Rakety a kosmické lodě. Otázka pro vědce: co brání mezihvězdným letům

Průzkum vesmíru se pro lidstvo již dávno stal zcela běžnou záležitostí. Lety na nízkou oběžnou dráhu Země a k jiným hvězdám jsou ale nemyslitelné bez zařízení, která umožňují překonat gravitaci – raket. Kolik z nás ví: jak funguje a funguje nosná raketa, kde probíhá start a jaká je její rychlost, což jí umožňuje překonat gravitaci planety a bezvzduchový prostor. Pojďme se na tyto problémy podívat blíže.

přístroj

Abyste pochopili, jak nosná raketa funguje, musíte porozumět její struktuře. Začněme popisovat uzly shora dolů.

CAC

Zařízení, které vynáší na oběžnou dráhu satelit nebo nákladový prostor, se od nosiče, který je určen k přepravě posádky, vždy odlišuje svou konfigurací. Ten má úplně nahoře speciální nouzový záchranný systém, který slouží k evakuaci oddílu od astronautů v případě poruchy nosné rakety. Tato nestandardní věžička, umístěná úplně nahoře, je miniaturní raketa, která vám za mimořádných okolností umožňuje „vytáhnout“ kapsli s lidmi a přesunout ji na bezpečná vzdálenost z místa nehody. To je relevantní v počáteční fáze letu, kde je ještě možné provést sestup kapsle na padáku. V prostoru bez vzduchu se role SAS stává méně důležitou. V blízkozemském prostoru lze kosmonauty zachránit funkcí, která umožňuje oddělit sestupový modul od nosné rakety.

Nákladový prostor

Pod SAS se nachází oddíl nesoucí užitečné zatížení: vozidlo s posádkou, satelit, nákladový prostor. V závislosti na typu a třídě nosné rakety se hmotnost nákladu vypuštěného na oběžnou dráhu může pohybovat od 1,95 do 22,4 tuny. Veškerý náklad přepravovaný lodí je chráněn hlavovou kapotáží, která je po průchodu atmosférickými vrstvami odhozena.

Hlavní motor

Lidé daleko od vesmíru si myslí, že pokud raketa skončí v prostoru bez vzduchu, ve výšce sto kilometrů, kde začíná stav beztíže, pak její mise skončila. Ve skutečnosti, v závislosti na úkolu, může být cílová dráha nákladu vypuštěného do vesmíru mnohem dále. Například telekomunikační družice musí být dopraveny na oběžnou dráhu ve výšce nad 35 tisíc kilometrů. K dosažení požadovaného odstranění je potřeba hnací motor, nebo jak se tomu jinak říká horní stupeň. Pro dosažení plánované meziplanetární nebo odletové trajektorie musí být režim rychlosti letu změněn více než jednou, přičemž musí být provedeny určité akce, takže tento motor musí být opakovaně spouštěn a vypínán, to je jeho rozdíl od jiných podobných součástí rakety.

Vícestupňové

U nosné rakety zabírá jen malý zlomek její hmotnosti přepravovaný náklad, zbytek tvoří motory a palivové nádrže, které jsou umístěny v různých stupních vozidla. Designová vlastnost těchto jednotek je možnost jejich oddělení po vyčerpání paliva. Poté shoří v atmosféře, aniž by se dostaly na zem. Pravda, jak říká zpravodajský portál reaktor.space, v minulé roky Byla vyvinuta technologie, která umožňuje vrátit oddělené stupně nezraněné na určené místo a znovu je vypustit do vesmíru. V raketové vědě se při vytváření vícestupňových lodí používají dvě schémata:

• První je podélný, umožňuje umístit kolem karoserie několik stejných motorů s palivem, které se současně zapínají a po použití synchronně resetují.


• Druhý je příčný, což umožňuje uspořádat stupně ve vzrůstajícím pořadí, jeden výše než druhý. V tomto případě se zapnou až po resetování spodního, vyčerpaného stupně.

Často však návrháři dávají přednost kombinaci příčného a podélného provedení. Raketa může mít mnoho stupňů, ale zvýšení jejich počtu je do určité hranice racionální. Jejich růst znamená nárůst hmotnosti motorů a adaptérů, které fungují pouze v určité fázi letu. Moderní nosné rakety proto nejsou vybaveny více než čtyřmi stupni. Palivové nádrže stupně se v zásadě skládají ze zásobníků, ve kterých jsou čerpány různé komponenty: okysličovadlo ( kapalný kyslík oxid dusnatý) a palivo (kapalný vodík, heptyl). Pouze jejich souhrou lze raketu urychlit na požadovanou rychlost.

Jak rychle letí raketa ve vesmíru?

V závislosti na úkolech, které musí nosná raketa plnit, se její rychlost může lišit a je rozdělena do čtyř hodnot:

• První vesmírný. Umožňuje vám vystoupat na oběžnou dráhu, kde se stane satelitem Země. Pokud převedeme do konvenčních hodnot, je to rovných 8 km/s.


• Ten druhý vesmírný. Rychlost 11,2 km/s. umožňuje lodi překonat gravitaci a prozkoumat planety naší sluneční soustavy.


• Třetí je kosmický. Drží se rychlosti 16 650 km/s. můžete překonat gravitaci sluneční soustavy a opustit její limity.


• Čtvrtý vesmírný. Po vyvinutí rychlosti 550 km/s. raketa je schopna letět za galaxii.

Ale bez ohledu na to, jak vysoké jsou rychlosti kosmických lodí, jsou příliš nízké pro meziplanetární cestování. Při těchto hodnotách bude cesta k nejbližší hvězdě trvat 18 000 let.

Jak se jmenuje místo, odkud startují rakety do vesmíru?

K úspěšnému dobývání vesmíru jsou potřeba speciální odpalovací rampy, odkud lze vypouštět rakety do vesmíru. V každodenním používání se jim říká kosmodromy. Tento jednoduchý název však zahrnuje celý komplex budov zabírajících rozsáhlá území: odpalovací rampu, místnosti pro závěrečné testování a montáž rakety, budovy pro související služby. To vše je umístěno v určité vzdálenosti od sebe, aby v případě havárie nedošlo k poškození dalších konstrukcí kosmodromu.

Závěr

Čím více se vesmírná technologie zdokonaluje, tím složitější je struktura a provoz rakety. Možná za pár let vzniknou nová zařízení na překonání zemské gravitace. A příští článek bude věnován principům fungování pokročilejší rakety.

Moderní technologie a objevy posouvají průzkum vesmíru na zcela novou úroveň, ale mezihvězdné cestování je stále snem. Ale je to tak nereálné a nedosažitelné? Co můžeme dělat nyní a co můžeme očekávat v blízké budoucnosti?

Při studiu dat získaných z dalekohledu Kepler objevili astronomové 54 potenciálně obyvatelných exoplanet. Tyto vzdálené světy jsou v obyvatelné zóně, tzn. v určité vzdálenosti od centrální hvězdy, což umožňuje udržení vody v kapalné formě na povrchu planety.

Odpověď na hlavní otázku, zda jsme ve Vesmíru sami, je však obtížné získat – kvůli obrovské vzdálenosti oddělující Sluneční soustavu a naše nejbližší sousedy. Například „slibná“ planeta Gliese 581g se nachází ve vzdálenosti 20 světelných let – to je na kosmické standardy dostatečně blízko, ale pro pozemské přístroje stále příliš daleko.

Množství exoplanet v okruhu 100 světelných let nebo méně od Země a obrovský vědecký a dokonce civilizační zájem, který pro lidstvo představují, nás nutí znovu se podívat na dosud fantastickou myšlenku mezihvězdného cestování.

Let k jiným hvězdám je samozřejmě otázkou technologie. Kromě toho existuje několik možností, jak dosáhnout tak vzdáleného cíle, a výběr ve prospěch jedné nebo druhé metody ještě nebyl učiněn.

Lidstvo již vyslalo do vesmíru mezihvězdná vozidla: sondy Pioneer a Voyager. Nyní opustili limity Sluneční Soustava, jejich rychlost však neumožňuje hovořit o nějakém rychlém dosažení cíle. Voyager 1, pohybující se rychlostí asi 17 km/s, tedy poletí i k nejbližší hvězdě Proxima Centauri (4,2 světelných let) neuvěřitelně dlouhou dobu – 17 tisíc let.

Je zřejmé, že s moderními raketovými motory se nikam dál než do Sluneční soustavy nedostaneme: k přepravě 1 kg nákladu i do nedaleké Proximy Centauri jsou potřeba desítky tisíc tun paliva. Zároveň s narůstající hmotností lodi roste množství potřebného paliva a k přepravě je potřeba další palivo. Začarovaný kruh, který ukončí tanky s chemickým palivem – stavba vesmírného plavidla vážícího miliardy tun se zdá být naprosto neuvěřitelným počinem. Jednoduché výpočty využívající Ciolkovského vzorec ukazují, že urychlení chemicky poháněné kosmické lodi na asi 10 % rychlosti světla by vyžadovalo více paliva, než je dostupné ve známém vesmíru.

Reakce termonukleární fúze produkuje energie na jednotku hmotnosti v průměru milionkrát více než chemické spalovací procesy. V 70. letech proto NASA obrátila pozornost k možnosti využití termonukleárních raketových motorů. Projekt bezpilotní kosmické lodi Daedalus zahrnoval vytvoření motoru, ve kterém by malé pelety termonukleárního paliva byly přiváděny do spalovací komory a zapáleny elektronovými paprsky. Produkty termonukleární reakce vylétají z trysky motoru a udělují lodi zrychlení.

Vesmírná loď Daedalus ve srovnání s Empire State Building

Daedalus měl vzít na palubu 50 tisíc tun palivových pelet o průměru 4 a 2 mm. Granule se skládají z jádra obsahujícího deuterium a tritium a obalu z helia-3. Ten tvoří pouze 10-15% hmotnosti palivové pelety, ale ve skutečnosti je palivem. Hélium-3 je na Měsíci hojné a deuterium je široce používáno v jaderném průmyslu. Deuteriové jádro slouží jako rozbuška k zažehnutí fúzní reakce a vyvolává silnou reakci s uvolněním reaktivního plazmového paprsku, který je řízen silným magnetickým polem. Hlavní molybdenová spalovací komora motoru Daedalus měla vážit více než 218 tun, komora druhého stupně - 25 tun. Magnetické supravodivé cívky také odpovídají obrovskému reaktoru: první váží 124,7 tun a druhá - 43,6 tun Pro srovnání, suchá hmotnost raketoplánu je méně než 100 tun.

Let Daedalus byl plánován jako dvoustupňový: motor prvního stupně měl fungovat déle než 2 roky a spálit 16 milionů palivových pelet. Po oddělení prvního stupně pracoval motor druhého stupně téměř dva roky. Za 3,81 roku nepřetržitého zrychlování by tedy Daedalus dosáhl maximální rychlosti 12,2 % rychlosti světla. Taková loď urazí vzdálenost k Barnardově hvězdě (5,96 světelných let) za 50 let a bude schopna při průletu vzdáleným hvězdným systémem přenášet výsledky svých pozorování rádiem na Zemi. Celá mise tak potrvá asi 56 let.

Navzdory velkým potížím se zajištěním spolehlivosti četných systémů Daedalus a jeho enormním nákladům lze tento projekt realizovat na současné úrovni technologie. V roce 2009 navíc tým nadšenců oživil práci na projektu termonukleární lodi. Projekt Icarus v současnosti zahrnuje 20 vědeckých témat o teoretickém vývoji systémů a materiálů mezihvězdných kosmických lodí.

Již dnes jsou tedy možné bezpilotní mezihvězdné lety na vzdálenosti až 10 světelných let, což zabere asi 100 let letu plus čas, než rádiový signál doputuje zpět na Zemi. Hvězdné systémy Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 a 248, CN Leo, WISE 1541-2250 se vešly do tohoto poloměru. Jak vidíme, v blízkosti Země je dostatek objektů, které lze studovat pomocí bezpilotních misí. Co když ale roboti najdou něco skutečně neobvyklého a jedinečného, ​​jako je složitá biosféra? Podaří se výpravě s lidskou účastí vydat se na vzdálené planety?

Celoživotní let

Pokud dnes můžeme začít stavět bezpilotní loď, tak s pilotovanou je situace složitější. V první řadě je akutní otázka doby letu. Vezměme stejnou Barnardovu hvězdu. Kosmonauti se budou muset připravit na pilotovaný let ze školy, protože i když se start ze Země uskuteční v den jejich 20. výročí, kosmická loď dosáhne cíle mise do 70. nebo dokonce 100. výročí (s přihlédnutím k nutnosti brzdění, který není nutný při bezpilotním letu) . Výběr posádky v mladém věku je plný psychické neslučitelnosti a mezilidských konfliktů a věk 100 let nedává naději na plodnou práci na povrchu planety a na návrat domů.

Má však smysl se vracet? Četné studie NASA vedou k neuspokojivému závěru: dlouhodobý pobyt v nulové gravitaci nenávratně zničí zdraví astronautů. Práce profesora biologie Roberta Fittse s astronauty ISS tedy ukazuje, že i přes intenzivní fyzické cvičení na palubě kosmické lodi po tříleté misi na Mars ochabnou velké svaly, jako jsou svaly lýtkové, o 50 %. Podobně klesá i minerální hustota kostí. V důsledku toho se výrazně snižuje schopnost práce a přežití v extrémních situacích a doba adaptace na normální gravitaci bude minimálně rok. Let v nulové gravitaci po desetiletí zpochybní samotný život astronautů. Snad se lidské tělo dokáže vzpamatovat například při brzdění s postupně se zvyšující gravitací. Riziko úmrtí je však stále příliš vysoké a vyžaduje radikální řešení.

Stanford Tor je kolosální stavba s celými městy uvnitř rotujícího okraje.

Bohužel řešení problému beztíže na mezihvězdné lodi není tak jednoduché. Schopnost, kterou máme k dispozici, vytvořit umělou gravitaci otáčením obytného modulu, má řadu potíží. Pro vytvoření zemské gravitace by se i kolo o průměru 200 m muselo otáčet rychlostí 3 otáčky za minutu. Při tak rychlé rotaci bude Cariolisova síla vytvářet zátěže, které jsou pro lidský vestibulární systém zcela nesnesitelné, způsobující nevolnost a akutní záchvaty mořské nemoci. Jediným řešením tohoto problému je Stanford Tor, který vyvinuli vědci ze Stanfordské univerzity v roce 1975. Jedná se o obrovský prstenec o průměru 1,8 km, ve kterém by mohlo žít 10 tisíc astronautů. Vzhledem ke své velikosti poskytuje gravitační sílu 0,9-1,0 g a celkem pohodlné bydlení pro lidi. Avšak i při rychlostech otáčení nižších než jedna otáčka za minutu budou lidé stále pociťovat mírné, ale znatelné nepohodlí. Navíc, pokud je postaven takový gigantický obytný prostor, i malé posuny v rozložení hmotnosti torusu ovlivní rychlost otáčení a způsobí vibrace celé konstrukce.

Problém radiace také zůstává komplikovaný. I v blízkosti Země (na palubě ISS) se astronauti nezdržují déle než šest měsíců kvůli nebezpečí ozáření. Meziplanetární loď bude muset být vybavena těžkou ochranou, ale otázka vlivu radiace na lidský organismus zůstává. Zejména riziko rakoviny, jejíž vývoj v nulové gravitaci nebyl prakticky studován. Vědec Krasimir Ivanov z Německého leteckého a kosmického centra v Kolíně nad Rýnem začátkem tohoto roku zveřejnil výsledky zajímavé studie chování buněk melanomu (nejnebezpečnější forma rakoviny kůže) v nulové gravitaci. Ve srovnání s rakovinnými buňkami pěstovanými v normální gravitaci byly buňky pěstované v nulové gravitaci po dobu 6 a 24 hodin méně pravděpodobné, že budou metastázovat. Zdá se to být dobrá zpráva, ale jen na první pohled. Faktem je, že taková „vesmírná“ rakovina může zůstat nečinná po celá desetiletí a nečekaně se šířit ve velkém měřítku, když je narušen imunitní systém. Studie navíc jasně ukazuje, že stále víme málo o reakci lidského těla na delší pobyt ve vesmíru. Dnes jsou astronauti zdraví silní lidé tráví tam příliš málo času na to, aby přenesli své zkušenosti na dlouhý mezihvězdný let.

Každopádně loď pro 10 tisíc lidí je pochybný nápad. K vytvoření spolehlivého ekosystému pro takový počet lidí potřebujete obrovské množství rostlin, 60 tisíc kuřat, 30 tisíc králíků a stádo velkých dobytek. To samo o sobě může poskytnout dietu 2 400 kalorií denně. Všechny pokusy o vytvoření takto uzavřených ekosystémů však vždy končí neúspěchem. Tak během největšího experimentu „Biosphere-2“ od Space Biosphere Ventures byla vybudována síť hermetických budov. s celkovou plochou 1,5 hektaru s 3 tisíci druhy rostlin a živočichů. Celý ekosystém se měl stát samoobslužnou malou „planetkou“ obývanou 8 lidmi. Pokus trval 2 roky, ale už po pár týdnech začaly vážné problémy: mikroorganismy a hmyz se začaly nekontrolovaně množit, spotřebovávaly kyslík a rostliny v příliš velkém množství, ukázalo se také, že bez větru jsou rostliny příliš křehké. V důsledku místní ekologické katastrofy lidé začali hubnout, množství kyslíku se snížilo z 21 % na 15 % a vědci museli porušit podmínky experimentu a dodat osmi „kosmonautům“ kyslík a jídlo.

Vytváření složitých ekosystémů se tedy zdá být zavádějícím a nebezpečným způsobem, jak zajistit kyslík a výživu posádce mezihvězdné kosmické lodi. K vyřešení tohoto problému budou potřeba speciálně navržené organismy s upravenými geny, které se mohou živit světlem, odpady a jednoduchými látkami. Například velké moderní dílny na výrobu jedlé řasy chlorelly dokážou vyrobit až 40 tun suspenze za den. Jeden zcela autonomní bioreaktor o hmotnosti několika tun dokáže vyrobit až 300 litrů suspenze chlorelly za den, což stačí k nasycení posádky několika desítek lidí. Geneticky modifikovaná chlorella mohla nejen uspokojit potřeby posádky pro živin, ale také k recyklaci odpadu vč oxid uhličitý. Dnes se proces genetického inženýrství mikrořas stal samozřejmostí a existuje mnoho vzorků určených k čištění odpadní voda výroba biopaliv atd.

zamrzlý sen

Téměř všechny výše uvedené problémy mezihvězdného letu s lidskou posádkou by mohla vyřešit jedna velmi slibná technologie – pozastavená animace nebo, jak se také říká, kryostáza. Anabióza je minimálně několikanásobné zpomalení lidských životních procesů. Pokud se podaří člověka uvrhnout do takové umělé letargie, která 10x zpomalí metabolismus, tak během 100 letého letu zestárne ve spánku jen o 10 let. To usnadňuje řešení problémů s výživou, zásobováním kyslíkem, psychickými poruchami a destrukcí těla v důsledku působení stavu beztíže. Kromě toho je snazší chránit oddíl se zavěšenými animačními komorami před mikrometeority a radiací než velkou obytnou zónu.

Bohužel zpomalení lidských životních procesů je extrémně těžký úkol. Ale v přírodě existují organismy, které se dokážou hibernovat a stokrát prodloužit svůj život. Například malý ještěr zvaný sibiřský mlok je schopen v těžkých časech hibernovat a zůstat naživu desítky let, i když zamrzne do bloku ledu s teplotou minus 35-40°C. Jsou známy případy, kdy mloci strávili asi 100 let v zimním spánku a jako by se nic nestalo, rozmrzli a utekli překvapeným badatelům. Navíc obvyklá „nepřetržitá“ délka života ještěrky nepřesahuje 13 let. Úžasná schopnost mloka se vysvětluje skutečností, že jeho játra syntetizují velké množství glycerolu, téměř 40% jeho tělesné hmotnosti, který chrání buňky před nízkými teplotami.

Hlavní překážkou ponoření člověka do kryostázy je voda, která tvoří 70 % našeho těla. Po zmrazení se změní na ledové krystaly, zvětší svůj objem o 10 %, což způsobí protržení buněčné membrány. Kromě toho, jak buňka zamrzne, látky rozpuštěné uvnitř buňky migrují do zbývající vody, čímž narušují intracelulární procesy iontové výměny a také organizaci proteinů a dalších mezibuněčných struktur. Obecně platí, že ničení buněk při zmrazování znemožňuje člověku návrat do života.

Existuje však slibný způsob, jak tento problém vyřešit – klatrát hydratuje. Byly objeveny již v roce 1810, kdy britský vědec Sir Humphry Davy vstříkl do vody pod vysokým tlakem chlór a byl svědkem tvorby pevných struktur. Jednalo se o hydráty klatrátu – jednu z forem vodního ledu, který obsahuje cizí plyn. Na rozdíl od ledových krystalů jsou klatrátové mřížky méně pevné, nemají ostré hrany, ale mají dutiny, ve kterých se mohou „schovávat“ intracelulární látky. Technologie klatrátové suspendované animace by byla jednoduchá: inertní plyn, jako je xenon nebo argon, teplota těsně pod nulou a buněčný metabolismus se začne postupně zpomalovat, až člověk upadne do kryostázy. Bohužel tvorba klatrátových hydrátů vyžaduje vysoký tlak(asi 8 atmosfér) a velmi vysoká koncentrace plynu rozpuštěného ve vodě. Jak vytvořit takové podmínky v živém organismu je stále neznámé, i když v této oblasti byly zaznamenány určité úspěchy. Klathráty jsou tedy schopny chránit tkáň srdečního svalu před destrukcí mitochondrií i při kryogenních teplotách (pod 100 stupňů Celsia) a také zabránit poškození buněčných membrán. Zatím se nemluví o experimentech s klatrátovou anabiózou u lidí, protože komerční poptávka po technologiích kryostázy je malá a výzkum na toto téma se provádí hlavně malé firmy, nabízející služby zmrazení těl zesnulých.

Let na vodík

V roce 1960 fyzik Robert Bussard navrhl původní koncepci náporového termonukleárního motoru, který řeší mnoho problémů mezihvězdného cestování. Cílem je využít vodík a mezihvězdný prach přítomný ve vesmíru. Kosmická loď s takovým motorem nejprve akceleruje na vlastní palivo a poté rozvine obrovský trychtýř magnetického pole o průměru tisíce kilometrů, který zachycuje vodík z vesmíru. Tento vodík se používá jako nevyčerpatelný zdroj paliva pro fúzní raketový motor.

Použití motoru Bussard slibuje obrovské výhody. Za prvé, díky palivu „zdarma“ je možné s ním hýbat konstantní zrychlení na 1 g, což znamená, že všechny problémy spojené s beztíží zmizí. Motor navíc umožňuje zrychlit na obrovské rychlosti – 50 % rychlosti světla a ještě více. Teoreticky může loď s Bussardovým motorem při pohybu se zrychlením 1 g urazit vzdálenost 10 světelných let za cca 12 pozemských let a pro posádku by díky relativistickým vlivům uběhlo pouhých 5 let lodního času.

Cesta k vytvoření lodi s Bussardovým motorem bohužel naráží na řadu vážných problémů, které na současné úrovni technologie nelze vyřešit. V první řadě je nutné vytvořit obří a spolehlivou vodíkovou past, která generuje magnetické pole gigantická síla. Zároveň musí zajistit minimální ztráty a efektivní dopravu vodíku do termonukleárního reaktoru. Samotný proces termonukleární reakce přeměny čtyř atomů vodíku na atom helia, navržený Bussardem, vyvolává mnoho otázek. Faktem je, že tuto nejjednodušší reakci je obtížné realizovat v průtočném reaktoru, protože probíhá příliš pomalu a v zásadě je možná pouze uvnitř hvězd.

Pokrok ve studiu termojaderné fúze však dává naději, že problém lze vyřešit například použitím „exotických“ izotopů a antihmoty jako katalyzátoru reakce.

Výzkum na téma Bussardova motoru leží zatím výhradně v teoretické rovině. Potřebné jsou výpočty založené na skutečných technologiích. Nejprve je nutné vyvinout motor schopný produkovat dostatek energie pro pohon magnetické pasti a udržení termonukleární reakce, produkci antihmoty a překonání odporu mezihvězdného média, které zpomalí obrovskou elektromagnetickou „plachtu“.

Antihmota na záchranu

Může to znít zvláštně, ale dnes má lidstvo blíže k vytvoření antihmotového motoru než k intuitivnímu a zdánlivě jednoduchému Bussardovu náporovému motoru.

Sonda vyvinutá společností Hbar Technologies bude mít tenkou plachtu z uhlíkových vláken potaženou uranem 238. Když antivodík narazí na plachtu, anihiluje a vytvoří tryskový tah.

V důsledku anihilace vodíku a antivodíku vzniká mohutný proud fotonů, jehož výstupní rychlost dosahuje u raketového motoru maxima, tzn. rychlost světla. To je ideální indikátor, který umožňuje dosáhnout velmi vysokých rychlostí blízko světla u kosmické lodi poháněné fotony. Bohužel použití antihmoty jako raketového paliva je velmi obtížné, protože během anihilace dochází k výbuchům silného gama záření, které zabije astronauty. Také technologie pro skladování velkého množství antihmoty ještě neexistují a samotná skutečnost hromadění tun antihmoty, a to i ve vesmíru daleko od Země, je vážnou hrozbou, protože anihilace byť jednoho kilogramu antihmoty je ekvivalentní jaderný výbuch s kapacitou 43 megatun (výbuch takové síly by mohl proměnit třetinu USA v poušť). Cena antihmoty je dalším faktorem, který komplikuje mezihvězdný let poháněný fotony. Moderní technologie výroby antihmoty umožňují vyrobit jeden gram antivodíku za cenu desítek bilionů dolarů.

Velké projekty výzkumu antihmoty však přinášejí ovoce. V současné době byla vytvořena speciální skladovací zařízení pozitronů, „magnetické láhve“, což jsou nádoby chlazené kapalným héliem se stěnami z magnetických polí. V červnu tohoto roku se vědcům z CERNu podařilo uchovat atomy antivodíku na 2000 sekund. Na Kalifornské univerzitě (USA) se buduje největší světové úložiště antihmoty, které bude schopno akumulovat více než bilion pozitronů. Jedním z cílů vědců z Kalifornské univerzity je vytvořit přenosné kontejnery na antihmotu, které lze používat vědecké účely daleko od velkých urychlovačů. Projekt má podporu Pentagonu, který se zajímá o vojenské aplikace antihmoty, takže největší pole magnetických lahví na světě pravděpodobně nebude mít nedostatek financí.

Moderní urychlovače budou schopny vyrobit jeden gram antivodíku za několik set let. To je velmi dlouhá doba, takže jediné východisko je rozvíjet se nová technologie produkce antihmoty nebo sjednotit úsilí všech zemí naší planety. Ale i v tomto případě, kdy moderní technologie o výrobě desítek tun antihmoty pro mezihvězdné pilotované lety není o čem ani snít.

Vše však není tak smutné. Specialisté NASA vyvinuli několik návrhů kosmických lodí, které by se mohly dostat do hlubokého vesmíru s pouhým jedním mikrogramem antihmoty. NASA věří, že vylepšené vybavení umožní vyrábět antiprotony za cenu přibližně 5 miliard dolarů za gram.

Americká společnost Hbar Technologies s podporou NASA vyvíjí koncept bezpilotních sond poháněných motorem běžícím na antivodík. Prvním cílem tohoto projektu je vytvořit bezpilotní kosmickou loď, která by mohla letět do Kuiperova pásu na okraji sluneční soustavy za méně než 10 let. Dnes je nemožné létat do tak vzdálených bodů za 5-7 let, konkrétně sonda NASA New Horizons proletí Kuiperovým pásem 15 let po startu.

Sonda ujíždějící na vzdálenost 250 AU. za 10 let bude velmi malý, s užitečným zatížením jen 10 mg, ale bude potřebovat i trochu antivodíku - 30 mg. Tevatron by takové množství vyrobil během několika desetiletí a vědci by mohli vyzkoušet nový koncept motoru na skutečné vesmírné misi.

Předběžné výpočty také ukazují, že podobným způsobem je možné vyslat i malou sondu k Alpha Centauri. Na jeden gram antivodíku se dostane ke vzdálené hvězdě za 40 let.

Může se zdát, že vše výše uvedené je fantazie a nemá nic společného s blízkou budoucností. Naštěstí tomu tak není. Zatímco pozornost veřejnosti se zaměřuje na globální krize, selhání popových hvězd a další aktuální události, epochální iniciativy zůstávají ve stínu. Vesmírná agentura NASA zahájila ambiciózní projekt 100 Year Starship, který zahrnuje postupné a mnohaleté vytváření vědecké a technologické základny pro meziplanetární a mezihvězdné lety. Tento program nemá v historii lidstva obdoby a měl by přilákat vědce, inženýry a nadšence dalších profesí z celého světa. Od 30. září do 2. října 2011 se v Orlandu na Floridě bude konat sympozium, na kterém se bude diskutovat různé technologie lety do vesmíru. Na základě výsledků takových událostí vypracují specialisté NASA obchodní plán na pomoc určitým průmyslovým odvětvím a společnostem, které vyvíjejí technologie, které v současnosti chybí, ale jsou nezbytné pro budoucí mezihvězdné cestování. Pokud bude ambiciózní program NASA úspěšný, do 100 let bude lidstvo schopno postavit mezihvězdnou kosmickou loď a my se budeme pohybovat po sluneční soustavě se stejnou lehkostí, jako dnes přelétáváme z kontinentu na kontinent.

Předkládáno pozornosti čtenářů nejrychlejší rakety na světě v celé historii stvoření.

Rychlost 3,8 km/s

Nejrychlejší balistická střela středního doletu s maximální rychlostí 3,8 km/s otevírá žebříček nejrychlejších střel na světě. R-12U byla upravená verze R-12. Raketa se od prototypu lišila absencí mezilehlého dna v nádrži okysličovadla a několika drobnými konstrukčními změnami - v šachtě nejsou žádné zatížení větrem, což umožnilo odlehčit nádrže a suché prostory rakety a eliminovat potřebu pro stabilizátory. Od roku 1976 začaly být střely R-12 a R-12U vyřazovány z provozu a nahrazovány mobilními pozemními systémy Pioneer. Z provozu byly vyřazeny v červnu 1989 a mezi 21. květnem 1990 bylo na základně Lesnaja v Bělorusku zničeno 149 raket.

Rychlost 5,8 km/s

Jedna z nejrychlejších amerických nosných raket s maximální rychlostí 5,8 km za sekundu. Jde o první vyvinutou mezikontinentální balistickou střelu přijatou Spojenými státy. Vyvíjen jako součást programu MX-1593 od roku 1951. V letech 1959-1964 tvořila základ jaderného arzenálu amerického letectva, ale poté byla rychle stažena z provozu kvůli nástupu pokročilejší střely Minuteman. Sloužil jako základ pro vytvoření rodiny kosmických nosných raket Atlas, které jsou v provozu od roku 1959 dodnes.

Rychlost 6 km/s

UGM-133 A Trojzubec II- Americká třístupňová balistická střela, jedna z nejrychlejších na světě. Jeho maximální rychlost je 6 km za sekundu. „Trident-2“ byl vyvíjen od roku 1977 souběžně se zapalovačem „Trident-1“. Přijato do provozu v roce 1990. Startovací hmotnost - 59 tun. Max. vrhací hmotnost - 2,8 tuny s doletem 7800 km. Maximální dosah let se sníženým počtem hlavic - 11 300 km.

Rychlost 6 km/s

Jedna z nejrychlejších balistických střel na tuhá paliva na světě ve výzbroji Ruska. Má minimální poloměr poškození 8000 km a přibližnou rychlost 6 km/s. Raketu vyvíjí od roku 1998 Moskevský institut tepelného inženýrství, který ji vyvíjel v letech 1989-1997. pozemní raketa "Topol-M". Dosud bylo uskutečněno 24 zkušebních startů Bulavy, patnáct z nich bylo považováno za úspěšných (při prvním startu byl vypuštěn hromadný prototyp rakety), dva (sedmý a osmý) byly úspěšné částečně. Poslední zkušební start rakety proběhl 27. září 2016.

Rychlost 6,7 km/s

Minuteman LGM-30 G- jedna z nejrychlejších pozemních mezikontinentálních balistických raket na světě. Jeho rychlost je 6,7 km za sekundu. LGM-30G Minuteman III má odhadovaný letový dosah 6 000 až 10 000 kilometrů v závislosti na typu hlavice. Minuteman 3 slouží v USA od roku 1970 do současnosti. Je to jediná střela na bázi sila ve Spojených státech. První start rakety se uskutečnil v únoru 1961, modifikace II a III byly vypuštěny v roce 1964, respektive 1968. Raketa váží asi 34 473 kilogramů a je vybavena třemi motory na tuhá paliva. Plánuje se, že raketa bude v provozu do roku 2020.

Rychlost 7 km/s

Nejrychlejší protiraketová střela na světě určená k ničení vysoce manévrovatelných cílů a hypersonických střel ve velké výšce. Testy řady 53T6 komplexu Amur začaly v roce 1989. Jeho rychlost je 5 km za sekundu. Raketa je 12metrový špičatý kužel bez vyčnívajících částí. Jeho tělo je vyrobeno z vysokopevnostní oceli pomocí kompozitního vinutí. Konstrukce rakety umožňuje odolat velkým přetížením. Interceptor startuje se 100násobným zrychlením a je schopen zachytit cíle letící rychlostí až 7 km za sekundu.

Rychlost 7,3 km/s

Nejvýkonnější a nejrychlejší jaderná střela na světě s rychlostí 7,3 km za sekundu. Jeho cílem je především zničit nejopevněnější velitelská stanoviště, sila balistických raket a letecké základny. Jaderné výbušniny jedné střely mohou zničit velké město, velmi velkou část Spojených států. Přesnost zásahu je asi 200-250 metrů. Střela je umístěna v nejsilnějších silech světa. SS-18 nese 16 plošin, z nichž jedna je naložená návnadami. Při vstupu na vysokou oběžnou dráhu se všechny „satanské“ hlavy dostanou „do oblaku“ falešných cílů a radary je prakticky neidentifikují.

Rychlost 7,9 km/s

Mezikontinentální balistická střela (DF-5A) s maximální rychlostí 7,9 km/s otevírá první tři nejrychlejší na světě. Čínský DF-5 ICBM vstoupil do služby v roce 1981. Může nést obrovskou hlavici 5 MT a má dolet přes 12 000 km. DF-5 má výchylku přibližně 1 km, což znamená, že střela má jediný účel – ničit města. Velikost hlavice, její výchylka a skutečnost, že úplná příprava ke startu trvá pouze hodinu, to vše znamená, že DF-5 je trestná zbraň určená k potrestání všech potenciálních útočníků. Verze 5A má zvýšený dosah, vylepšenou výchylku 300 m a schopnost nést více hlavic.

Rychlost R-7 7,9 km/s

R-7- Sovětská, první mezikontinentální balistická střela, jedna z nejrychlejších na světě. Jeho maximální rychlost je 7,9 km/s. Vývoj a výrobu prvních exemplářů rakety prováděl v letech 1956-1957 podnik OKB-1 u Moskvy. Po úspěšných startech byl v roce 1957 použit k vypuštění prvních umělých družic Země na světě. Od té doby se nosné rakety rodiny R-7 aktivně používají k vypouštění kosmických lodí pro různé účely a od roku 1961 jsou tyto nosné rakety široce používány v pilotovaných kosmických letech. Na základě R-7 vznikla celá rodina nosných raket. Od roku 1957 do roku 2000 bylo vypuštěno více než 1800 nosných raket založených na R-7, z nichž více než 97 % bylo úspěšných.

Rychlost 7,9 km/s

RT-2PM2 "Topol-M" (15Zh65)- nejrychlejší mezikontinentální balistická střela na světě s maximální rychlostí 7,9 km/s. Maximální dojezd - 11 000 km. Nese jednu termonukleární hlavici o síle 550 kt. Verze na bázi sila byla uvedena do provozu v roce 2000. Způsob odpalu je malta. Udržovací motor na tuhé palivo raketě umožňuje získat rychlost mnohem rychleji než předchozí typy raket podobné třídy vytvořené v Rusku a Sovětském svazu. Systémy protiraketové obrany ji tak během aktivní fáze letu mnohem znesnadňují.

Začalo to v roce 1957, kdy byla v SSSR vypuštěna první družice Sputnik 1. Od té doby se lidem podařilo navštívit a vesmírné sondy bez posádky navštívily všechny planety s výjimkou. Satelity obíhající kolem Země vstoupily do našich životů. Díky nim mají miliony lidí možnost sledovat televizi (viz článek „“). Obrázek ukazuje, jak se část kosmické lodi vrací na Zemi pomocí padáku.

Rakety

Historie vesmírného průzkumu začíná raketami. První rakety byly použity k bombardování během druhé světové války. V roce 1957 byla vytvořena raketa, která dopravila Sputnik 1 do vesmíru. Většinu rakety zabírají palivové nádrže. Pouze horní část rakety, tzv užitečné zatížení. Raketa Ariane 4 má tři samostatné sekce s palivovými nádržemi. Se nazývají raketové stupně. Každý stupeň tlačí raketu o určitou vzdálenost, po které, když je prázdná, se oddělí. Výsledkem je, že z rakety zůstane pouze náklad. První stupeň nese 226 tun kapalného paliva. Palivo a dva posilovače vytvářejí obrovskou hmotu potřebnou pro vzlet. Druhá etapa se odděluje ve výšce 135 km. Třetí stupeň rakety je jeho, běží na kapalinu a dusík. Palivo zde vyhoří cca 12 minut. Výsledkem je, že z rakety Ariane 4 Evropské kosmické agentury zůstává pouze náklad.

V letech 1950-1960. SSSR a USA soutěžily v průzkumu vesmíru. První kosmickou lodí s lidskou posádkou byl Vostok. Raketa Saturn 5 poprvé vynesla lidi na Měsíc.

Rakety 50.–/60. léta:

1. "Sputnik"

2. "Předvoj"

3. Juno 1

4. "Východ"

5. "Mercury-Atlant"

6. Titán Blíženci 2

8. "Saturn-1B"

9. Saturn 5

Kosmické rychlosti

Aby se raketa dostala do vesmíru, musí překonat . Pokud je jeho rychlost nedostatečná, působením síly jednoduše spadne k Zemi. Rychlost potřebná pro vstup do prostoru se nazývá první úniková rychlost. Je to 40 000 km/h. Na oběžné dráze krouží kolem Země kosmická loď orbitální rychlost. Oběžná rychlost lodi závisí na její vzdálenosti od Země. Když kosmická loď letí po oběžné dráze, v podstatě jednoduše spadne, ale nemůže spadnout, protože ztrácí výšku stejně jako zemský povrch klesá pod ní a zakulacuje se.

Vesmírné sondy

Sondy jsou bezpilotní kosmické lodě vysílané na velké vzdálenosti. Navštívili všechny planety kromě Pluta. Sonda může létat na místo určení po mnoho let. Když doletí k vytouženému nebeskému tělesu, dostane se na oběžnou dráhu kolem něj a získané informace odešle na Zemi. Miriner 10, jediná sonda k návštěvě. Pioneer 10 se stal první vesmírnou sondou, která opustila sluneční soustavu. K nejbližší hvězdě se dostane za více než milion let.

Některé sondy jsou navrženy tak, aby přistály na povrchu jiné planety, nebo jsou vybaveny přistávacími moduly, které jsou shozeny na planetu. Přistávací modul může sbírat vzorky půdy a doručit je na Zemi k výzkumu. V roce 1966 poprvé přistála na povrchu Měsíce kosmická loď, sonda Luna 9. Po zasazení se otevřelo jako květina a začalo se natáčet.

Satelity

Satelit je bezpilotní prostředek, který je vypuštěn na oběžnou dráhu, obvykle na zemskou. Satelit má konkrétní úkol- například sledovat, přenášet televizní obraz, zkoumat ložiska nerostů: existují dokonce i špionážní satelity. Družice se pohybuje na oběžné dráze orbitální rychlostí. Na obrázku vidíte fotografii ústí řeky Humber (Anglie), kterou Landset pořídil z nízké oběžné dráhy Země. Landset se může „podívat na oblasti na Zemi o velikosti 1 čtvereční. m

Stanice je stejná družice, ale určená pro práci lidí na palubě. Na stanici může zakotvit kosmická loď s posádkou a nákladem. Ve vesmíru dosud operovaly pouze tři dlouhodobé stanice: americký Skylab a ruský Saljut a Mir. Skylab byl vypuštěn na oběžnou dráhu v roce 1973. Na jeho palubě postupně pracovaly tři posádky. Stanice zanikla v roce 1979.

Orbitální stanice hrají obrovskou roli při studiu účinků stavu beztíže na lidské tělo. Budoucí stanice, jako je Freedom, kterou nyní budují Američané za účasti specialistů z Evropy, Japonska a Kanady, budou sloužit k velmi dlouhodobým experimentům resp. průmyslová produkce ve vesmíru.

Když astronaut opustí stanici nebo loď do vesmíru, oblékne se skafandr. Uvnitř skafandru je uměle vytvořena teplota rovnající se atmosférickému tlaku. Vnitřní vrstvy skafandru jsou chlazeny kapalinou. Zařízení monitorují tlak a obsah kyslíku uvnitř. Sklo helmy je velmi odolné, odolává nárazům drobných oblázků - mikrometeoritů.

Jakou rychlostí letí raketa do vesmíru?

1. abstraktní věda – vytváří v divákovi iluze
2. Pokud na nízké oběžné dráze Země, pak 8 km za sekundu.
   Pokud je venku, tak 11 km za sekundu. Takhle.
3. 33 000 km/h
4. Přesně - rychlostí 7,9 km/s při odletu se bude (raketa) otáčet kolem země, pokud rychlostí 11 km/s, tak toto už je parabola, tedy pojede o kousek dál, existuje možnost, že se to nevrátí
5. 3-5km/s, zohledněte rychlost rotace Země kolem Slunce
6. Rychlostní rekord kosmické lodi (240 tisíc km/h) vytvořila americko-německá sluneční sonda Helios-B, vypuštěná 15. ledna 1976.

   Nejvyšší rychlosti, jakou kdy člověk cestoval (39 897 km/h), dosáhl hlavní modul Apolla 10 ve výšce 121,9 km od povrchu Země při návratu expedice 26. května 1969. Na palubě kosmické lodi byli velitelem posádky, plukovníkem amerického letectva (nyní brigádní generál) Thomas Patten Stafford (nar. Weatherford, Oklahoma, USA, 17. září 1930), kapitán 3. hodnosti amerického námořnictva Eugene Andrew Cernan (nar. Chicago, Illinois, USA, 14. března 1934) a kapitán 3. hodnosti US Navy (nyní kapitán 1. pozice v důchodu) John Watte Young (narozen v San Franciscu, Kalifornie, USA, 24. září 1930).

   Z žen dosáhla nejvyšší rychlosti (28 115 km/h) mladší poručík letectva SSSR (nyní podplukovník inženýr, pilot-kosmonaut SSSR) Valentina Vladimirovna Těreškovová (nar. 6. března 1937) na sovětské vesmírné lodi. Vostok 6 dne 16. června 1963.

7. 8 km/s k překonání zemské gravitace
8. v černé díře můžete zrychlit na podsvětelnou rychlost
9. Nesmysl, bezmyšlenkovitě naučený ze školy.
   8 nebo přesněji 7,9 km/s je první úniková rychlost- rychlost horizontálního pohybu tělesa přímo nad povrchem Země, při které těleso nepadá, ale zůstává družicí Země s kruhovou dráhou právě v této výšce, tedy nad povrchem Země (a to nebere v úvahu odpor vzduchu). PKS je tedy abstraktní veličina, která spojuje parametry kosmického tělesa: poloměr a zrychlení volného pádu na povrch tělesa a nemá praktický význam. Ve výšce 1000 km bude rychlost kruhového orbitálního pohybu jiná.

   Raketa postupně zvyšuje rychlost. Například nosná raketa Sojuz má po startu ve výšce 47,0 km rychlost 1,8 km/s 117,6 s a po letu ve výšce 171,4 km 3,9 km/s při 286,4 s. Po cca 8,8 min. po startu ve výšce 198,8 km je rychlost kosmické lodi 7,8 km/s.
   A start orbitálního prostředku na nízkou oběžnou dráhu Země z horního letového bodu nosné rakety se provádí aktivním manévrováním samotné kosmické lodi. A jeho rychlost závisí na orbitálních parametrech.

10. To je všechno nesmysl. Důležitou roli nehraje rychlost, ale přítlačná síla rakety. Ve výšce 35 km začíná plné zrychlení na PKS (první kosmická rychlost) až do výšky 450 km a postupně udává směr směru rotace Země. Tímto způsobem se udržuje nadmořská výška a tažná síla při překonávání husté atmosféry. Stručně řečeno - není třeba zrychlovat současně horizontální a vertikální rychlost, výrazná odchylka v horizontálním směru nastává v 70% požadované výšky.
11. o tom, co
    vesmírná loď letí ve výšce.