Ydinsähkö- tai plasmamoottorit, jotka toimivat pitkiä aikoja pienellä työntövoimalla ja käyttävät ydinreaktoreista saatavaa sähköä (joissa käytetään raskaiden ytimien fissioketjureaktiota), voivat teoriassa saavuttaa huomattavasti suurempia nopeuksia kuin kemiallisia polttoaineita käyttävät ajoneuvot.

Raketit käyttävät lämpöydinreaktioiden energiaa

Teoreettisten lämpöydinrakettimoottorien tulisi toimia käyttämällä lämpöydinreaktioiden energiaa (alkuaineiden, kuten deuteriumin, tritiumin, helium-3:n, kevyiden ytimien fuusio). Ydinfissioreaktoreihin verrattuna ydinfuusio johtaa noin 1 %:n alkuperäisen polttoaineen massasta muuttumiseen energiamuodoksi, mikä on energeettisesti edullisempaa kuin 0,1 % ydinfissioreaktioissa energiaksi muunnetusta massasta. Sekä ydin- että fuusiomoottorit voivat kuitenkin periaatteessa saavuttaa paljon suurempia nopeuksia kuin mitä aurinkokunnan tutkimiseen tarvitaan, fuusiovoimageneraattorit eivät ole vielä saavuttaneet käytännössä käyttökelpoisia energian vapautumistasoja edes maan päällä.

Yksi fuusiovoimaan perustuva projekti oli Project Daedalus . Toista järjestelmää kehitettiin osana Solar Discovery II -miehitettyä tutkimusprojektia [10] , joka perustuu deuterium-tritium-3-reaktioon ja käyttää vetyä työskentelynesteenä (Tiimi mallista: NASA Glenn Research Center ). Hankkeessa suunniteltiin yli > 300 km/s ominaisnopeuksien saavuttamista ~1,7•10 -3 g :n kiihtyvyydellä aluksen alkumassalla ~ 1700 tonnia ja hyötykuorman osuudella yli 10 % .

Aurinkopurjeet

Aurinko- (fotoniset) purjeet käyttävät erityisestä purjeesta heijastuneiden valohiukkasten vauhtia. Tämä valon säteilypaineen vaikutus pintaan on suhteellisen pieni ja pienenee Auringon etäisyyden neliön lain mukaan, mutta toisin kuin monet klassiset propulsiojärjestelmät, aurinkopurjeet eivät vaadi polttoainetta. Työntövoima on pieni, mutta käytettävissä niin kauan kuin aurinko jatkaa paistamista ja purje on käytössä [11] .

Vaikka monet fotonipurjeista tehdyt tieteelliset artikkelit käsittelevät tähtienvälistä matkaa , niiden käytöstä aurinkokunnassa on vain vähän ehdotuksia.

Vaatimukset miehitetylle planeettojen väliselle matkalle

Hengenhoitoa

Planeettojen välisen avaruusaluksen elämää ylläpitävien järjestelmien on kyettävä pitämään matkustajat hengissä useita viikkoja, kuukausia tai jopa useita vuosia. Vaatimuksena on vakaa, hengittävä ilmakehä, jonka paine on vähintään 35 kPa (5 psi), joka sisältää aina riittävästi happea, typpeä ja jonka hiilidioksidin, loppukaasujen, vesihöyryn ja epäpuhtauksien tasot on valvottu.

Lokakuussa 2015 NASA:n päätarkastajan toimisto [ julkaisi raportin ihmisten avaruuslentoihin liittyvistä terveysvaaroista , mukaan lukien miehitetty lento Marsiin [ 12] [13] .

Säteily

Kun ajoneuvo on poistunut Maan kiertoradalta ja maapallon suojaavalta magnetosfääriltä, ​​se lentää Van Allenin säteilyvyöhykkeen , korkean säteilytason alueen läpi . Tätä seuraa pitkä lento planeettojenvälisessä väliaineessa, jonka taustalla on korkea korkeaenergiaisten kosmisten säteiden , jotka muodostavat uhan terveydelle , supernovaräjähdysten, pulsareiden, kvasaarien ja muiden kosmisten lähteiden tuottamaa galaktista säteilyä. Tämä voi lisätä ihmishengen vaaraa ja vaikeuttaa lisääntymistä useiden vuosien lennon jälkeen. Jopa suhteellisen pienet säteilyannokset voivat aiheuttaa peruuttamattomia muutoksia ihmisen aivosoluissa [14] [15] .

Venäjän tiedeakatemian tutkijat etsivät tapoja vähentää säteilyn aiheuttaman syövän riskiä valmistautuessaan mahdolliseen miehitettyyn Marsiin. Yhtenä vaihtoehtona harkitaan elämää ylläpitävää järjestelmää, jossa miehistön juomavedessä on deuterium (stabiili vedyn isotooppi ). Alustavat tutkimukset ovat osoittaneet, että vedessä, josta on poistettu deuterium, voi olla useita syöpää ehkäiseviä vaikutuksia ja se vähentää jonkin verran marsin miehistön suuren säteilyaltistuksen aiheuttamia mahdollisia syöpäriskejä [16] [17] .

Huonosti ennustetut Auringon koronaaliset massat ovat erittäin vaarallisia lentäjille, koska ne luovat korkean säteilyn, joka on lähellä tappavaa tasoa lyhyessä ajassa. Niiden heikkeneminen edellyttää massiivisten miehistöä suojaavien kilpien käyttöä [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]

Maan ilmakehä vastaa kosmiselta säteilyltä suojaavilta ominaisuuksiltaan 10 metriä paksua vesikerrosta [25] . Siksi tällaisen suojaavan näytön sijoittaminen planeettojen väliseen avaruusalukseen tekee siitä erittäin raskaan.

[26] mukaan planeettojen välisen avaruusaluksen, joka täyttää maanpäällisten ydinlaitosten henkilöstön säteilyturvallisuusvaatimukset ja jonka lentoaika on 2–3 vuotta , säteilysuojausmassan tulisi olla tuhansia tonneja. Siksi astronautien suojelemiseksi (lähellä Maan kiertoradalla) käytetään teknisten, teknisten ja lääketieteellisten menetelmien kompleksia - ne vähentävät asemien lentokorkeutta (vaikka tämä vaatii merkittävää polttoaineenkulutuksen lisäystä yläilmakehän jarrutusten vuoksi) ; käyttää laitteita, vesivaroja, ruokaa, polttoainetta jne. näyttöinä jne.

Luotettavuus

Mikä tahansa suuri vika avaruusaluksessa lennon aikana on todennäköisesti kohtalokas miehistölle. Pienetkin viat voivat johtaa vaarallisiin seurauksiin, jos niitä ei korjata nopeasti, mikä voi olla vaikeaa ulkoavaruudessa. Apollo 13 -tehtävän miehistö selvisi hengissä viallisen happisäiliön aiheuttamasta räjähdyksestä (1970); kuitenkin Sojuz 11: n (1971), Space Shuttle Challengerin (1986) ja Columbian (2003) miehistöt kuolivat avaruusaluksensa toimintahäiriön vuoksi.

Käynnistä ikkuna

Ratamekaniikan ja astrodynamiikan erityispiirteistä johtuen taloudelliset avaruuslennot muille planeetoille ovat käytännössä toteutettavissa vain tietyin aikavälein , joidenkin planeettojen ja lentoratojen kohdalla nämä välit ovat lyhyitä ja esiintyvät vain muutaman vuoden välein. Tällaisten "ikkunoiden" ulkopuolella planeetat pysyvät ihmiskunnan ulottumattomissa energiasyistä (vaatii paljon vähemmän taloudellisia kiertoradoja, suuria määriä polttoainetta ja tehokkaampia moottoreita). Tästä johtuen sekä lentojen tiheys että kyky käynnistää pelastustehtäviä voivat olla rajoitettuja.

Katso myös

Linkit

Kirjallisuus

  • Seedhouse, Eric. "Interplanetary Outpost: The Human and Technological Challenges of Exploring the Outer Planets" = "Interplanetary Outpost: The Human and Technological Challenges of Exploring the Outer Planets  " . - New York : Springer Publishing , 2012. - 288 s. — ISBN 978-1-4419-9747-0 .

Muistiinpanot

  1. ↑ Interplanetary Flight: johdatus astronautiikkaan.
  2. ↑ "NASA-avaruusalus aloittaa historiallisen matkan tähtienväliseen avaruuteen" Arkistoitu 20. lokakuuta 2019 Wayback Machinessa .
  3. ↑ Crawford, I.A. (1998).
  4. ↑ Valentine, L (2002).
  5. ↑ Curtis, Howard (2005).
  6. ↑ "Raketit ja avaruuskuljetukset" .
  7. ↑ "Gravity's Rim" Arkistoitu 26. syyskuuta 2012 Wayback Machinessa . discovermagazine.com.
  8. ↑ Belbruno, E. (2004).
  9. ↑ Arkistoitu kopio . Haettu 28. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2016.
  10. ↑ PDF CR Williams et al., "Realizing "2001: A Space Odyssey": Piloted Spherical Torus Nuclear Fusion Propulsion, 2001, 52 sivua, NASA Glenn Research Center
  11. ↑ "Aurinkopurjeita koskevien NASA-artikkelien tiivistelmät" Arkistoitu 11. maaliskuuta 2008. .
  12. ↑ Dunn, Marcia (29. lokakuuta 2015).
  13. ↑ Henkilökunta (29. lokakuuta 2015).
  14. ↑ Charles Limoli . Mikä estää syvän avaruuden tutkimisen // Tieteen maailmassa . - 2017. - nro 4. - S. 80-87. — URL: https://sciam.ru/articles/details/chto-meshaet-osvoeniyu-dalnego-kosmosa Arkistokopio 24. huhtikuuta 2017 Wayback Machinessa  (maksettu) : "On liian aikaista sanoa, että säteily johtaa peruuttamattomia seurauksia"
  15. ↑ "Mitä aivoillesi tapahtuu matkalla Marsiin" Arkistoitu 29. elokuuta 2017 Wayback Machinessa / Science Advancesissa. 1. toukokuuta 2015: Vol. 1, ei. 4, e1400256 DOI: 10.1126/sciadv.1400256
  16. ↑ Siniak IuE, Turusov VS; Grigorev, AI; et ai. (2003).
  17. ↑ Sinyak, Y; Grigorjev, A; Gaydadimov, V; Gurieva, T; Levinsky, M; Pokrovskii, B (2003).
  18. ↑ popularmechanics.com Arkistoitu 14. elokuuta 2007.
  19. ↑ "Suojaus aurinkohiukkasten tapahtumien altistumiselta syvässä avaruudessa" Arkistoitu 10. maaliskuuta 2008 Wayback Machinessa .
  20. ↑ nature.com/embor/journal . Haettu 28. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2010.
  21. ↑ islandone.org/Settlements . Haettu 28. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 5. huhtikuuta 2016.
  22. ↑ iss.jaxa.jp/iss/kibo . Haettu 28. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 18. joulukuuta 2016.
  23. ↑ yarchive.net/space/spacecraft . Haettu 28. syyskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 8. maaliskuuta 2016.
  24. ↑ uplink.space.com Arkistoitu 28. maaliskuuta 2004.
  25. ↑ Oleg Makarov. Tappavat säteet huolimatta // Popular Mechanics . - 2017. - Nro 9 . - S. 50-54 .
  26. ↑ Bespalov Valeri Ivanovitš. Luennot säteilysuojelusta: oppikirja: [ rus. ] . - 4. painos, laajennettu. - Tomsk  : Tomskin ammattikorkeakoulun kustantamo, 2012. - 21.2 Säteilysuojauksen ominaisuudet avaruudessa. - S. 393. - 508 s. - 100 kappaletta.  - ISBN 978-5-4387-0116-3 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Avaruuden kolonisaatio

Aurinkokunnan kolonisaatio		 Avaruuden kolonisaatio
Terraformointi
Kolonisaatio
aurinkokunnan ulkopuolella
Avaruusasutus
Resurssit ja energia