Astronave del futuro. Concetti di stazione spaziale: finzione e realtà. Prospettive di volo spaziale nebulose

Tuttavia, Interstellar è solo fantascienza e il Dr. White, a sua volta, lavora nel campo reale dello sviluppo di tecnologie avanzate per i viaggi nello spazio nel laboratorio della NASA. Non c'è più posto per la fantascienza. Questa è vera scienza. E se mettiamo da parte tutti i problemi associati al budget ridotto dell'agenzia aerospaziale, le seguenti parole di White sembrano piuttosto promettenti:

"Forse l'esperienza di Star Trek nel nostro tempo non è un'opportunità così lontana."

In altre parole, il Dr. White vuole dire che lui ei suoi colleghi non sono impegnati a fare una sorta di film ipotetico, o semplici schizzi 3D e idee relative al motore di curvatura. Non pensano solo che la creazione di un warp drive in vita reale sembra teoricamente possibile. Stanno effettivamente sviluppando il primo motore a curvatura:

“Lavorando nel laboratorio Eagleworks, nelle viscere del Johnson Space Center della NASA, il Dr. White e il suo team di scienziati stanno cercando di trovare scappatoie che realizzino il sogno. Il team ha già “creato un banco di simulazione per testare uno speciale interferometro, attraverso il quale gli scienziati proveranno a generare e identificare microscopiche bolle di curvatura. Il dispositivo si chiama interferometro del campo di curvatura di White-Judy".

Questo può sembrare un piccolo passo avanti ora, ma le scoperte alla base di questa invenzione potrebbero rivelarsi infinitamente utili nella ricerca futura.

“Nonostante questo sia solo un piccolo passo avanti in questa direzione, potrebbe già essere la prova dell'esistenza della possibilità stessa di un motore a curvatura, come un tempo fu la dimostrazione del Chicago Woodpile (il primo reattore nucleare artificiale) . Nel dicembre 1942 si tenne la prima dimostrazione in assoluto di una reazione nucleare a catena autosufficiente controllata, a seguito della quale fu generato fino a mezzo watt di energia elettrica. Subito dopo la dimostrazione, nel novembre 1943, fu lanciato un reattore con una capacità di circa quattro megawatt. Portare prove dell'esistenza è un momento critico per un'idea scientifica e può essere un punto di partenza nello sviluppo della tecnologia”.

Se il lavoro degli scienziati alla fine avrà successo, allora, secondo il dottor White, verrà creato un motore che sarà in grado di portarci su Alpha Centauri "entro due settimane secondo gli standard del tempo terrestre". In questo caso, il flusso del tempo sulla nave sarà lo stesso della Terra.

“Le forze di marea all'interno della bolla di curvatura non causeranno problemi alla persona, e l'intero viaggio sarà percepito da lui come se fosse in condizioni di accelerazione zero. Quando il campo di curvatura è acceso, non attirerà nessuno con grande forza sullo scafo della nave, no, in questo caso il viaggio sarebbe molto breve e tragico".

Il 21 luglio 2011, la navicella spaziale americana Atlantis ha effettuato il suo ultimo atterraggio, che ha posto fine al lungo ed entusiasmante programma Space Transportation System. Per una serie di ragioni tecniche ed economiche, è stato deciso di interrompere l'attività del sistema Space Shuttle. Tuttavia, l'idea di un veicolo spaziale riutilizzabile non è stata abbandonata. Attualmente, vengono sviluppati diversi progetti simili contemporaneamente e alcuni di essi sono già riusciti a mostrare il loro potenziale.

Il progetto del veicolo spaziale riutilizzabile dello Space Shuttle ha perseguito diversi obiettivi principali. Uno dei principali è stato ridurre il costo del volo e prepararlo. La possibilità di un uso multiplo della stessa nave in teoria dava alcuni vantaggi. Inoltre, l'aspetto tecnico caratteristico dell'intero complesso ha permesso di aumentare significativamente le dimensioni consentite e il peso del carico utile. Una caratteristica unica dell'STS era la capacità di riportare la navicella spaziale sulla Terra all'interno della sua stiva.

Tuttavia, durante il funzionamento è stato riscontrato che non tutte le attività sono state completate. Quindi, in pratica, preparare la nave per il volo si è rivelato troppo lungo e costoso: secondo questi parametri, il progetto non si adattava ai requisiti originali. In un certo numero di casi, la nave riutilizzabile non potrebbe in linea di principio sostituire i veicoli di lancio "convenzionali". Infine, la progressiva obsolescenza morale e fisica delle attrezzature ha comportato i rischi più gravi per gli equipaggi.

Di conseguenza, è stato deciso di interrompere l'operazione del sistema di trasporto spaziale. L'ultimo 135esimo volo ha avuto luogo nell'estate del 2011. Quattro navi esistenti sono state cancellate e trasferite ai musei in quanto non necessarie. La conseguenza più famosa di tali decisioni fu il fatto che il programma spaziale americano rimase senza un proprio veicolo spaziale con equipaggio per diversi anni. Fino ad ora, gli astronauti devono entrare in orbita utilizzando la tecnologia russa.

Inoltre, l'intero pianeta è rimasto senza sistemi riutilizzabili per un periodo indefinito. Tuttavia, alcune misure sono già state prese. Ad oggi, le imprese americane hanno sviluppato diversi progetti di veicoli spaziali riutilizzabili di un tipo o dell'altro. Almeno tutti i nuovi campioni sono già stati prelevati per i test. Nel prossimo futuro, saranno anche in grado di entrare in attività a pieno titolo.

Boeing X-37

Il componente principale del complesso STS era un aereo orbitale. Questo concetto è attualmente utilizzato nel progetto X-37 di Boeing. Alla fine degli anni novanta, Boeing e la NASA hanno iniziato a studiare il tema dei veicoli spaziali riutilizzabili in grado di essere in orbita e volare nell'atmosfera. All'inizio dell'ultimo decennio, questo lavoro ha portato all'inizio del progetto X-37. Nel 2006, un prototipo di un nuovo tipo ha raggiunto i test di volo con una caduta da un aereo da trasporto.

Aereo Boeing X-37B in una carenatura del veicolo di lancio. Foto di US Air Force

Il programma ha interessato l'aeronautica americana e dal 2006 è stato implementato nel loro interesse, anche se con l'aiuto della NASA. Secondo i dati ufficiali, l'Air Force vuole ottenere un promettente aereo orbitale in grado di lanciare vari carichi nello spazio o eseguire vari esperimenti. Secondo varie stime, l'attuale progetto X-37B può essere utilizzato in altre missioni, comprese quelle relative alla ricognizione o al lavoro di combattimento a tutti gli effetti.

Il primo volo spaziale della navicella spaziale X-37B ha avuto luogo nel 2010. Alla fine di aprile, il veicolo di lancio Atlas V ha lanciato il veicolo in un'orbita predeterminata, dove è rimasto per 224 giorni. L'atterraggio "come un aereo" avvenne all'inizio di dicembre dello stesso anno. Nel marzo dell'anno successivo iniziò il secondo volo, che durò fino a giugno 2012. A dicembre ha avuto luogo il prossimo lancio e il terzo atterraggio è stato effettuato solo nell'ottobre 2014. Da maggio 2015 a maggio 2017, l'esperto X-37B ha effettuato il suo quarto volo. Il 7 settembre dello scorso anno è iniziato un altro volo di prova. Quando sarà completato, non è specificato.

Secondo i pochi dati ufficiali, lo scopo dei voli è studiare il lavoro della nuova tecnologia in orbita, nonché condurre vari esperimenti. Anche se gli esperti X-37B risolvono compiti militari, il cliente e l'appaltatore non divulgano tali informazioni.

Nella sua forma attuale, il prodotto Boeing X-37B è un aeroplano a razzo dall'aspetto caratteristico. Si distingue per una grande fusoliera e aerei di media area. Viene utilizzato un motore a razzo; il controllo viene effettuato automaticamente o tramite comandi da terra. Secondo dati noti, nella fusoliera è previsto un vano di carico con una lunghezza superiore a 2 m e un diametro superiore a 1 m, che può ospitare fino a 900 kg di carico utile.

In questo momento, l'esperto X-37B è in orbita e sta risolvendo i compiti assegnati. Quando tornerà sulla Terra è sconosciuto. Non sono state specificate nemmeno informazioni sull'ulteriore avanzamento del progetto pilota. Apparentemente, nuovi messaggi sullo sviluppo più interessante appariranno non prima del prossimo atterraggio del prototipo.

SpaceDev / Inseguitore di sogni della Sierra Nevada

Un'altra versione del piano orbitale è la navicella spaziale Dream Chaser di SpaceDev. Questo progetto è stato sviluppato dal 2004 per partecipare al programma NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), ma non ha potuto superare la prima fase di selezione. Tuttavia, la società di sviluppo ha presto accettato di collaborare con United Launch Alliance, che era pronta a offrire il suo veicolo di lancio Atlas V. Nel 2008, SpaceDev è diventata parte della Sierra Nevada Corporation e poco dopo ha ricevuto ulteriori finanziamenti per creare il suo aereo orbitale. Successivamente, è apparso un accordo con Lockheed Martin sulla costruzione congiunta di apparecchiature sperimentali.

Aereo orbitale esperto Dream Chaser. Foto della NASA

Nell'ottobre 2013, il prototipo volante del Dream Chaser è stato lanciato da un elicottero da trasporto, dopo di che è passato a un volo planato ed ha eseguito un atterraggio orizzontale. Nonostante la rottura durante l'atterraggio, il prototipo ha confermato le caratteristiche del progetto. Successivamente sono state effettuate altre prove presso gli stand. Sulla base dei loro risultati, il progetto è stato finalizzato e nel 2016 è iniziata la costruzione di un prototipo per i voli spaziali. A metà dello scorso anno, NASA, Sierra Nevada e ULA hanno firmato un accordo per condurre due voli orbitali nel 2020-21.

Non molto tempo fa, gli sviluppatori del dispositivo Dream Chaser hanno ricevuto l'autorizzazione per il lancio alla fine del 2020. A differenza di molti altri sviluppi moderni, la prima missione spaziale di questa nave verrà eseguita con un carico reale. La navicella dovrà consegnare un certo carico alla Stazione Spaziale Internazionale.

Nella sua forma attuale, il veicolo spaziale riutilizzabile Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser è un aereo dall'aspetto caratteristico, che ricorda esternamente alcuni sviluppi americani e stranieri. Il veicolo ha una lunghezza totale di 9 m ed è dotato di un'ala a delta con un'apertura di 7 m Per compatibilità con i veicoli di lancio esistenti, in futuro verrà sviluppata un'ala pieghevole. Il peso al decollo è determinato in 11,34 tonnellate. Dream Chaser sarà in grado di trasportare 5,5 tonnellate di carico sulla ISS e tornare sulla Terra fino a 2 tonnellate. La discesa dall'orbita "come un aeroplano" è associata a sovraccarichi inferiori, che dovrebbero essere utile per fornire alcune attrezzature e campioni in esperimenti separati.

Drago Spacex

Per una serie di motivi, l'idea di un aereo in orbita non è attualmente molto popolare tra gli sviluppatori di nuove tecnologie spaziali. Più conveniente e redditizio è ora considerato un veicolo spaziale riutilizzabile dall'aspetto "tradizionale", che viene lanciato in orbita utilizzando un veicolo di lancio e ritorna sulla Terra senza usare le ali. Lo sviluppo di maggior successo di questo tipo è Dragon di SpaceX.

La nave cargo SpaceX Dragon (missione CRS-1) vicino alla ISS. Foto della NASA

Il lavoro sul progetto Dragon è iniziato nel 2006 ed è stato svolto nell'ambito del programma COTS. L'obiettivo del progetto era creare un veicolo spaziale con la possibilità di più lanci e ritorni. La prima versione del progetto prevedeva la creazione di una nave da trasporto e in futuro si prevedeva di sviluppare una modifica con equipaggio sulla sua base. Ad oggi, il Dragon nella versione "camion" ha mostrato risultati certi, mentre il successo atteso della versione con equipaggio della nave è in continua evoluzione nel tempo.

Il primo lancio dimostrativo della nave da trasporto Dragon è avvenuto alla fine del 2010. Dopo tutte le modifiche richieste, la NASA ha ordinato il lancio a tutti gli effetti di un tale dispositivo per consegnare il carico alla Stazione Spaziale Internazionale. Il 25 maggio 2012, il Dragon è attraccato con successo alla ISS. In futuro sono stati effettuati diversi nuovi lanci con la consegna di merci in orbita. Il lancio il 3 giugno 2017 è diventato la tappa più importante del programma. Per la prima volta nel programma ha avuto luogo un rilancio della nave riparata. A dicembre, un'altra navicella spaziale è andata nello spazio, già in volo verso la ISS. Tenendo conto di tutti i test, i prodotti Dragon hanno effettuato fino ad oggi 15 voli.

Nel 2014, SpaceX ha annunciato il promettente veicolo spaziale con equipaggio Dragon V2. È stato affermato che questo dispositivo, che è uno sviluppo di un camion esistente, sarà in grado di portare in orbita o tornare a casa fino a sette astronauti. È stato anche riferito che in futuro la nuova nave potrebbe essere utilizzata per volare intorno alla luna, anche con i turisti a bordo.

Come spesso accade con i progetti SpaceX, la timeline del progetto Dragon V2 è cambiata più volte. Quindi, a causa di ritardi con il presunto vettore Falcon Heavy, la data dei primi test è stata spostata al 2018 e il primo volo con equipaggio è gradualmente "sgattaiolato via" al 2019. Infine, poche settimane fa, la società di sviluppo ha annunciato l'intenzione di abbandonare la certificazione del nuovo "Dragon" per i voli con equipaggio. In futuro, tali compiti dovrebbero essere risolti utilizzando il sistema BFR riutilizzabile, che non è ancora stato creato.

La navicella spaziale da trasporto Dragon ha una lunghezza totale di 7,2 metri con un diametro di 3,66 metri, un peso a secco di 4,2 tonnellate ed è in grado di trasportare un carico utile di 3,3 tonnellate alla ISS e restituire fino a 2,5 tonnellate di carico. Per ospitare determinate merci, si propone di utilizzare un compartimento sigillato con un volume di 11 metri cubi e un volume non pressurizzato di 14 metri cubi. Il compartimento non sigillato viene lasciato cadere durante la discesa e brucia nell'atmosfera, mentre il secondo volume di carico ritorna sulla Terra e fa un atterraggio con il paracadute. Per correggere l'orbita, la navicella è dotata di 18 motori di tipo Draco. L'efficienza degli impianti è garantita da una coppia di pannelli solari.

Nello sviluppo della versione con equipaggio del "Dragon", sono state utilizzate alcune unità della nave da trasporto di base. Allo stesso tempo, il vano sigillato ha dovuto essere notevolmente rielaborato per risolvere nuovi problemi. Anche alcuni altri elementi della nave sono cambiati.

Lockheed Martin Orion

Nel 2006, la NASA e Lockheed Martin hanno deciso di creare un promettente veicolo spaziale riutilizzabile. Il progetto prende il nome da una delle costellazioni più luminose: Orione. All'inizio del decennio, dopo il completamento di parte dei lavori, la leadership degli Stati Uniti propose di abbandonare questo progetto, ma dopo lunghe controversie fu salvato. I lavori sono proseguiti e ad oggi hanno portato ad alcuni risultati.

La nave prospettica Orione vista dall'artista. disegno della NASA

In accordo con il concetto originale, la nave di Orione doveva essere utilizzata in diverse missioni. Con il suo aiuto, avrebbe dovuto consegnare merci e persone alla Stazione Spaziale Internazionale. Con l'attrezzatura appropriata, potrebbe andare sulla luna. Inoltre, si stava valutando la possibilità di un volo su uno degli asteroidi o addirittura su Marte. Tuttavia, la soluzione di tali problemi è stata attribuita al lontano futuro.

Secondo i piani dell'ultimo decennio, il primo lancio di prova dell'Orion doveva avvenire nel 2013. Per il 2014 avevano in programma di iniziare con gli astronauti a bordo. Il volo sulla luna potrebbe essere effettuato fino alla fine del decennio. Successivamente, il calendario è stato adeguato. Il primo volo senza equipaggio è stato posticipato al 2014 e il lancio con equipaggio al 2017. Le missioni lunari furono rinviate agli anni venti. Ormai i voli con equipaggio sono stati rimandati al prossimo decennio.

Il 5 dicembre 2014 ha avuto luogo il primo lancio di prova di Orion. Il veicolo spaziale con il simulatore di carico utile è stato lanciato in orbita dal veicolo di lancio Delta IV. Poche ore dopo il lancio, è tornato sulla Terra e si è schiantato in una determinata area. Non sono ancora stati effettuati nuovi lanci. Tuttavia, gli specialisti di Lockheed Martin e della NASA non sono rimasti inattivi. Negli ultimi anni sono stati realizzati alcuni prototipi per l'esecuzione di determinati test in condizioni terrestri.

Solo poche settimane fa è iniziata la costruzione del primo Orion per volo con equipaggio. Il suo lancio è previsto per il prossimo anno. Il compito di lanciare in orbita la navicella spaziale sarà affidato al promettente veicolo di lancio Space Launch System. Il completamento dei lavori in corso mostrerà le reali prospettive dell'intero progetto.

Il progetto Orion prevede la costruzione di una nave con una lunghezza di circa 5 me un diametro di circa 3,3 m, caratteristica di questo apparato è un grande volume interno. Nonostante l'installazione delle attrezzature e degli strumenti necessari, all'interno del vano sigillato rimane poco meno di 9 metri cubi di spazio libero, adatto all'installazione di alcuni dispositivi, compresi i sedili dell'equipaggio. La nave potrà imbarcare fino a sei astronauti o un certo carico. La massa totale della nave è determinata al livello di 25,85 tonnellate.

Sistemi suborbitali

Attualmente sono in corso di implementazione diversi programmi interessanti che non prevedono il lancio di un carico utile nell'orbita terrestre. I potenziali modelli di equipaggiamento di un certo numero di compagnie americane saranno in grado di effettuare solo voli suborbitali. Questa tecnica dovrebbe essere utilizzata per alcune ricerche o nello sviluppo del turismo spaziale. Nuovi progetti di questo tipo non sono considerati nel contesto dello sviluppo di un vero e proprio programma spaziale, ma sono comunque di sicuro interesse.

Veicolo suborbitale SpaceShipTwo sotto l'ala della portaerei White Knight Two. Foto Virgin Galactic / virgingalactic.com

I progetti SpaceShipOne e SpaceShipTwo di Scale Composites e Virgin Galactic propongono la costruzione di un complesso costituito da un aereo da trasporto e un aereo orbitale. Dal 2003, due tipi di apparecchiature hanno eseguito un numero significativo di voli di prova, durante i quali sono state testate diverse caratteristiche progettuali e metodi di lavoro. Si prevede che un'astronave del tipo SpaceShipTwo sarà in grado di imbarcare fino a sei passeggeri-turisti e portarli ad un'altitudine di almeno 100-150 km, ovvero al di sopra del limite inferiore dello spazio esterno. Il decollo e l'atterraggio dovrebbero essere effettuati da un aeroporto "tradizionale".

Blue Origin ha lavorato su un'altra versione del sistema spaziale suborbitale dalla metà dell'ultimo decennio. Propone di eseguire tali voli utilizzando un pacchetto di un veicolo di lancio e una nave, simili a quelli utilizzati in altri programmi. Inoltre, sia il razzo che la nave devono essere riutilizzabili. Il complesso è stato chiamato New Shepard. Dal 2011, missili e navi del nuovo tipo effettuano regolarmente voli di prova. È già stato possibile inviare il veicolo spaziale a un'altitudine di oltre 110 km, nonché garantire il ritorno in sicurezza sia del veicolo spaziale che del veicolo di lancio. In futuro, il sistema New Shepard dovrebbe essere una delle innovazioni nel campo del turismo spaziale.

Futuro riutilizzabile

Per tre decenni, dall'inizio degli anni Ottanta del secolo scorso, il complesso Space Transportation System / Space Shuttle è stato il principale veicolo per trasportare persone e merci in orbita nell'arsenale della NASA. A causa dell'obsolescenza morale e fisica, nonché in connessione con l'impossibilità di ottenere tutti i risultati desiderati, l'attività degli Shuttle è stata interrotta. Dal 2011, gli Stati Uniti non hanno navi riutilizzabili operative. Inoltre, sebbene non dispongano di un proprio veicolo con equipaggio, a causa del quale gli astronauti devono volare su tecnologia straniera.

Nonostante la cessazione del funzionamento dello Space Transportation System, l'astronautica americana non abbandona l'idea stessa di navicella spaziale riutilizzabile. Questa tecnica è ancora di grande interesse e può essere utilizzata in un'ampia varietà di missioni. Al momento, la NASA e un certo numero di organizzazioni commerciali stanno sviluppando contemporaneamente diversi veicoli spaziali promettenti, sia aerei orbitali che sistemi con capsule. Al momento, questi progetti sono in fasi diverse e mostrano successi diversi. In un futuro molto prossimo, non oltre l'inizio degli anni venti, la maggior parte dei nuovi sviluppi raggiungerà la fase di test o voli a tutti gli effetti, che consentiranno di riesaminare la situazione e trarre nuove conclusioni.

Sulla base di materiali provenienti da siti:
http://nasa.gov/
http://spazio.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/

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Quello che è successo? Un sacco di cose, tra cui la guerra del Vietnam, lo scandalo Watergate, ecc. Ma se guardi alla radice e ti sbarazzi di tutto ciò che è temporaneo e irrilevante, si scopre che c'è davvero una ragione: i soldi.

A volte dimentichiamo che il viaggio nello spazio è molto costoso. Costa $ 10.000 per mettere solo una libbra di qualsiasi cosa in un'orbita terrestre bassa. Immagina una statua a grandezza naturale di John Glenn realizzata in oro massiccio e avrai un'idea del costo di tali progetti. Un volo sulla luna richiederebbe circa $ 100.000 per libbra di carico utile. Un volo su Marte sarebbe costato 1 milione di dollari la libbra (all'incirca il peso dei diamanti).

Poi, negli anni Sessanta, la questione del prezzo non è stata praticamente presa in considerazione: tutto è stato affrontato con entusiasmo e crescita generale. corsa allo spazio con i russi. I risultati spettacolari dei coraggiosi astronauti nascondevano il costo dei voli spaziali, soprattutto perché entrambe le parti erano pronte a fare molto per sostenere l'onore nazionale. Ma anche le superpotenze non possono sopportare un simile fardello per molti decenni.

È tutto triste! Sono passati più di 300 anni da quando Sir Isaac Newton ha scritto per la prima volta le leggi del moto, e siamo ancora affascinati da semplici calcoli. Per lanciare un oggetto in un'orbita vicina alla Terra, deve essere accelerato a una velocità di 7, 9 km / s. Per inviare un oggetto in un viaggio interplanetario e portarlo fuori dalla portata del campo gravitazionale terrestre, è necessario dargli una velocità di 11,2 km / s (e per raggiungere questa cifra magica - 11,2 km / s, dobbiamo usare Terza legge della dinamica di Newton: ogni azione Ciò significa che un razzo può accelerare espellendo gas caldi nella direzione opposta, proprio come un pallone vola in una stanza se lo si gonfia e si rilascia la valvola.) Quindi non è difficile calcolare il costo del viaggio spaziale secondo le leggi di Newton. Non c'è una sola legge della natura (né fisica né ingegneristica) che ci vieti di esplorare Sistema solare; è tutta una questione di costi.

Ma questo non basta. Il razzo deve trasportare carburante, il che aumenta significativamente il suo carico. Gli aeroplani possono aggirare in qualche modo questo problema catturando l'ossigeno dall'atmosfera e inviandolo ai motori. Ma non c'è aria nello spazio e il razzo deve portare con sé tutto l'ossigeno e l'idrogeno.

Oltre al fatto che questo fatto rende i viaggi nello spazio un piacere molto costoso, è il motivo principale per cui non abbiamo razzi e macchine volanti. Gli scrittori di fantascienza (ma non gli studiosi) amano programmare un giorno in cui tutti indossiamo i nostri zaini di razzi e voliamo al lavoro - o facciamo un picnic domenicale nell'auto volante di famiglia. Le persone spesso si sentono frustrate con i futuristi perché le loro previsioni non si avverano mai. (Ecco perché ci sono così tanti articoli e libri in giro con titoli cinici come “Dov'è il mio razzo?”) Ma per capirne il motivo basta fare un semplice calcolo. I Rocketpack esistono; inoltre, i nazisti tentarono di usarli anche durante la seconda guerra mondiale. Ma il perossido di idrogeno, un carburante comune in questi casi, si esaurisce rapidamente, quindi il volo medio in un pacchetto di razzi dura solo pochi minuti. Allo stesso modo, le auto volanti con le eliche degli elicotteri bruciano una quantità inquietante di carburante, rendendole troppo costose per la persona media.

Fine del programma lunare

Sono i prezzi alle stelle per i viaggi spaziali la causa dell'attuale incertezza sul futuro dei viaggi spaziali con equipaggio. George W. Bush, in qualità di presidente, nel 2004 ha presentato un progetto di programma spaziale chiaro ma piuttosto ambizioso. In primo luogo, lo Space Shuttle doveva essere ritirato nel 2010 e sostituito da un nuovo sistema missilistico chiamato Constellation entro il 2015. In secondo luogo, entro il 2020 avrebbe dovuto tornare sulla Luna e alla fine stabilire una base abitabile permanente sul satellite del nostro pianeta. Terzo, tutto questo avrebbe dovuto aprire la strada a un volo con equipaggio su Marte.

Tuttavia, anche all'indomani del piano Bush, l'economia dello spazio è cambiata sostanzialmente, soprattutto quando la Grande Recessione ha svuotato il portafoglio dei futuri viaggi spaziali. In un rapporto della Commissione Agostino del 2009 al presidente Barack Obama, il programma originale non è fattibile dato il livello di finanziamento disponibile. Nel 2010, il presidente Obama ha adottato misure concrete per chiudere sia il programma Space Shuttle che lo sviluppo di uno space shuttle sostitutivo che avrebbe posto le basi per un ritorno sulla luna. Nel prossimo futuro, la NASA, senza i propri razzi per inviare i nostri astronauti nello spazio, dovrà fare affidamento sui russi. D'altra parte, questa situazione stimola gli sforzi delle compagnie private per creare i razzi necessari per continuare il programma spaziale con equipaggio. La NASA, abbandonando il suo glorioso passato, non costruirà mai più missili per un programma con equipaggio. I sostenitori del piano Obama dicono che segna l'inizio di una nuova era di esplorazione spaziale, dove l'iniziativa privata prenderà il sopravvento. I critici affermano che questo piano trasformerà la NASA in una "agenzia senza un obiettivo".

Atterraggio su un asteroide

Nel rapporto della Commissione Agostino, è stato proposto un cosiddetto percorso flessibile, che include diversi obiettivi abbastanza modesti che non richiedono un consumo folle di carburante per missili: ad esempio, un viaggio verso un asteroide vicino che capita di sorvolare la Terra, o un viaggio alle lune di Marte. Il rapporto indicava che l'asteroide bersaglio potrebbe non essere ancora sulle nostre mappe: forse si tratta di un corpo errante sconosciuto che verrà scoperto nel prossimo futuro.

Il problema, ha sottolineato il rapporto della Commissione, è che i propellenti per l'atterraggio sulla luna, in particolare su Marte, e per il decollo e il ritorno saranno proibitivi. Ma poiché il campo gravitazionale sull'asteroide e sui satelliti di Marte è molto debole, sarà necessario molto meno carburante. La relazione di Agostino menzionava anche la possibilità di visitare i punti di Lagrange, cioè quei luoghi nello spazio aperto dove l'attrazione gravitazionale della Terra e della Luna è reciprocamente compensata. (È possibile che questi punti servano da discarica spaziale, dove si sono accumulati fin dall'antichità tutti i detriti raccolti dal sistema solare e intrappolati nelle vicinanze della Terra; gli astronauti potrebbero trovarvi interessanti pietre risalenti alla formazione del sistema Terra-Luna.)

In effetti, atterrare su un asteroide è un compito poco costoso, poiché gli asteroidi hanno un campo gravitazionale estremamente debole. (Questo è anche il motivo per cui gli asteroidi tendono ad essere irregolari piuttosto che rotondi. Tutti i grandi oggetti nell'Universo - stelle, pianeti e satelliti - sono rotondi perché la gravità li attira uniformemente verso il centro. Qualsiasi irregolarità nella forma di un pianeta gradualmente si attenua. Ma la forza di gravità sull'asteroide è così debole che non può comprimere l'asteroide in una palla.)

Uno dei possibili bersagli per un volo del genere è l'asteroide Apophis, che nel 2029 dovrebbe passare pericolosamente vicino alla Terra. Questo blocco di roccia di circa 300 metri di diametro, delle dimensioni di un grande campo da calcio, passerà così vicino al pianeta che lascerà fuori alcuni dei nostri satelliti artificiali. Dall'interazione con il nostro pianeta, l'orbita dell'asteroide cambierà e, se siete sfortunati, nel 2036 potrebbe tornare di nuovo sulla Terra; c'è anche una piccola possibilità (1 su 100.000) che ritorni sulla Terra. Se ciò accadesse davvero, la potenza d'impatto sarebbe pari a 100.000 bombe di Hiroshima; così facendo, tempeste di fuoco, onde d'urto e detriti incandescenti potrebbero devastare completamente un'area grande quanto la Francia. (Per fare un confronto: un oggetto molto più piccolo, probabilmente delle dimensioni di un condominio, cadde vicino al fiume siberiano Podkamennaya Tunguska nel 1908 ed esplose con la forza di mille bombe di Hiroshima, abbattendo 2.500 km 2 di foreste. L'onda d'urto da questo l'esplosione è stata sentita Inoltre, la caduta ha dato origine a un insolito bagliore del cielo sull'Asia e sull'Europa, così che a Londra di notte per strada si poteva leggere un giornale.)

Una visita ad Apophis non peserà troppo sul budget della NASA, dal momento che l'asteroide dovrebbe comunque volare molto vicino, ma atterrare su di esso potrebbe essere un problema. A causa del debole campo gravitazionale dell'asteroide, la nave non dovrà atterrare su di esso nel senso tradizionale, ma piuttosto attraccare. Inoltre, non ruota in modo uniforme, quindi sarà necessario effettuare misurazioni accurate di tutti i parametri prima dell'atterraggio. In generale, sarebbe interessante vedere quanto è solido l'asteroide. Alcuni scienziati ipotizzano che potrebbe essere solo un mucchio di pietre tenute insieme da un debole campo gravitazionale; altri lo trovano solido. Un giorno, la conoscenza della densità degli asteroidi potrebbe rivelarsi vitale per l'umanità; è possibile che un giorno dovremo fare a pezzi l'asteroide usando armi nucleari. Se un blocco di pietra che vola nello spazio, invece di sgretolarsi in polvere, si rompe in diversi pezzi di grandi dimensioni, la loro caduta sulla Terra potrebbe rivelarsi ancora più pericolosa della caduta di un intero asteroide. Potrebbe essere meglio spingere l'asteroide a cambiare leggermente la sua orbita prima che possa avvicinarsi alla Terra.

Atterraggio su un satellite di Marte

Sebbene la Commissione Augustine non abbia raccomandato il progetto relativo a una missione con equipaggio su Marte, abbiamo ancora un'altra opportunità molto interessante: inviare astronauti sui satelliti di Marte, Phobos e Deimos. Questi satelliti sono molto più piccoli della Luna terrestre e quindi, come gli asteroidi, hanno un campo gravitazionale molto debole. Oltre ad essere relativamente economico, una visita a un satellite di Marte ha molti altri vantaggi:

1. In primo luogo, questi satelliti potrebbero essere utilizzati come stazioni spaziali temporanee. Da loro, puoi analizzare il pianeta senza costi speciali, senza sprofondare in superficie.

2. In secondo luogo, un giorno potrebbero tornare utili come tappa intermedia per una spedizione su Marte. Da Phobos al centro del Pianeta Rosso sono meno di 10.000 km, quindi da lì puoi volare giù in poche ore.

3. Probabilmente, questi satelliti hanno delle grotte che potrebbero essere utilizzate per organizzare una base abitabile permanente e per proteggerla dai meteoriti e dalle radiazioni cosmiche. Su Phobos, in particolare, c'è un enorme cratere Stickney; probabilmente, questa è la scia dell'impatto di un enorme meteorite, che ha quasi diviso il satellite. Gradualmente, tuttavia, la gravità ha riunito i detriti e ha ricostruito il satellite. Forse dopo questa collisione di lunga data, molte grotte e crepe sono rimaste su Phobos.

Ritorno sulla Luna

Il rapporto di Augustine parla anche di una nuova spedizione sulla luna, ma solo se verranno aumentati i fondi per i programmi spaziali e se per questo programma verranno stanziati almeno 30 miliardi di dollari nei prossimi dieci anni. Poiché ciò è altamente improbabile, il programma lunare, infatti, può considerarsi chiuso, almeno per i prossimi anni.

Il programma lunare cancellato, chiamato Constellation, includeva diversi componenti principali. In primo luogo, è il veicolo di lancio Ares V, il primo veicolo di lancio super pesante statunitense dal ritiro di Saturno nei primi anni '70. In secondo luogo, il razzo pesante "Ares I" e la navicella spaziale "Orion", in grado di trasportare sei astronauti sulla stazione spaziale vicina alla Terra o quattro sulla luna. E, infine, il lander Altair, che, in effetti, avrebbe dovuto scendere sulla superficie della Luna.

Il design della navetta, in cui la nave era montata su un lato, presentava diversi inconvenienti significativi, inclusa la tendenza del vettore a perdere pezzi di schiuma termoisolante durante il volo. Questo si rivelò un disastro per la navicella spaziale Columbia: bruciò al suo ritorno sulla terra, portando con sé sette coraggiosi astronauti, e tutto perché durante il lancio un pezzo di isolante in schiuma, strappato dal serbatoio esterno del carburante, colpì il bordo dell'ala e ha praticato un buco in esso ... Entrando nell'atmosfera, i gas caldi esplodono nello scafo del Columbia, uccidendo tutti all'interno e causando il collasso della nave. Nel progetto Constellation, dove il modulo abitabile doveva essere posizionato direttamente sulla sommità del razzo, un problema del genere non si sarebbe presentato.

La stampa ha soprannominato il progetto Constellation "il programma Apollo sugli steroidi" - molto simile al programma lunare degli anni '70. La lunghezza del razzo "Ares I" doveva essere di quasi 100 m contro i 112, 5 m di "Saturn V". Si presumeva che questo razzo avrebbe lanciato la navicella spaziale Orion con equipaggio nello spazio, sostituendo così le navette obsolete. Per lanciare il modulo Altair e una scorta di carburante per un volo sulla Luna, la NASA intendeva utilizzare il razzo Ares V con un'altezza di 118 m, in grado di iniettare 188 tonnellate di carico nell'orbita terrestre bassa. Il razzo Ares V doveva diventare la spina dorsale di qualsiasi missione sulla Luna o su Marte. (Anche se lo sviluppo di "Ares" è interrotto, sarebbe bello mantenere almeno qualcosa dal programma per un uso futuro; se ne parla.)

Base lunare permanente

Dopo aver chiuso il programma Constellation, il presidente Obama ha lasciato aperte diverse opzioni. La navicella spaziale Orion, che avrebbe dovuto trasportare ancora una volta gli astronauti americani sulla Luna e ritorno, è diventata considerata un veicolo salvavita per la Stazione Spaziale Internazionale. Forse in futuro, quando l'economia si riprenderà dalla crisi, qualche altra amministrazione vorrà tornare al programma lunare, compreso il progetto di creare una base lunare.

Stabilire una base abitabile permanente sulla luna incontrerà inevitabilmente molti ostacoli. Il primo di questi sono i micrometeoriti. Poiché non c'è aria sulla luna, le pietre dal cielo cadono sulla sua superficie senza ostacoli. Di questo è facile convincersene, solo guardando la superficie del nostro satellite, completamente costellata di tracce di vecchie collisioni con meteoriti; alcuni di loro hanno miliardi di anni.

Anni fa, quando ero all'Università della California a Berkeley, ho avuto l'opportunità di vedere questo pericolo con i miei occhi. Portato dagli astronauti nei primi anni '70. il suolo lunare ha fatto scalpore nel mondo scientifico. Sono stato invitato in un laboratorio dove hanno analizzato il suolo lunare al microscopio. All'inizio ho visto una pietra - come mi sembrava, una pietra completamente normale (le rocce lunari assomigliano molto alle rocce terrestri), ma valeva la pena guardare attraverso un microscopio ... Sono rimasto scioccato! L'intera roccia era ricoperta da minuscoli crateri di meteoriti, all'interno dei quali erano visibili anche crateri più piccoli. Non ho mai visto nulla di simile prima. Mi sono reso conto che in un mondo senza atmosfera, anche il più piccolo granello di polvere, che colpisce a una velocità di oltre 60.000 km / h, è facilmente in grado di uccidere - e se non uccidere, fare buchi in una tuta spaziale. (Gli scienziati immaginano l'enorme danno causato dalle micrometeoriti perché possono simulare collisioni con esse. I laboratori appositamente per studiare la natura di tali collisioni hanno enormi cannoni che possono sparare palle di metallo a velocità incredibili.)

Una possibile soluzione è costruire una base lunare sotto la superficie. È noto che nei tempi antichi la Luna era vulcanicamente attiva e gli astronauti potrebbero essere in grado di trovare un tubo di lava che va in profondità nel sottosuolo. (I tubi di lava sono tracce di antichi flussi di lava che hanno rosicchiato in profondità strutture e tunnel cavernosi.) Nel 2009, gli astronomi hanno trovato un tubo di lava delle dimensioni di un grattacielo sulla luna che potrebbe servire come base per una base lunare permanente.

Una tale grotta naturale potrebbe fornire agli astronauti una protezione economica dai raggi cosmici e dai brillamenti solari. Anche su un volo da un capo all'altro del continente (per esempio da New York a Los Angeles), siamo esposti a radiazioni a un livello di circa un millibar all'ora (che è l'equivalente di un raggio X da un dentista). Sulla luna, la radiazione può essere così forte che gli alloggi della base dovranno essere collocati in profondità sotto la superficie. Senza atmosfera, una pioggia mortale di eruzioni solari e raggi cosmici metterebbe gli astronauti a rischio diretto di invecchiamento precoce e persino di cancro.

Anche l'assenza di gravità è un problema, soprattutto per lunghi periodi. Presso il centro di addestramento della NASA a Cleveland, Ohio, vengono condotti vari esperimenti sugli astronauti. Una volta ho visto un soggetto, sospeso in posizione orizzontale con l'aiuto di un'apposita imbracatura, correre lungo un tapis roulant installato verticalmente. Gli scienziati hanno cercato di determinare la resistenza del soggetto a gravità zero.

Dopo aver parlato con i medici della NASA, mi sono reso conto che l'assenza di gravità è molto meno innocua di quanto sembri a prima vista. Un medico mi ha spiegato che nel corso di diversi decenni, i voli a lungo termine di astronauti americani e cosmonauti russi a gravità zero hanno mostrato chiaramente: in assenza di gravità, si verificano cambiamenti significativi nel corpo umano, i tessuti muscolari, le ossa e il sistema cardiovascolare sono degradati. Il nostro corpo è il risultato di milioni di anni di sviluppo nel campo gravitazionale terrestre. In condizioni di permanenza prolungata in un campo gravitazionale più debole, si verifica un fallimento nei processi biologici.

Dopo circa un anno a gravità zero, i cosmonauti russi tornano sulla terra così deboli da riuscire a malapena a gattonare. Nello spazio, anche con l'esercizio quotidiano, i muscoli si atrofizzano, le ossa perdono calcio e il sistema cardiovascolare si indebolisce. Dopo il volo, alcune persone hanno bisogno di diversi mesi per riprendersi e alcuni cambiamenti potrebbero essere irreversibili. Il viaggio su Marte potrebbe durare due anni e gli astronauti arrivano così deboli da non poter lavorare. (Una delle soluzioni a questo problema è far girare la nave interplanetaria, creando una gravità artificiale al suo interno. Il meccanismo qui è lo stesso di quando un secchio ruota su una fune, quando l'acqua non fuoriesce da esso anche in un rovescio- posizione abbassata.Ma questo è molto costoso, perché richiederà macchinari pesanti e ingombranti per mantenere la rotazione, e ogni chilo di peso aggiuntivo significa un aumento di $ 10.000 nel costo del progetto.)

Acqua sulla luna

Una recente scoperta potrebbe cambiare seriamente le condizioni del gioco lunare: sulla Luna è stato scoperto un antico ghiaccio, probabilmente residuo di collisioni a lungo termine con le comete. Nel 2009, la sonda lunare LCROSS della NASA e il suo stadio superiore, Centaurus, si sono schiantati contro la Luna vicino al suo polo sud. La velocità di collisione era di quasi 2500 m/s; Di conseguenza, la materia dalla superficie è stata espulsa ad un'altezza di oltre un chilometro e si è creato un cratere di circa 20 m di diametro. I telespettatori erano probabilmente un po' delusi dal fatto che la bella esplosione promessa non si fosse verificata durante la collisione, ma gli scienziati erano contenti: la collisione si è rivelata molto istruttiva. Quindi, nella sostanza lanciata dalla superficie, sono stati trovati circa 100 litri d'acqua. E nel 2010 è stata fatta una nuova dichiarazione scioccante: nel materiale lunare, l'acqua è superiore al 5% in massa, quindi probabilmente c'è più umidità sulla Luna che in alcune parti del Sahara.

Questa scoperta potrebbe essere di immensa importanza: è del tutto possibile che i futuri astronauti possano utilizzare i depositi di ghiaccio sublunari per produrre carburante per missili (estraendo idrogeno dall'acqua), per respirare (ottenendo ossigeno), per protezione (poiché l'acqua assorbe le radiazioni) e da bere (naturalmente, in forma purificata). Quindi questa scoperta aiuterà a ridurre di parecchie volte il costo di qualsiasi programma lunare.

I risultati ottenuti potrebbero anche significare che durante la costruzione e l'ulteriore fornitura della base, gli astronauti saranno in grado di utilizzare le risorse locali: acqua e tutti i tipi di minerali.

Mezzo secolo

(2030-2070)

Volo su Marte

Nel 2010, il presidente Obama, in visita in Florida, non solo ha annunciato la chiusura del programma lunare, ma ha invece sostenuto una missione su Marte e il finanziamento di un veicolo di lancio pesante non ancora determinato che un giorno potrebbe trasportare gli astronauti nello spazio profondo, oltre l'orbita lunare. Ha lasciato intendere che spera di aspettare fino al giorno - forse a metà degli anni 2030 - in cui gli astronauti americani metteranno piede sulla superficie di Marte. Alcuni astronauti, come Buzz Aldrin, hanno fortemente sostenuto il piano di Obama, e proprio perché si proponeva di saltare la Luna. Aldrin una volta mi disse che dal momento che gli americani erano già stati sulla luna, ora l'unico vero successo sarebbe stato un volo su Marte.

Di tutti i pianeti del sistema solare, solo Marte sembra abbastanza simile alla Terra, qualche forma di vita potrebbe aver avuto origine lì. (Mercurio, bruciato dal sole, è probabilmente troppo ostile per la vita come la conosciamo. I giganti gassosi - Giove, Saturno, Urano e Nettuno - sono troppo freddi per sostenere la vita. Venere è in gran parte la controparte della Terra, ma vaga per l'effetto serra ha reso le condizioni lì semplicemente infernali: la temperatura raggiunge + 500 ° C, l'atmosfera costituita principalmente da anidride carbonica è 100 volte più densa della Terra e l'acido solforico sta versando dal cielo. I tuoi resti cucineranno e si dissolveranno in acido solforico. )

Marte, d'altra parte, una volta era un pianeta abbastanza umido. Lì, come sulla Terra, c'erano oceani e fiumi che sono scomparsi molto tempo fa. Oggi è un deserto ghiacciato e senza vita. È possibile, tuttavia, che un tempo - miliardi di anni fa - fiorisse la microvita su Marte; è persino possibile che i batteri vivano da qualche parte nelle sorgenti termali al giorno d'oggi.

Dopo che gli Stati Uniti decideranno fermamente di effettuare una spedizione con equipaggio su Marte, ci vorranno altri 20-30 anni. Ma va notato che sarà molto più difficile per una persona arrivare su Marte che sulla Luna. Marte è un salto quantico nella complessità rispetto alla Luna. Puoi volare sulla luna in tre giorni: dovrai arrivare su Marte da sei mesi a un anno.

Nel luglio 2009, gli scienziati della NASA hanno scoperto come potrebbe essere una vera spedizione marziana. Gli astronauti voleranno su Marte per circa sei mesi, poi trascorreranno 18 mesi sul Pianeta Rosso, poi altri sei mesi saranno spesi per il ritorno.

In totale, dovranno essere inviate su Marte circa 700 tonnellate di apparecchiature: questo è più della Stazione Spaziale Internazionale per un costo di $ 100 miliardi. Per risparmiare su cibo e acqua, mentre viaggiano e lavorano su Marte, gli astronauti dovranno pulire i propri prodotti di scarto e usarli per fertilizzare le piante. Su Marte non c'è ossigeno, né suolo, né acqua, né animali, né piante, quindi tutto dovrà essere trasportato dalla Terra. Le risorse locali non possono essere utilizzate. L'atmosfera di Marte è quasi interamente composta da anidride carbonica e la pressione atmosferica è solo l'1% della terra. Qualsiasi spazio vuoto nella tuta significherà un rapido calo della pressione e la morte.

La spedizione sarà così difficile che dovrà essere suddivisa in più tappe. Poiché sarebbe troppo costoso riportare il carburante dalla Terra, è possibile che un razzo separato con carburante debba essere inviato su Marte per rifornire il veicolo interplanetario. (Oppure, se è possibile estrarre abbastanza ossigeno e idrogeno dal ghiaccio marziano, possono essere utilizzati come carburante per razzi.)

Una volta raggiunto Marte, gli astronauti potrebbero doversi adattare alla vita su un altro pianeta per diverse settimane. Il ciclo del giorno e della notte è più o meno lo stesso che sulla Terra (il giorno marziano è un po' più lungo ed è di 24,6 ore), ma l'anno su Marte è il doppio di quello sulla Terra. Le temperature non salgono quasi mai sopra lo zero. Lì infuriano violente tempeste di polvere. Le sabbie su Marte sono piccole come il talco e le tempeste di polvere spesso coprono l'intero pianeta.

Terraformare Marte?

Supponiamo che entro la metà del secolo gli astronauti visiteranno Marte e organizzeranno lì una base primitiva. Ma questo non basta. In generale, l'umanità probabilmente prenderà in seria considerazione il progetto di terraformare Marte, trasformandolo in un pianeta più piacevole per la vita. Il lavoro su questo progetto inizierà proprio alla fine del 21° secolo, nella migliore delle ipotesi, anche all'inizio del prossimo.

Gli scienziati hanno già considerato diversi modi per rendere Marte un luogo più ospitale. Probabilmente il più semplice di questi è aggiungere metano o un altro gas serra all'atmosfera del Pianeta Rosso. Il metano è un gas serra più potente dell'anidride carbonica, quindi l'atmosfera del metano intrappolerà la luce solare e riscalderà gradualmente la superficie del pianeta. La temperatura salirà sopra il punto di congelamento. Oltre al metano, vengono presi in considerazione altri gas serra come l'ammoniaca e il freon.

Non appena la temperatura aumenta, il permafrost inizierà a sciogliersi per la prima volta in miliardi di anni, a causa del quale i canali del fiume verranno nuovamente riempiti d'acqua. Nel tempo, man mano che l'atmosfera diventa più densa, i laghi e persino gli oceani possono riformarsi su Marte. Di conseguenza, verrà rilasciata ancora più anidride carbonica: ci sarà un feedback positivo.

Nel 2009, è stato scoperto che il metano viene emesso naturalmente dalla superficie di Marte. La fonte di questo gas rimane un mistero. Sulla Terra, il metano deriva principalmente dal decadimento di materiali organici, ma su Marte può essere un sottoprodotto di qualche processo geologico. Se gli scienziati riescono a stabilire la fonte di questo gas, allora forse sarà possibile aumentarne la produzione, il che significa cambiare l'atmosfera del pianeta.

Un'altra possibilità è quella di inviare una cometa nell'atmosfera di Marte. Se è possibile intercettare la cometa abbastanza lontano dal Sole, anche un piccolo impatto: una spinta da uno speciale motore a razzo, una collisione ad angolo retto con un veicolo spaziale o anche solo attrazione gravitazionale questo dispositivo potrebbe essere sufficiente per cambiare l'orbita del vagabondo spaziale nel modo giusto. Le comete sono costituite principalmente da acqua e ce ne sono molte nel sistema solare. (Ad esempio, il nucleo della cometa di Halley ha la forma di una nocciolina di circa 30 km di diametro ed è costituito principalmente da ghiaccio e roccia.) Quando si avvicina a Marte, la cometa inizierà a sperimentare l'attrito contro l'atmosfera e collasserà lentamente, rilasciando acqua in la forma del vapore nell'atmosfera del pianeta...

Se non viene trovata una cometa adatta, potrebbe essere utilizzata una delle lune ghiacciate di Giove o, ad esempio, un asteroide contenente ghiaccio come Cerere (gli scienziati ritengono che sia il 20% di acqua). Naturalmente, la luna o l'asteroide saranno più difficili da dirigere nella direzione di cui abbiamo bisogno, poiché, di regola, tali corpi celesti si trovano in orbite stabili. E poi ci sono due opzioni: sarà possibile lasciare una cometa, luna o asteroide ridotta nell'orbita di Marte e lasciarla disintegrare lentamente, rilasciando vapore acqueo nell'atmosfera, oppure far cadere questo astro su uno dei calotte polari di Marte. Le regioni polari del Pianeta Rosso sono anidride carbonica congelata, che scompare durante i mesi estivi, e ghiaccio, che costituisce la base e non si scioglie mai. Se una cometa, una luna o un asteroide colpisce una calotta glaciale, viene rilasciata un'enorme quantità di energia e il ghiaccio secco evapora. Il gas serra entrerà nell'atmosfera e accelererà il riscaldamento globale su Marte. In questo scenario può verificarsi anche un feedback positivo. Più anidride carbonica viene rilasciata dalle regioni circumpolari del pianeta, più la temperatura aumenterà e, quindi, verrà rilasciata più anidride carbonica.

Un'altra proposta è quella di far esplodere diverse bombe nucleari sulle calotte polari. Lo svantaggio di questo metodo è ovvio: è possibile che l'acqua rilasciata sia radioattiva. Oppure puoi provare a costruire lì un reattore termonucleare, che scioglierà il ghiaccio delle regioni polari.

Il combustibile principale per un reattore a fusione è l'acqua, e su Marte c'è abbastanza acqua ghiacciata.

Quando le temperature salgono sopra lo zero, sulla superficie si formeranno corpi d'acqua poco profondi che possono essere popolati da alcune forme di alghe che prosperano sulla Terra in Antartide. L'atmosfera di Marte, che è composta al 95% di anidride carbonica, probabilmente piacerà. Puoi anche modificare geneticamente le alghe per crescere il più rapidamente possibile. Gli stagni di alghe accelereranno la terraformazione in diversi modi. Innanzitutto, le alghe convertono l'anidride carbonica in ossigeno. In secondo luogo, cambieranno il colore della superficie di Marte e, di conseguenza, la sua riflettività. Una superficie più scura assorbirà più radiazione solare. In terzo luogo, poiché le alghe cresceranno da sole, senza alcun aiuto esterno, un tale modo per cambiare la situazione sul pianeta sarà relativamente economico. In quarto luogo, le alghe possono essere utilizzate come cibo. Nel tempo, questi laghi algali creeranno suolo e sostanze nutritive; le piante possono trarne vantaggio, il che accelererà ulteriormente la produzione di ossigeno.

Gli scienziati stanno anche valutando la possibilità di circondare Marte con satelliti che raccoglieranno la luce solare e la invieranno sulla superficie del pianeta. È possibile che tali satelliti, anche da soli, siano in grado di aumentare la temperatura sulla superficie di Marte fino al punto di congelamento e oltre. Non appena ciò accadrà e il permafrost inizierà a sciogliersi, il pianeta si riscalderà da solo, in modo naturale.

Vantaggio economico?

Non c'è bisogno di farsi illusioni e pensare che la colonizzazione della Luna e di Marte porterà immediatamente benefici economici incalcolabili all'umanità. Quando Colombo salpò per il Nuovo Mondo nel 1492, aprì così l'accesso a tesori mai visti nella storia. Molto presto, i conquistatori iniziarono a inviare enormi quantità di oro saccheggiato dagli indiani locali dai luoghi appena scoperti alla loro patria, e dai coloni: preziose materie prime e prodotti agricoli. I costi delle spedizioni nel Nuovo Mondo furono più che ripagati dalla miriade di tesori che vi si potevano trovare.

Ma le colonie sulla Luna e su Marte sono diverse. Non c'è aria, acqua liquida o terreno fertile, quindi tutto ciò di cui hai bisogno dovrà essere consegnato dalla Terra tramite razzi, il che è incredibilmente costoso. Inoltre, c'è poco senso militare nel colonizzare la luna, almeno a breve termine. Ci vogliono in media tre giorni per andare dalla Terra alla Luna o tornare indietro, e una guerra nucleare può iniziare e finire in appena un'ora e mezza, dal momento in cui vengono lanciati i primi missili balistici intercontinentali alle ultime esplosioni. La cavalleria spaziale della Luna semplicemente non avrà il tempo di prendere parte reale agli eventi sulla Terra. Di conseguenza, il Pentagono non sta finanziando alcun programma importante per militarizzare la luna.

Ciò significa che qualsiasi operazione su larga scala per lo sviluppo di altri mondi sarà finalizzata non a beneficio della Terra, ma di nuove colonie spaziali. I coloni dovranno estrarre metalli e altri minerali per i propri bisogni, poiché è troppo costoso trasportarli dalla Terra (e anche sulla Terra). L'estrazione mineraria nella fascia degli asteroidi diventerà economicamente redditizia solo se ci saranno colonie autosufficienti che possano utilizzare i materiali estratti stessi, e ciò accadrà proprio alla fine di questo secolo, o, più probabilmente, più tardi.

Turismo spaziale

Ma quando un normale civile potrà volare nello spazio? Alcuni scienziati, come il compianto Gerard O'Neill dell'Università di Princeton, sognavano una gigantesca colonia spaziale a forma di ruota che avrebbe ospitato alloggi, fabbriche di purificazione dell'acqua, compartimenti per la rigenerazione dell'aria, ecc. Stazioni per risolvere il problema della sovrappopolazione. Tuttavia, nel 21° secolo, l'idea che le colonie spaziali possano risolvere o almeno alleviare questo problema rimane una fantasia. Per la maggior parte dell'umanità, la Terra sarà l'unica casa per almeno altri 100-200 anni.

Tuttavia, esiste ancora un modo in cui una persona normale può effettivamente volare nello spazio: come turista. Ci sono imprenditori che criticano la NASA per la sua terribile inefficienza e burocrazia e sono pronti a investire loro stessi nella tecnologia spaziale, credendo che i meccanismi di mercato aiuteranno gli investitori privati ​​a ridurre i costi dei viaggi nello spazio. Burt Rutan ei suoi investitori hanno già vinto l'Ansari X Prize da 10 milioni di dollari il 4 ottobre 2004, lanciando il loro SpaceShipOne due volte in due settimane, a poco più di 100 km dalla superficie terrestre. SpaceShipOne è la prima nave spaziale a completare con successo i viaggi nello spazio con denaro privato. Il suo sviluppo è costato circa $ 25 milioni. Il prestito è stato sponsorizzato dal miliardario di Microsoft Paul Allen.

Attualmente, la navicella spaziale SpaceShipTwo è quasi pronta. Rutan ritiene che molto presto sarà possibile iniziare i test, dopo il completamento dei quali la navicella spaziale commerciale diventerà una realtà. Il miliardario Richard Branson di Virgin Atlantic ha creato Virgin Galactic con uno spazioporto nel New Mexico e una lunga lista di persone disposte a spendere $ 200.000 per un sogno di lunga data di volare nello spazio. Virgin Galactic, che probabilmente sarà la prima grande azienda a offrire viaggi spaziali commerciali, ha già ordinato cinque veicoli spaziali SpaceShipTwo. Se tutto va come previsto, il costo del viaggio nello spazio diminuirà di dieci volte.

Esistono diversi modi per risparmiare denaro su SpaceShipTwo. Invece di utilizzare enormi veicoli di lancio progettati per inviare carichi utili nello spazio direttamente dalla Terra, Rutan mette la sua astronave su un aereo e la spinge con motori a reazione atmosferici convenzionali. In questo caso, l'ossigeno viene utilizzato nell'atmosfera. Quindi, ad un'altitudine di circa 16 km dal suolo, la nave si separa dall'aereo e accende i propri motori a reazione. La navicella non può entrare nell'orbita terrestre bassa, ma la riserva di carburante disponibile è sufficiente per salire a più di 100 chilometri sopra la superficie terrestre, fino a dove non c'è quasi atmosfera e dove i passeggeri possono vedere il cielo diventare gradualmente nero. I motori sono in grado di accelerare la nave ad una velocità corrispondente a M = 3, cioè fino a tre volte la velocità del suono (circa 3500 km / h). Questo, ovviamente, non basta per metterlo in orbita (qui, come già detto, è necessaria una velocità di almeno 28.500 km/h, che corrisponde a 7,9 km/s), ma per portare i passeggeri a bordo dell'atmosfera terrestre e spazio aperto abbastanza. È del tutto possibile che in un futuro molto prossimo un volo turistico nello spazio non costerà più di un safari in Africa.

(Tuttavia, per volare intorno alla Terra, dovrai pagare molto di più e volare a bordo di una stazione spaziale. Una volta ho chiesto al miliardario di Microsoft Charles Simonyi quanto gli costava un biglietto per l'ISS. Nei resoconti della stampa, la cifra era di 20 milioni dollari. Mi ha risposto che non vorrei dire l'importo esatto, ma che i giornali non sono molto sbagliati. Gli piaceva così tanto lo spazio che poco dopo è volato di nuovo alla stazione. Quindi il turismo spaziale, anche nel non futuro troppo lontano, rimarrà il privilegio di persone molto facoltose.)

Nel settembre 2010, il turismo spaziale ha ricevuto un ulteriore impulso dalla Boeing Corporation, che ha annunciato il suo ingresso nel mercato e ha pianificato i primi voli per i turisti spaziali già nel 2015. Ciò sarebbe in linea con i piani del presidente Obama di trasferire l'esplorazione spaziale con equipaggio in mani private. Il piano di Boeing prevede il lancio di capsule verso la Stazione Spaziale Internazionale dal sito di lancio di Cape Canaveral con quattro membri dell'equipaggio e tre spazi liberi per i turisti spaziali. Tuttavia, Boeing è stata piuttosto schietta nel finanziare progetti spaziali privati: la maggior parte del denaro dovrà essere pagata ai contribuenti. "Questo è un mercato inaffidabile", afferma John Elbon, responsabile del programma per i lanci spaziali commerciali. "Se dovessimo fare affidamento solo sui fondi Boeing per tutti i fattori di rischio esistenti, non saremmo in grado di completare con successo il caso".

Cavalli scuri

Il costo estremamente elevato dei viaggi spaziali sta frenando il progresso sia commerciale che scientifico, così che l'umanità ha ora bisogno di una tecnologia rivoluzionaria completamente nuova. Entro la metà del secolo, scienziati e ingegneri devono perfezionare nuovi veicoli di lancio per mantenere bassi i costi dei lanci.

Il fisico Freeman Dyson ha individuato tra le tante proposte diverse tecnologie che sono attualmente in fase sperimentale, ma che un giorno, forse, renderanno lo spazio accessibile anche a una persona comune. Nessuna di queste proposte garantisce il successo, ma in caso di successo, il costo della consegna del carico nello spazio precipiterà. La prima di queste proposte sono i sistemi di propulsione a getto laser: un potente raggio laser da una sorgente esterna (ad esempio dalla Terra) viene diretto alla base del razzo, dove provoca una mini-esplosione, la cui onda d'urto tramonta il razzo in movimento. Un flusso costante di impulsi laser vaporizza l'acqua e il vapore risultante spinge il razzo nello spazio. Il vantaggio principale di un motore a getto laser è che l'energia per esso proviene da una fonte esterna, da un laser fisso. Il razzo laser essenzialmente non trasporta carburante. (Al contrario, i razzi chimici spendono una parte significativa della loro energia sollevando e trasportando carburante per i propri motori.)

La tecnologia di propulsione a getto laser è già stata dimostrata in laboratorio, dove il modello è stato testato con successo nel 1997. Leik Mirabo del Rensselaer Polytechnic Institute di New York ha creato un prototipo funzionante di un tale razzo e lo ha definito un dimostratore della tecnologia delle navi leggere. Uno dei suoi primi modelli volanti pesava 50 grammi ed era un "piattino" di circa 15 cm di diametro.Un laser da 10 kW generava una serie di esplosioni laser alla base del razzo; le onde d'urto l'hanno accelerato con un'accelerazione di 2 g (che è il doppio dell'accelerazione di gravità sulla Terra ed è di circa 19,6 m / s 2) e suoni simili a scoppi automatici. I razzi leggeri di Mirabeau si sono alzati per più di 30 metri nell'aria (che corrisponde approssimativamente ai primi razzi a propellente liquido di Robert Goddard negli anni '30).

Dyson sogna il giorno in cui i sistemi di propulsione a getto laser possono lanciare carichi utili pesanti nell'orbita terrestre per soli $ 5 la libbra, il che rivoluzionerebbe sicuramente l'industria spaziale. Immagina un gigantesco laser da 1000 megawatt (che corrisponde alla potenza di un'unità nucleare standard) in grado di lanciare in orbita un razzo da due tonnellate, costituito da un carico utile e un serbatoio d'acqua alla base. L'acqua filtra lentamente attraverso i piccoli pori nella parete inferiore del serbatoio. Sia il carico utile che il serbatoio pesano una tonnellata. Quando un raggio laser colpisce il fondo del razzo, l'acqua evapora istantaneamente, creando una serie di onde d'urto che spingono il razzo nello spazio. Il razzo raggiunge un'accelerazione di 3 ge entra nell'orbita terrestre bassa in sei minuti.

Poiché il razzo stesso non trasporta carburante, non c'è pericolo di un'esplosione catastrofica del vettore. Per i razzi chimici, ancora oggi, a 50 anni dal Primo Satellite, la probabilità di guasto è di circa l'1%. E questi fallimenti, di regola, sembrano molto impressionanti: ossigeno e idrogeno esplodono con gigantesche palle di fuoco e detriti piovono sulla rampa di lancio. Al contrario, il sistema laser è semplice, sicuro e può essere utilizzato più di una volta a intervalli molto brevi; solo acqua e un laser sono necessari per il suo lavoro.

Inoltre, nel tempo, questo sistema pagherà. Se lancia mezzo milione di veicoli spaziali all'anno, la quota di lancio coprirà facilmente sia i costi operativi che i costi di sviluppo e costruzione. Dyson, tuttavia, comprende che ci vorrà più di un decennio perché questo sogno si avveri. La ricerca fondamentale nel campo dei laser ad alta potenza richiederà molto più denaro di quanto qualsiasi università possa permettersi. A meno che il governo o qualche grande azienda non si occupi dei fondi per lo sviluppo, i sistemi di propulsione a getto laser non saranno mai costruiti.

Il premio dei fondi del Premio potrebbe essere molto utile qui. Una volta ho parlato con Peter Diamandis, che lo ha fondato nel 1996, e ho scoperto che era ben consapevole dei limiti dei missili chimici. Anche con SpaceShipTwo, mi ha confessato, ci siamo trovati di fronte al fatto che i razzi chimici sono un modo molto costoso per sfuggire agli effetti della gravità. Di conseguenza, il prossimo X Prize andrà a chi riuscirà a creare un razzo azionato da un raggio di energia. (Ma invece di un raggio laser, dovrebbe usarne un altro, simile a un raggio laser di energia elettromagnetica: un raggio a microonde.)

Il ronzio che circonda il premio, e lo stesso premio multimilionario, potrebbe essere un'esca sufficiente per alimentare l'interesse per i missili non chimici come il razzo a microonde tra imprenditori e inventori.

Esistono altri progetti di razzi sperimentali, ma il loro sviluppo è irto di rischi diversi. Una delle opzioni è un cannone a gas che spara dei proiettili da un enorme barile, qualcosa come un proiettile nel romanzo di Jules Verne Dalla Terra alla Luna. Il proiettile di Verne, però, non avrebbe raggiunto la Luna, perché la polvere da sparo non è in grado di accelerarla alla velocità di 11 km/s necessaria per sfuggire al campo gravitazionale terrestre. In un cannone a gas, invece della polvere da sparo, i proiettili spingeranno fuori gas compresso ad alta pressione in un lungo tubo ad alta velocità. Il compianto Abraham Hertzberg dell'Università di Washington a Seattle costruì un prototipo di tale cannone con un diametro di circa 10 cm e una lunghezza di circa 10 m Il gas all'interno del cannone è una miscela di metano e aria, compressa a 25 atmosfere . Il gas viene acceso e il proiettile viene accelerato nella canna con un'accelerazione di 30.000 g, alla quale la maggior parte degli oggetti metallici viene appiattita.

Herzberg dimostrò che un cannone a gas poteva funzionare. Ma per lanciare un proiettile nello spazio, la sua canna deve essere molto più lunga, circa 230 m; inoltre, diversi gas devono operare nella canna del fucile lungo la traiettoria di accelerazione. Affinché il carico utile raggiunga la prima velocità spaziale, è necessario organizzare cinque sezioni nella canna con diversi gas di lavoro.

Il costo del lancio da un cannone a gas può essere persino inferiore rispetto all'utilizzo di un sistema laser. Tuttavia, è troppo pericoloso lanciare veicoli con equipaggio nello spazio in questo modo: solo un carico solido è in grado di sopportare l'intensa accelerazione nella canna.

Il terzo disegno sperimentale è lo "slingatron", che, come un'imbracatura, deve svolgere il carico e poi lanciarlo in aria.

Il prototipo di questo dispositivo è stato costruito da Derek Tidman; il suo modello da tavolo è in grado di far girare un oggetto in pochi secondi e di lanciarlo a una velocità fino a 100 m/s. Il prototipo dello slingatron è un tubo a forma di ciambella di circa un metro di diametro. Il tubo stesso ha un diametro di circa 2,5 cm e contiene una piccola sfera d'acciaio. La palla rotola su un tubo circolare e piccoli motori la spingono e la costringono ad accelerare.

Un vero slingatron, il cui compito sarà quello di lanciare il carico nell'orbita terrestre bassa, dovrebbe essere di dimensioni molto più grandi - circa un centinaio di chilometri di diametro; inoltre, deve pompare energia nella palla fino a quando non accelera a 11,2 km/s. La palla volerà fuori dallo slingatron con un'accelerazione di 1000 g, che è anche molto. Non tutti i carichi saranno in grado di sopportare tale accelerazione. Prima di costruire un vero slingatron, ci sono molti problemi tecnici da risolvere, il più importante dei quali è ridurre al minimo l'attrito tra la sfera e il tubo.

Ci vorranno più di una dozzina di anni per finalizzare ciascuno dei tre progetti citati, anche nel migliore dei casi, e solo se il governo o l'impresa privata si assumono il finanziamento. Altrimenti, questi prototipi rimarranno per sempre sulle scrivanie dei loro inventori.

Futuro distante

(2070-2100)

Ascensore spaziale

È possibile che entro la fine di questo secolo lo sviluppo delle nanotecnologie renderà possibile anche il famoso ascensore spaziale. Un uomo, come Jack su una pianta di fagioli, sarà in grado di scalarlo fino alle nuvole e più in alto. Entreremo nell'ascensore, premeremo il pulsante su e saliremo sulla fibra, che è un nanotubo di carbonio lungo migliaia di chilometri. È chiaro che una simile novità potrebbe stravolgere l'economia dei viaggi spaziali e capovolgere tutto.

Nel 1895, il fisico russo Konstantin Tsiolkovsky, ispirato dalla costruzione della Torre Eiffel, la struttura più alta del mondo a quel tempo, si pose una semplice domanda: perché una torre del genere non può essere costruita così alta quanto lo spazio? Se è abbastanza alto, ha calcolato, non cadrà mai, secondo le leggi della fisica. Ha chiamato questa struttura "palazzo celeste".

Immagina una palla. Se inizi a torcerlo su una corda, la forza centrifuga sarà sufficiente per impedire alla palla di cadere. Allo stesso modo, se la fune è sufficientemente lunga, la forza centrifuga impedirà al peso attaccato alla sua estremità di cadere a terra. La rotazione della Terra sarà sufficiente per mantenere il legame nel cielo. Non appena il cavo dell'ascensore spaziale si allunga verso il cielo, qualsiasi veicolo in grado di muoversi lungo di esso può andare tranquillamente nello spazio.

Sulla carta, questo trucco sembra funzionare. Ma, sfortunatamente, se provi ad applicare le leggi del movimento di Newton e a calcolare la tensione di un cavo da esse, si scopre che questa tensione supera la forza dell'acciaio: qualsiasi cavo si romperà semplicemente, il che rende impossibile un ascensore spaziale.

Per molti anni e persino decenni, l'idea di un ascensore spaziale è stata talvolta dimenticata, poi discussa di nuovo, per essere nuovamente respinta per lo stesso motivo. Nel 1957, lo scienziato russo Yuri Artsutanov propose la sua versione del progetto, secondo la quale l'ascensore doveva essere costruito non dal basso verso l'alto, ma al contrario, dall'alto verso il basso. È stato proposto di inviare un veicolo spaziale in orbita, che avrebbe poi abbassato un cavo da lì; a terra non resta che aggiustarlo. Anche gli scrittori di fantascienza hanno contribuito a divulgare questo progetto. Arthur Clarke ha introdotto l'ascensore spaziale nel suo romanzo del 1979 Le fontane del paradiso e Robert Heinlein nel suo romanzo del 1982 Frida.

I nanotubi di carbonio hanno riproposto questa idea. Come abbiamo visto, hanno la più alta resistenza di qualsiasi materiale conosciuto. Sono più resistenti dell'acciaio e, potenzialmente, in termini di resistenza, i nanotubi potrebbero resistere alle sollecitazioni derivanti dalla struttura di un ascensore spaziale.

La sfida, però, è creare un cavo di 80.000 km di puro nanotubi di carbonio. Questo è un compito incredibilmente difficile, perché fino ad ora gli scienziati sono riusciti a ottenere in laboratorio solo pochi centimetri di puro nanotubo di carbonio. Ovviamente puoi intrecciare miliardi di nanofibre insieme, ma queste fibre non saranno intere. La sfida è creare un lungo nanotubo, in cui ogni atomo di carbonio sarà rigorosamente al suo posto.

Nel 2009 gli scienziati della Rice University hanno annunciato un'importante scoperta: le fibre ottenute non sono pure, ma composite, ma hanno sviluppato una tecnologia sufficientemente flessibile da creare nanotubi di carbonio di qualsiasi lunghezza. Attraverso tentativi ed errori, i ricercatori hanno scoperto che i nanotubi di carbonio possono essere sciolti in acido clorosolfonico e quindi spremuti da un ugello come una siringa. Questo metodo può essere utilizzato per realizzare una fibra da nanotubi di carbonio di qualsiasi lunghezza e il suo spessore è di 50 micron.

Una delle applicazioni commerciali per la fibra di nanotubi di carbonio è nelle linee elettriche, poiché i nanotubi conducono l'elettricità meglio del rame, sono più leggeri e più forti. Matteo Pasquali, professore di ingegneria alla Rice University, afferma: “Le linee elettriche prendono tonnellate di questa fibra e non c'è ancora modo di farcela. Devi solo fare un miracolo".

Sebbene le fibre risultanti non siano abbastanza pulite per essere utilizzate per un ascensore spaziale, questi studi forniscono la speranza che un giorno impareremo come coltivare nanotubi di carbonio puro abbastanza forti da sollevarci nei cieli.

Ma anche supponendo che il problema della produzione di nanotubi lunghi sarà risolto, gli scienziati dovranno affrontare altri problemi pratici. Ad esempio, il cavo dell'ascensore spaziale dovrebbe salire ben al di sopra delle orbite della maggior parte dei satelliti. Ciò significa che un giorno l'orbita di qualche satellite incrocerà sicuramente il percorso dell'ascensore spaziale e causerà un incidente. Poiché i satelliti bassi volano a una velocità di 7-8 km/s, la collisione potrebbe essere catastrofica. Da ciò ne consegue che l'ascensore dovrà essere dotato di speciali motori a razzo, che spingeranno il cavo dell'ascensore lontano dal passaggio di satelliti e detriti spaziali.

Un altro problema è il tempo, cioè uragani, temporali e forti venti. L'ascensore spaziale deve essere ancorato al suolo, magari su una portaerei o una piattaforma petrolifera nel Pacifico, ma deve essere flessibile per non soffrire di elementi dilaganti.

Inoltre, la cabina di pilotaggio dovrebbe avere un pulsante antipanico e una capsula di salvataggio in caso di rottura del cavo. Se succede qualcosa al cavo, la cabina dell'ascensore deve planare o paracadutarsi a terra per salvare i passeggeri.

Per accelerare l'inizio della ricerca sugli ascensori spaziali, la NASA ha annunciato diversi concorsi. La NASA Space Elevator Race ha un totale di $ 2 milioni in premi. Secondo le regole, per vincere la competizione per gli ascensori che funzionano a spese dell'energia trasmessa attraverso il raggio, dovrebbe essere costruito un dispositivo con una massa non superiore a 50 kg, in grado di salire un cavo fino a un'altezza di 1 km alla velocità di 2 m/s. La difficoltà è che questo dispositivo non dovrebbe avere carburante, batterie o cavi elettrici. L'energia per il suo movimento deve essere trasmessa dalla Terra lungo il raggio.

Ho visto con i miei occhi l'entusiasmo e l'energia degli ingegneri che stanno lavorando su un ascensore spaziale e sognano di vincere un premio. Sono persino volato a Seattle per incontrare i giovani ingegneri avventurosi di un gruppo chiamato LaserMotive. Ascoltando il "canto delle sirene" - l'appello della NASA, hanno iniziato a sviluppare prototipi del dispositivo, che, molto probabilmente, diventerà il cuore dell'ascensore spaziale.

Sono entrato in un grande capannone affittato da giovani per le prove. A un'estremità dell'hangar, ho visto un grande laser in grado di emettere un potente raggio di energia. L'altro conteneva l'effettivo ascensore spaziale. Era una scatola larga circa un metro con un grande specchio. Lo specchio ha riflesso il raggio laser che lo ha colpito su un'intera schiera di celle solari che hanno convertito la sua energia in elettricità. L'elettricità è stata fornita al motore e l'auto dell'ascensore ha lentamente strisciato su un cavo corto. Con un tale dispositivo, una cabina con un motore elettrico non ha bisogno di trascinare un cavo elettrico. È sufficiente dirigere un raggio laser da terra su di esso e l'ascensore striscia da solo lungo il cavo.

Il laser nell'hangar era così potente che le persone dovevano proteggersi gli occhi con occhiali speciali durante il suo funzionamento. Dopo molti tentativi, i giovani sono finalmente riusciti a far salire la loro macchina. Un aspetto del problema dell'ascensore spaziale è stato risolto, almeno in teoria.

Inizialmente, il compito era così difficile che nessuno dei partecipanti è stato in grado di completarlo e vincere il premio promesso. Tuttavia, nel 2009 LaserMotive ha vinto un premio. La competizione si è svolta presso la Edwards Air Force Base nel deserto del Mojave in California. Un elicottero con un lungo cavo è sospeso nel deserto e i dispositivi dei partecipanti hanno cercato di salire lungo questo cavo. L'ascensore LaserMotive è riuscito a farlo quattro volte in due giorni; il miglior tempo che ha mostrato è stato di 228 secondi. Quindi il lavoro dei giovani ingegneri che ho visto in quell'hangar ha dato i suoi frutti.

astronavi

Entro la fine di questo secolo, è probabile che le stazioni scientifiche appariranno su Marte, e forse da qualche parte nella cintura degli asteroidi, nonostante l'attuale crisi di fondi per l'esplorazione spaziale con equipaggio. Il prossimo in fila sarà una vera star. Oggi una sonda interstellare sarebbe un'impresa completamente senza speranza, ma tra cento anni la situazione potrebbe cambiare.

Affinché l'idea del viaggio interstellare diventi realtà, devono essere affrontate diverse sfide fondamentali. Il primo è la ricerca di un nuovo principio di movimento. Un razzo chimico tradizionale impiegherebbe circa 70.000 anni per raggiungere la stella più vicina. Ad esempio, due Voyager lanciate nel 1977 hanno stabilito il record per la distanza più lontana dalla Terra. Attualmente (maggio 2011), il primo di essi si è allontanato di 17,5 miliardi di km dal Sole, ma la distanza percorsa da esso è solo una piccola frazione del percorso verso le stelle.

Sono stati proposti diversi progetti e principi di movimento per veicoli interstellari. Esso:

Vela solare;

razzo nucleare;

Un razzo con un motore a fusione ramjet;

Nanonavi.

Mentre ero alla Plum Brook Station della NASA a Cleveland, Ohio, ho incontrato uno dei sognatori e degli ardenti sostenitori dell'idea della vela solare. In questo sito di test è stata costruita la camera a vuoto più grande del mondo per testare i satelliti. Le dimensioni di questa camera sono sorprendenti; si tratta di una vera e propria grotta di circa 30 m di diametro e 38 m di altezza, che potrebbe facilmente ospitare più edifici residenziali multipiano. È anche abbastanza grande per testare satelliti e parti di razzi nel vuoto. La portata del progetto è sorprendente. Sentivo che mi era stato dato un onore speciale: mi trovavo proprio nel luogo in cui sono stati testati molti dei più importanti satelliti, sonde interplanetarie e razzi americani.

Così ho incontrato uno dei principali sostenitori della vela solare, lo scienziato della NASA Les Johnson. Mi ha raccontato che fin da bambino, leggendo fantascienza, sognava di costruire razzi che potessero volare verso le stelle. Johnson ha anche scritto un corso di vela solare di base. Crede che questo principio possa essere implementato nei prossimi decenni, ma è pronto per il fatto che una vera astronave sarà costruita, molto probabilmente, molti anni dopo la sua morte. Come gli scalpellini che costruirono le grandi cattedrali medievali, Johnson comprende che possono essere necessarie diverse vite umane per creare un'imbarcazione per volare verso le stelle.

Il principio di funzionamento di una vela solare si basa sul fatto che, sebbene la luce non abbia massa a riposo, ha quantità di moto, il che significa che può esercitare pressione. La pressione che la luce solare esercita su tutti gli oggetti incontrati è estremamente piccola, semplicemente non la sentiamo, ma se la vela solare è abbastanza grande e siamo disposti ad aspettare abbastanza a lungo, allora questa pressione sarà in grado di accelerare la nave interstellare (in spazio, l'intensità della luce solare in media otto volte superiore a quella terrestre).

Johnson mi ha detto che il suo obiettivo è creare una gigantesca vela solare con plastica molto sottile ma resistente e resiliente. Questa vela dovrebbe essere larga diversi chilometri e dovrebbe essere costruita in uno spazio aperto. Una volta assemblato, ruoterà lentamente intorno al Sole, guadagnando gradualmente sempre più velocità. Per diversi anni di accelerazione, la vela uscirà a spirale dal sistema solare e si precipiterà verso le stelle. In generale, una vela solare, come mi ha detto Johnson, è in grado di accelerare una sonda interstellare allo 0,1% della velocità della luce; di conseguenza, in tali condizioni, raggiungerà la stella più vicina in 400 anni.

Johnson sta cercando di inventare qualcosa che dia alla vela solare un'ulteriore accelerazione e accorcia i tempi di volo. Un modo possibile è posizionare una batteria di potenti laser sulla Luna. I raggi laser, colpendo la vela, trasferiranno ad essa ulteriore energia e, di conseguenza, maggiore velocità quando si vola verso le stelle.

Uno dei problemi con un'astronave a vela solare è che è estremamente difficile da guidare e quasi impossibile fermarsi e dirigersi nella direzione opposta, perché la luce solare viaggia solo in una direzione, dal Sole. Una soluzione a questo problema è dispiegare la vela e utilizzare la luce della stella bersaglio per rallentarla. Un'altra possibilità è quella di effettuare un'assistenza gravitazionale vicino a questa stella lontana e, sfruttando l'effetto fionda, accelerare per il viaggio di ritorno. La terza opzione è atterrare su qualche luna di quel sistema stellare, costruirci sopra una batteria di laser e partire sulla via del ritorno, usando la luce della stella e dei raggi laser.

Johnson sogna le stelle, ma si rende conto che la realtà al momento sembra molto più modesta dei suoi sogni. Nel 1993, i russi hanno schierato un riflettore da 25 lavsan su una nave sganciata dalla stazione Mir, ma lo scopo dell'esperimento era solo quello di dimostrare il sistema di spiegamento. Il secondo tentativo è fallito. Nel 2004, i giapponesi hanno lanciato con successo due prototipi di vela solare, ma ancora una volta l'obiettivo era testare il sistema di spiegamento, non la propulsione. Nel 2005 è stato fatto un ambizioso tentativo di schierare una vera vela solare chiamata Cosmos 1, organizzata dalla Planetary Society, dall'organizzazione pubblica Cosmos Studios e dall'Accademia Russa delle Scienze. La vela è stata lanciata da un sottomarino russo, ma il lancio del razzo Volna non ha avuto successo e la vela solare non ha raggiunto l'orbita.

E nel 2008, quando un team della NASA ha cercato di lanciare la vela solare NanoSail-D, la stessa storia è successa con il razzo Falcon 1.

Infine, nel maggio 2010, la Japan Aerospace Exploration Agency ha lanciato con successo IKAROS, il primo veicolo spaziale ad utilizzare la tecnologia della vela solare nello spazio interplanetario. Il dispositivo è stato messo su una traiettoria di volo verso Venere, ha dispiegato con successo una vela quadrata con una diagonale di 20 me ha dimostrato la capacità di controllare il suo orientamento e cambiare la sua velocità di volo. In futuro, i giapponesi hanno in programma di lanciare un'altra sonda interplanetaria con una vela solare su Giove.

razzo nucleare

Gli scienziati stanno anche valutando la possibilità di utilizzare l'energia nucleare per i viaggi interstellari. Nel 1953, la Commissione per l'energia atomica degli Stati Uniti iniziò un serio sviluppo di missili con reattori nucleari, che iniziò con il progetto Rover. Negli anni Cinquanta e Sessanta. gli esperimenti con i missili nucleari si sono conclusi per lo più senza successo. I motori nucleari erano instabili e generalmente si rivelarono troppo complessi per i sistemi di controllo dell'epoca. Inoltre, è facile dimostrare che la resa energetica di un reattore a fissione atomica convenzionale è del tutto insufficiente per un veicolo spaziale interstellare. Il reattore nucleare industriale medio produce circa 1000 MW di potenza, che non è sufficiente per arrivare alle stelle.

Tuttavia, negli anni '50. gli scienziati hanno suggerito di utilizzare bombe atomiche e all'idrogeno per veicoli interstellari, piuttosto che reattori. Nel progetto Orion, ad esempio, avrebbe dovuto disperdere un razzo con onde esplosive di bombe atomiche. L'astronave doveva sganciare dietro di sé una serie di bombe atomiche, le cui esplosioni avrebbero generato potenti lampi di raggi X. L'onda d'urto di queste esplosioni avrebbe dovuto accelerare l'astronave.

Nel 1959, i fisici della General Atomics stimarono che una versione avanzata di Orion, di 400 metri di diametro, avrebbe dovuto pesare 8 milioni di tonnellate e avrebbe dovuto essere alimentata da 1.000 bombe all'idrogeno.

Un ardente sostenitore del progetto Orion era il fisico Freeman Dyson. “Per me, Orion significava la disponibilità dell'intero sistema solare per la diffusione della vita. Potrebbe cambiare il corso della storia, dice Dyson. Inoltre, sarebbe un modo conveniente per sbarazzarsi delle bombe atomiche. "Ci saremmo sbarazzati di 2.000 bombe in un solo volo".

La fine del progetto Orion, tuttavia, fu il Trattato di restrizione dei test nucleari del 1963, che vietava le esplosioni a terra. Senza i test, era impossibile ricordare il design di Orion e il progetto è stato chiuso.

Motore termonucleare a flusso diretto

Un altro progetto missilistico nucleare fu presentato nel 1960 da Robert W. Bussard; propose di dotare il razzo di un motore termonucleare, simile a un motore a reazione per aerei convenzionale. In generale, un motore a reazione cattura l'aria durante il volo e la mescola con il carburante all'interno. La miscela aria/carburante viene quindi accesa e si verifica un'esplosione chimica, che crea una forza motrice. Boussard propose di applicare lo stesso principio a un motore a fusione. Invece di aspirare aria dall'atmosfera, come fa un motore aeronautico, un motore a fusione a getto d'aria raccoglierà l'idrogeno disponibile nello spazio interstellare. Il gas raccolto dovrebbe essere compresso e riscaldato utilizzando campi elettrici e magnetici prima dell'inizio di una reazione termonucleare di fusione dell'elio, in cui viene rilasciata un'enorme quantità di energia. Si verificherà un'esplosione e il razzo verrà spinto. E poiché le riserve di idrogeno nello spazio interstellare sono inesauribili, un motore nucleare a reazione può, presumibilmente, funzionare all'infinito.

Il design della nave con un motore ramjet ricorda un cono gelato. L'imbuto cattura il gas idrogeno, che poi entra nel motore, si riscalda ed entra in una reazione di fusione con altri atomi di idrogeno. Bussard ha calcolato che un motore nucleare a reazione del peso di circa 1000 tonnellate è in grado di mantenere un'accelerazione costante di circa 10 m / s 2 (cioè approssimativamente uguale all'accelerazione di gravità sulla Terra); in questo caso, entro un anno l'astronave accelererà a circa il 77% della velocità della luce. Poiché un motore nucleare ramjet non è limitato dalle riserve di carburante, un'astronave con un tale motore potrebbe teoricamente andare oltre i limiti della nostra Galassia e in soli 23 anni, secondo l'orologio della nave, raggiungere la Nebulosa di Andromeda, situata a una distanza di 2 milioni anni luce da noi. (Secondo la teoria della relatività di Einstein, il tempo in una nave in accelerazione rallenta, quindi gli astronauti nell'astronave invecchiano solo 23 anni, anche se passano milioni di anni sulla Terra.)

Tuttavia, ci sono anche problemi seri qui. Primo, ci sono per lo più protoni individuali nel mezzo interstellare, quindi un motore termonucleare dovrebbe bruciare idrogeno puro, sebbene questa reazione non dia molta energia. (La fusione dell'idrogeno può andare in modi diversi. Al momento, sulla Terra, gli scienziati preferiscono l'opzione dell'influenza di deuterio e trizio, in cui viene rilasciata molta più energia. Tuttavia, nel mezzo interstellare, l'idrogeno è sotto forma di singoli protoni , quindi, solo protone-protone una reazione di fusione, in cui viene rilasciata molta meno energia rispetto a una reazione deuterio-trizio.) Tuttavia, Bussard ha mostrato che se la miscela di combustibile è stata modificata mediante l'aggiunta di una certa quantità di carbonio, allora il carbonio , funzionando da catalizzatore, fornirebbe un'enorme quantità di energia, abbastanza sufficiente per un'astronave...

In secondo luogo, l'imbuto davanti all'astronave deve essere enorme - circa 160 km di diametro - per raccogliere abbastanza idrogeno, quindi dovrà essere raccolto nello spazio.

C'è un altro problema irrisolto. Nel 1985, gli ingegneri Robert Zubrin e Dana Andrews hanno dimostrato che la resistenza ambientale avrebbe impedito a un'astronave alimentata a fusione di accelerare fino a velocità prossime alla luce. Questa resistenza è dovuta al movimento della nave e dell'imbuto nel campo degli atomi di idrogeno. Tuttavia, i loro calcoli si basano su alcuni presupposti che in futuro potrebbero non essere applicabili alle navi con motori a reazione.

Attualmente, mentre non abbiamo una chiara comprensione del processo di fusione protone-protone (così come della resistenza degli ioni idrogeno nel mezzo interstellare), le prospettive per un motore nucleare a reazione rimangono incerte. Ma se questi problemi di ingegneria sono risolvibili, è probabile che il design sia uno dei migliori.

Razzi ad antimateria

Un'altra opzione è usare l'antimateria, la più grande fonte di energia nell'universo, per alimentare l'astronave. L'antimateria è opposta alla materia nel senso che tutte le parti costitutive di un atomo hanno cariche opposte. Ad esempio, un elettrone ha una carica negativa, ma un anti-elettrone (positrone) ha una carica positiva. A contatto con la materia, l'antimateria si annichila. Si sprigiona così tanta energia nello stesso istante che basterebbe un cucchiaino di antimateria per distruggere l'intera New York.

L'antimateria è così potente che i cattivi di Angels and Demons di Dan Brown ne costruiscono una bomba e stanno per far saltare in aria il Vaticano; Nella storia, rubano l'antimateria dal più grande centro di ricerca nucleare europeo CERN, situato in Svizzera vicino a Ginevra. A differenza di una bomba all'idrogeno, che è efficace solo all'1%, una bomba all'antimateria sarebbe efficace al 100%. Durante l'annientamento di materia e antimateria, l'energia viene rilasciata in piena conformità con l'equazione di Einstein: E = mc 2.

Fondamentalmente, l'antimateria è il carburante ideale per i razzi. Secondo Gerald Smith della Pennsylvania State University, 4 mg di antimateria sarebbero sufficienti per volare su Marte, e cento grammi porterebbero la nave alle stelle vicine. L'annientamento dell'antimateria rilascia un miliardo di volte più energia di quella che può essere ottenuta dalla stessa quantità di carburante per missili moderni. Un motore ad antimateria sembrerebbe piuttosto semplice. Puoi semplicemente iniettare particelle di antimateria, una per una, in una speciale camera a razzo. Lì, si annientano con una sostanza comune, provocando un'esplosione titanica. I gas riscaldati vengono quindi espulsi da un'estremità della camera, creando una spinta a getto.

Siamo ancora molto lontani dal realizzare questo sogno. Gli scienziati sono riusciti a ottenere antielettroni e antiprotoni, nonché atomi di antiidrogeno, in cui l'antielettrone circola attorno all'antiprotone. Ciò è stato fatto sia al CERN che al Fermi National Accelerator Laboratory (più spesso chiamato Fermilab) vicino a Chicago sul Tevatron, il secondo più grande acceleratore di particelle al mondo (solo più grande del Large Hadron Collider del CERN). In entrambi i laboratori, i fisici hanno inviato un flusso di particelle ad alta energia al bersaglio e hanno ricevuto un flusso di frammenti, tra cui gli antiprotoni. Con l'aiuto di potenti magneti, l'antimateria è stata separata dalla materia ordinaria. Gli antiprotoni risultanti sono stati quindi rallentati e lasciati miscelare con antielettroni, ottenendo atomi di antiidrogeno.

Dave McGinnis, uno dei fisici del Fermilab, ha riflettuto a lungo sull'uso pratico dell'antimateria. Lui ed io eravamo in piedi accanto al Tevatron, e Dave mi stava spiegando l'economia scoraggiante dell'antimateria. L'unico modo conosciuto per ottenere una quantità significativa di antimateria, ha detto, è usare un potente collisore come il Tevatron; ma queste macchine sono estremamente costose e producono solo quantità molto piccole di antimateria. Ad esempio, nel 2004, il collisore del CERN ha dato agli scienziati diversi trilionesimi di grammo di antimateria, e questo piacere è costato agli scienziati $ 20 milioni. A quel prezzo, l'economia mondiale andrebbe in bancarotta prima di poter ottenere abbastanza antimateria per una spedizione stellare. Di per sé, i motori ad antimateria, ha sottolineato McGinnis, non sono particolarmente complicati e di certo non contraddicono le leggi della natura. Ma il costo di un tale motore non gli consentirà di essere effettivamente costruito nel prossimo futuro.

Una delle ragioni di un costo così alto dell'antimateria sono le enormi somme che devono essere spese per la costruzione di acceleratori e collisori. Tuttavia, gli stessi acceleratori sono macchine universali e vengono utilizzati principalmente non per la produzione di antimateria, ma per la produzione di tutti i tipi di particelle elementari esotiche. È uno strumento di ricerca fisica, non un apparato industriale.

Si può presumere che lo sviluppo di un nuovo tipo di collisore, progettato specificamente per la produzione di antimateria, potrebbe ridurne significativamente i costi. Quindi la produzione di massa di tali macchine produrrebbe una quantità significativa di antimateria. Harold Gerrish della NASA è fiducioso che il prezzo dell'antimateria potrebbe alla fine scendere a $ 5.000 per microgrammo.

Un'altra opportunità per usare l'antimateria come combustibile per razzi è trovare un meteorite di antimateria nello spazio. Se fosse stato trovato un oggetto del genere, la sua energia, molto probabilmente, sarebbe sufficiente per più di una nave stellare. Va detto che nel 2006 il dispositivo europeo PAMELA è stato lanciato come parte del satellite russo Resurs-DK, il cui scopo è la ricerca di antimateria naturale nello spazio.

Se è possibile rilevare l'antimateria nello spazio, per raccoglierla l'umanità dovrà inventare qualcosa come una rete elettromagnetica.

Quindi, sebbene i veicoli spaziali interstellari alimentati da antimateria siano un'idea molto reale e non contraddicano le leggi della natura, molto probabilmente non appariranno nel 21° secolo, a meno che alla fine del secolo gli scienziati non saranno in grado di ridurre il costo di antimateria a un valore ragionevole. Ma se questo potrà essere fatto, il progetto di un'astronave ad antimateria sarà sicuramente considerato uno dei primi.

Nanonavi

Siamo abituati da tempo agli effetti speciali in film come Star Wars e Star Trek; il pensiero di astronavi dà origine a immagini di enormi macchine futuristiche irte delle ultime invenzioni nel campo dei gadget high-tech su tutti i lati. Nel frattempo, c'è un'altra possibilità: usare la nanotecnologia per creare minuscole astronavi, non più grandi di un ditale o di un ago, o anche più piccole. Siamo fiduciosi in anticipo che le astronavi devono essere enormi, come l'Enterprise, e trasportare un intero equipaggio di astronauti. Ma con l'aiuto della nanotecnologia, le funzioni principali di un'astronave possono essere poste in un volume minimo, e quindi non un'enorme nave, in cui l'equipaggio dovrà vivere per molti anni, ma milioni di minuscole nanonavi andranno alle stelle . Forse solo una piccola parte di loro raggiungerà la loro destinazione, ma la cosa principale sarà fatta: dopo aver raggiunto uno dei satelliti del sistema di destinazione, queste navi costruiranno un impianto e garantiranno la produzione di un numero illimitato di proprie copie.

Vint Cerf ritiene che le nanonavi possano essere utilizzate sia per studiare il sistema solare che, nel tempo, per voli verso le stelle. Dice: "Se progettiamo nanodispositivi piccoli ma potenti che possono essere facilmente trasportati e consegnati in superficie, sotto la superficie e nell'atmosfera dei nostri pianeti e satelliti vicini, l'esplorazione del sistema solare diventerà molto più efficiente ... Le stesse possibilità possono essere estese all'esplorazione interstellare”.

È noto che in natura i mammiferi partoriscono solo pochi figli e si preoccupano che tutti sopravvivano. Gli insetti, d'altra parte, danno alla luce un numero enorme di giovani, ma solo una piccola parte di essi sopravvive. Entrambe le strategie hanno abbastanza successo da consentire alle specie di esistere sul pianeta per molti milioni di anni. Allo stesso modo, possiamo inviare nello spazio un'astronave molto costosa o milioni di minuscole astronavi, ognuna delle quali costa un centesimo e consuma pochissimo carburante.

Il concetto stesso di nanonavi si basa su una strategia di grande successo e ampiamente utilizzata in natura: la strategia del gregge. Uccelli, api e altri simili spesso volano in stormi o sciami. Il punto non è solo che un gran numero di parenti garantisce la sicurezza; inoltre, il gregge funge da sistema di allerta precoce. Se accade qualcosa di pericoloso a un'estremità del gregge, ad esempio un attacco di predatore, l'intero gregge riceve immediatamente informazioni al riguardo. Il gregge è molto efficiente ed energico. Gli uccelli, che volano in una caratteristica figura a forma di V - un cuneo, usano correnti turbolente dall'ala di un vicino di fronte e quindi facilitano il loro volo.

Gli scienziati parlano di uno sciame, un gregge o una famiglia di formiche come un "superorganismo", che in alcuni casi ha una propria mente, indipendente dalle capacità dei suoi singoli individui costituenti. Il sistema nervoso di una formica, ad esempio, è molto semplice e il cervello è molto piccolo, ma insieme la famiglia delle formiche è in grado di costruire la struttura più complessa: un formicaio. Gli scienziati sperano di trarre vantaggio dalle lezioni della natura durante lo sviluppo di robot "branco", che un giorno potrebbero dover intraprendere un lungo viaggio verso altri pianeti e stelle.

In qualche modo, tutto questo assomiglia al concetto di "polvere intelligente", che è stato sviluppato dal Pentagono: miliardi di particelle, dotate di minuscoli sensori, si disperdono nell'aria e conducono la ricognizione. Ogni sensore da solo non ha motivo e fornisce solo un minuscolo granello di informazioni, ma insieme possono fornire ai loro proprietari una montagna di tutti i tipi di dati. La DARPA ha sponsorizzato la ricerca in questo settore con un occhio alle future applicazioni militari, ad esempio utilizzando la polvere intelligente per tracciare le posizioni nemiche sul campo di battaglia. Nel 2007 e nel 2009. L'aeronautica americana ha pubblicato piani di armamento dettagliati per i prossimi decenni; ha di tutto, dalle versioni avanzate dell'aereo senza pilota Predator (oggi costa $ 4,5 milioni) a enormi stormi di sensori minuscoli, economici e delle dimensioni di una capocchia di spillo.

Anche gli scienziati sono interessati a questo concetto. Sciami di polvere intelligente sarebbero utili per il monitoraggio in tempo reale di un uragano da migliaia di punti diversi; allo stesso modo si possono osservare temporali, eruzioni vulcaniche, terremoti, inondazioni, incendi boschivi e altri fenomeni naturali. In The Tornado, ad esempio, osserviamo una squadra di coraggiosi cacciatori di uragani rischiare la vita e la salute posizionando sensori attorno a un tornado. Non solo è molto rischioso, ma anche poco efficace. Invece di rischiare la vita per posizionare diversi sensori attorno a un cratere vulcanico durante un'eruzione o attorno a un pilastro di tornado che attraversa la steppa e ricevere da essi informazioni su temperatura, umidità e velocità del vento, sarebbe molto più efficiente disperdere la polvere intelligente nel aria e ricevere dati contemporaneamente con migliaia di punti diversi, sparsi su un'area di centinaia di chilometri quadrati. In un computer, questi dati verranno aggiunti in un'immagine tridimensionale, che in tempo reale ti mostrerà lo sviluppo di un uragano o le varie fasi di un'eruzione. Le imprese commerciali stanno già lavorando ai prototipi di questi minuscoli sensori e alcuni di essi non sono più grandi di una capocchia di spillo.

Un altro vantaggio delle nanonavi è che richiedono pochissimo carburante per raggiungere lo spazio. Se enormi veicoli di lancio possono accelerare solo a velocità di 11 km/s, allora oggetti minuscoli come le nanonavi sono relativamente facili da lanciare nello spazio a velocità incredibilmente elevate. Ad esempio, le particelle elementari possono essere accelerate a velocità inferiori alla luce utilizzando un campo elettrico convenzionale. Se alle nanoparticelle viene data una piccola carica elettrica, possono anche essere facilmente accelerate da un campo elettrico.

Invece di spendere enormi somme di denaro per l'invio di sonde interplanetarie, puoi dotare ogni nanonave della capacità di autoreplicarsi; quindi, anche un nanobot potrebbe costruire una fabbrica di nanobot o persino una base lunare. Successivamente, nuove sonde autocopianti andranno ad esplorare altri mondi. (Il problema è creare il primo nanobot capace di autocopiarsi, e questa è ancora una questione per un futuro molto lontano.)

Nel 1980, la NASA prese l'idea di un robot autoreplicante abbastanza seriamente da ordinare uno studio speciale dell'Università di Santa Clara chiamato "Automazione avanzata per problemi spaziali" e considerare in dettaglio diverse possibili opzioni. Uno degli scenari considerati dagli scienziati della NASA prevedeva l'invio sulla luna di piccoli robot autocopianti. Lì, i robot dovevano impostare la produzione del proprio tipo da materiali di scarto.

La relazione su questo programma era principalmente dedicata alla creazione di un impianto chimico per la lavorazione del suolo lunare (regolite). Si supponeva, ad esempio, che un robot atterrasse sulla luna, si dividesse nelle sue parti costituenti e poi ne assemblasse una nuova configurazione, proprio come un robot che trasforma un giocattolo. Quindi, il robot potrebbe assemblare grandi specchi parabolici per focalizzare la luce solare e iniziare a fondere la regolite. Quindi, usando l'acido fluoridrico, estraeva metalli utilizzabili e altre sostanze dalla fusione della regolite. Una base lunare potrebbe essere costruita con i metalli. Nel tempo, il robot avrebbe costruito una piccola fabbrica lunare per la produzione delle proprie copie.

Sulla base dei dati di questo rapporto, l'Advanced Concepts Institute della NASA ha lanciato una serie di progetti basati sull'uso di robot autoreplicanti. Mason Peck della Cornell University è stato uno di quelli che ha preso sul serio l'idea di piccole astronavi.

Ho visitato Peck in laboratorio e ho visto con i miei occhi un banco da lavoro disseminato di ogni sorta di componenti che un giorno, forse, sono destinati ad andare nello spazio. Accanto al banco da lavoro c'era anche una piccola camera bianca con pareti in plastica, dove venivano assemblati i delicati componenti dei futuri satelliti.

La visione di Peck dell'esplorazione spaziale è molto diversa da tutto ciò che vediamo nei film di Hollywood. Presuppone la possibilità di creare un microcircuito di dimensioni centimetro per centimetro e del peso di un grammo, che può essere accelerato all'1% della velocità della luce. Ad esempio, può sfruttare l'effetto fionda, con l'aiuto del quale la NASA accelera le sue stazioni interplanetarie a velocità incredibili. Questo aiuto gravitazionale implica il volo intorno al pianeta; allo stesso modo, una pietra in una fionda, trattenuta da una cintura gravitazionale, accelera, volando in cerchio e spara nella direzione desiderata. Qui, la gravità del pianeta aiuta a dare alla navicella una velocità aggiuntiva.

Ma Peck vuole usare le forze magnetiche invece della gravità. Si aspetta di forzare la microstellare a descrivere un anello nel campo magnetico di Giove, che è 20.000 volte l'intensità del campo magnetico terrestre ed è abbastanza paragonabile ai campi negli acceleratori terrestri, in grado di accelerare le particelle elementari a energie di trilioni di elettronvolt.

Mi ha mostrato un campione: un microcircuito che, secondo il suo progetto, potrebbe un giorno fare un lungo viaggio intorno a Giove. Era un quadratino minuscolo, meno di un dito, pieno di ogni genere di materiale scientifico. In generale, la navicella interstellare di Peck sarà molto semplice. Da un lato, il chip ha una batteria solare, che deve fornire energia per la comunicazione, dall'altro - un trasmettitore radio, una videocamera e altri sensori. Questo dispositivo non ha un motore e il campo magnetico di Giove dovrà accelerarlo. (Sfortunatamente, nel 2007, l'Advanced Concepts Institute della NASA, che aveva finanziato questo e altri progetti innovativi per il programma spaziale dal 1998, è stato chiuso a causa di tagli al budget.)

Possiamo vedere che il concetto di astronave di Peck è molto diverso da quello adottato nella fantascienza, dove enormi astronavi solcano la vastità dell'universo sotto il controllo di una squadra di coraggiosi astronauti. Ad esempio, se una base scientifica apparisse su una delle lune di Giove, dozzine di tali piccole navi potrebbero essere rilasciate in orbita attorno al gigante gassoso. Se, tra le altre cose, su questa luna apparisse una batteria di cannoni laser, le minuscole navi potrebbero essere accelerate a una frazione della velocità della luce accelerandole con un raggio laser.

Poco dopo, ho fatto a Peck una semplice domanda: può ridurre il suo chip alle dimensioni di una molecola usando la nanotecnologia? Quindi anche il campo magnetico di Giove non sarà richiesto: possono essere accelerati a velocità subluminali in un acceleratore convenzionale costruito sulla Luna. Ha detto che era possibile, ma non aveva ancora elaborato i dettagli.

Quindi abbiamo preso un pezzo di carta e insieme abbiamo iniziato a scrivere le equazioni e a capire cosa ne sarebbe uscito. (Questo è il modo in cui noi scienziati comunichiamo tra di noi: andiamo con il gesso alla lavagna o prendiamo un pezzo di carta e proviamo a risolvere il problema usando varie formule.) Abbiamo scritto un'equazione per la forza di Lorentz, che Peck intende usare per accelerare le sue navi vicino a Giove. Poi abbiamo ridotto mentalmente le navi alle dimensioni di molecole e le abbiamo collocate mentalmente in un ipotetico acceleratore come il Large Hadron Collider. Ci siamo subito resi conto che con l'aiuto di un acceleratore convenzionale situato sulla luna, le nostre nano-astronave potevano essere accelerate a velocità vicine alla velocità della luce senza problemi. Riducendo le dimensioni dell'astronave da una lastra di centimetro a una molecola, siamo stati in grado di ridurre l'acceleratore necessario per la loro accelerazione; ora, invece di Giove, potremmo usare un tradizionale acceleratore di particelle. L'idea ci sembrava abbastanza reale.

Tuttavia, dopo aver analizzato ancora una volta le equazioni, siamo giunti a una conclusione generale: l'unico problema qui è la stabilità e la forza delle nanonavi. L'acceleratore farà a pezzi le nostre molecole? Come una palla su una corda, queste nanonavi, quando accelerano a velocità prossime alla luce, sperimenteranno l'azione delle forze centrifughe. Inoltre, saranno caricati elettricamente, in modo che anche le forze elettriche minaccino la loro integrità. La conclusione generale: sì, le nanonavi sono una possibilità reale, ma ci vorranno decenni di ricerca prima che il chip di Peck possa essere ridotto alle dimensioni di una molecola e amplificato in modo che l'accelerazione alla velocità prossima alla luce non possa danneggiarlo in alcun modo.

Nel frattempo, Mason Peck sogna di inviare uno sciame di nanoastronavi alla stella più vicina nella speranza che almeno alcune di esse superino lo spazio interstellare che ci separa. Ma cosa faranno quando arriveranno a destinazione?

È qui che entra in gioco il progetto di Pei Zhang alla Carnegie Mellon University nella Silicon Valley. Ha creato un'intera flotta di mini-elicotteri, che un giorno, forse, sono destinati a salire nell'atmosfera di un pianeta alieno. Mi ha mostrato con orgoglio il suo sciame di mini-bot che assomigliano a elicotteri giocattolo. Tuttavia, la semplicità esteriore inganna. Ho visto perfettamente che ognuno di loro ha un chip pieno di elettronica sofisticata. Al tocco di un pulsante, Zhang ha sollevato in aria quattro minibot, che hanno immediatamente volato in direzioni diverse e hanno iniziato a trasmetterci informazioni. Ben presto fui circondato da minibot su tutti i lati.

Tali elicotteri, mi ha detto Zhang, dovrebbero fornire assistenza in circostanze critiche come incendi o esplosioni; il loro compito è la raccolta di informazioni e l'intelligenza. Nel tempo i minibot possono essere dotati di telecamere e sensori di temperatura, pressione, direzione del vento, ecc.; in caso di calamità naturali o provocate dall'uomo, tali informazioni possono essere vitali. Migliaia di minibot possono essere lanciati sul campo di battaglia, sugli incendi o (perché no?) su un paesaggio alieno inesplorato. Tutti loro sono in continua comunicazione tra loro. Se un minibot colpisce un ostacolo, il resto lo saprà immediatamente.

Quindi, uno degli scenari per il viaggio interstellare è sparare in direzione della stella più vicina con migliaia di chip usa e getta economici, simili a quelli di Mason Peck, che volano alla velocità della luce. Se anche solo una piccola parte di loro raggiunge la loro destinazione, le mini-astronave rilasceranno le loro ali o eliche e, come lo sciame meccanico di Pei Zhang, voleranno su un paesaggio alieno senza precedenti. Invieranno informazioni via radio direttamente sulla Terra. Non appena verranno trovati pianeti promettenti, la seconda generazione di mini-astronave partirà; il loro compito sarà già quello di costruire fabbriche per la produzione delle stesse miniastronavi presso una stella lontana, che andranno poi alla stella successiva. Il processo si svilupperà all'infinito.

Esodo dalla Terra?

Entro il 2100, probabilmente invieremo astronauti su Marte e nella fascia degli asteroidi, esploreremo le lune di Giove e prenderemo sul serio l'invio di una sonda alle stelle.

Ma che dire dell'umanità? Avremo colonie spaziali e riusciranno a risolvere il problema della sovrappopolazione? Troveremo una nuova casa nello spazio? La razza umana inizierà a lasciare la Terra entro il 2100?

No. Dato il costo del viaggio spaziale, la maggior parte delle persone non salirà a bordo di un'astronave né vedrà pianeti lontani nel 2100, o anche molto più tardi. Forse a quest'ora una manciata di astronauti avrà il tempo di creare diversi minuscoli avamposti dell'umanità su altri pianeti e satelliti, ma l'umanità nel suo insieme rimarrà incatenata alla Terra.

Poiché la Terra sarà la casa dell'umanità per più di un secolo, poniamoci la domanda: come si svilupperà la civiltà umana? Che impatto avrà la scienza sugli stili di vita, sul lavoro e sulla società? La scienza è il motore della prosperità, quindi vale la pena considerare come cambierà la civiltà umana e il nostro benessere in futuro.

Appunti:

La base per determinare le coordinate dell'utente non è la misurazione degli spostamenti di frequenza, ma solo il tempo di transito dei segnali provenienti da più satelliti situati a distanze diverse (ma note in ogni momento) da esso. Per determinare tre coordinate spaziali, in linea di principio, è sufficiente elaborare i segnali di quattro satelliti, anche se solitamente il ricevitore "prende in considerazione" tutti i satelliti funzionanti che sente al momento. Esiste anche un metodo più accurato (ma anche più difficile da implementare) basato sulla misurazione della fase del segnale ricevuto. - Circa. per.

O in un'altra lingua terrena, a seconda di dove è stato girato il film. - Circa. per.

Il progetto TPF ha davvero figurato nei piani a lungo termine della NASA per molto tempo, ma è sempre rimasto un "progetto cartaceo" lontano dalla fase di attuazione pratica. Il progetto di bilancio per l'anno fiscale 2012 non lo include, né un secondo progetto della stessa area tematica - "Fotografo di pianeti simili alla Terra" (TPI). Forse il loro successore sarà la missione Nuovi Mondi per ottenere immagini e spettroscopia di pianeti simili alla Terra, ma nulla si può dire sui tempi del suo lancio. - Circa. per.

In effetti, non si trattava della sensibilità, ma della qualità della superficie dello specchio. - Circa. per.

Questo progetto è stato selezionato nel febbraio 2009 per l'implementazione congiunta dalla NASA e dall'Agenzia spaziale europea. All'inizio del 2011, gli americani si sono ritirati dal progetto per mancanza di fondi e l'Europa ha rinviato la sua decisione di parteciparvi fino a febbraio 2012. Il progetto Ice Clipper menzionato di seguito è stato proposto per la competizione della NASA nel 1997 e non è stato accettato. - Circa. per.

Ahimè, anche in questo il testo è obsoleto. Come EJSM, questo progetto congiunto ha perso il sostegno degli Stati Uniti all'inizio del 2011 ed è in fase di revisione, rivendicando lo stesso budget EKA di EJSM e dell'IXO International X-ray Observatory. Solo uno di questi tre progetti in forma ridotta può essere approvato per l'attuazione nel 2012 e il lancio può avvenire dopo il 2020 - ca. per.

E alcuni di loro vengono interrogati. - Circa. per.

A rigor di termini, questo era il nome del programma della NASA progettato per soddisfare i requisiti di Bush, le cui principali disposizioni sono descritte dall'autore di seguito. - Circa. per.

Gli Stati Uniti hanno missili e non hanno bisogno di essere inventati da zero: la navicella spaziale Orion può essere lanciata da una versione pesante - una portaerei Delta IV, e navi private più leggere - su razzi Atlas V o Falcon-9. Ma non c'è un solo veicolo spaziale con equipaggio pronto, e non ci sarà un solo veicolo spaziale con equipaggio pronto nei prossimi tre o quattro anni. - Circa. per.

Non si tratta, ovviamente, di distanza, ma di aumentare e diminuire la velocità richiesta per i voli. È inoltre auspicabile limitare la durata della spedizione al fine di ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni dell'equipaggio. In sintesi, queste restrizioni possono comportare uno schema di volo con un consumo di carburante molto elevato e, di conseguenza, un'elevata massa del complesso di spedizione e il suo costo. - Circa. per.

Questo non è vero. I gas caldi sono penetrati nell'ala sinistra del Columbia e, dopo un riscaldamento prolungato, lo hanno privato della sua forza. L'ala è stata deformata, la nave ha perso il suo unico orientamento corretto durante la frenata nell'alta atmosfera ed è stata distrutta dalle forze aerodinamiche. Gli astronauti sono stati uccisi dalla depressurizzazione e dai carichi d'urto insopportabili. - Circa. per.

Nel febbraio 2010, l'amministrazione Obama ha annunciato la completa chiusura del programma Constellation, inclusa la navicella spaziale Orion, ma ad aprile ha accettato di tenerla come veicolo di soccorso per la ISS. Nel 2011, è stato raggiunto un consenso sull'inizio immediato del finanziamento per il vettore superpesante SLS basato sugli elementi della navetta e sulla continuazione dei lavori su Orion senza annunciare formalmente gli obiettivi di un promettente programma con equipaggio. - Circa. per.

Niente del genere! In primo luogo, i russi e gli americani che volano insieme da sei mesi ormai atterrano in buona salute e il giorno dell'atterraggio sono in grado, seppur con cautela, di camminare. In secondo luogo, lo stesso era lo stato dei cosmonauti sovietici e russi dopo i voli record della durata di 366 e 438 giorni, poiché i mezzi che abbiamo sviluppato per combattere gli effetti dei fattori di volo spaziale sono sufficienti per tali periodi. In terzo luogo, Andriyan Nikolaev e Vitaly Sevastyanov riuscivano a malapena a strisciare dopo il loro volo record di 18 giorni su Soyuz-9 nel 1970, quando praticamente non erano state ancora prese misure preventive. - Circa. per.

La rotazione della nave o di una sua parte attorno all'asse è abbastanza semplice e non richiede quasi nessun consumo di carburante aggiuntivo. Un'altra cosa è che potrebbe non essere molto conveniente per l'equipaggio lavorare in tali condizioni. Tuttavia, non ci sono praticamente dati sperimentali su questo punteggio. - Circa. per.

Questa stima popolare del costo dell'ISS non è corretta, poiché include artificialmente i costi di tutti i voli navetta durante il periodo della sua costruzione e funzionamento. La progettazione e la produzione di componenti della stazione, attrezzature scientifiche e controllo di volo sono ora stimati a circa 58 miliardi di dollari in quasi 30 anni (1984-2011). - Circa. per.

L'ascensore spaziale non può terminare all'altezza dell'orbita geostazionaria: affinché possa essere sospeso immobile e fungere da supporto per il movimento delle cabine di trasporto, il sistema deve essere dotato di un contrappeso a un'altitudine fino a 100.000 km. - Circa. per.

La seconda istanza di questo veicolo spaziale, NanoSail-D2, è stata lanciata il 20 novembre 2010 insieme al satellite Fastsat, separata da esso il 17 gennaio 2011 e ha dispiegato con successo una vela spaziale di 10 m2. - Circa. per.

Nel maggio 2011, tre "satelliti chip" sperimentali del team di Peck sono stati consegnati alla ISS per test di vita nello spazio. - Circa. per.

Questa trasmissione è di per sé un compito arduo. - Circa. per.

Nel 2011, gli Stati Uniti hanno interrotto il funzionamento del sistema di trasporto spaziale con lo Space Shuttle riutilizzabile, a seguito del quale le navi russe della famiglia Soyuz sono diventate l'unico mezzo per consegnare gli astronauti alla Stazione Spaziale Internazionale. Nei prossimi anni, questa situazione persisterà, dopodiché si prevede che nuove navi saranno in grado di competere con la Soyuz. Nuovi sviluppi nel campo dell'astronautica con equipaggio vengono creati sia nel nostro paese che all'estero.

Federazione Russa"

Negli ultimi decenni, l'industria spaziale russa ha fatto diversi tentativi per creare un promettente veicolo spaziale con equipaggio adatto a sostituire la Soyuz. Tuttavia, questi progetti non hanno ancora prodotto i risultati attesi. Il tentativo più nuovo e promettente di sostituire la Soyuz è il progetto della Federazione, che propone la costruzione di un sistema riutilizzabile nell'esecuzione con equipaggio e carico.

Modelli della nave della Federazione. Foto Wikimedia Commons

Nel 2009, l'Energia Rocket and Space Corporation ha ricevuto un ordine per la progettazione di un veicolo spaziale designato come Advanced Manned Transport System. Il nome "Federazione" è apparso solo pochi anni dopo. Fino a poco tempo, RSC Energia è stata coinvolta nello sviluppo della documentazione richiesta. La costruzione della prima nave del nuovo tipo è iniziata nel marzo dello scorso anno. Presto il campione finito inizierà a essere testato negli stand e nei siti di prova.

In conformità con gli ultimi piani annunciati, il primo volo spaziale della Federazione avrà luogo nel 2022 e il veicolo spaziale invierà merci in orbita. Il primo volo con equipaggio a bordo è previsto per il 2024. Dopo aver effettuato i controlli previsti, la nave potrà svolgere le missioni più ardite. Quindi, nella seconda metà del prossimo decennio, potrebbe aver luogo un sorvolo della Luna senza equipaggio e con equipaggio.

La nave, composta da una cabina cargo-passeggeri riutilizzabile a rendere e da un vano motore monouso, può pesare fino a 17-19 tonnellate e, a seconda degli obiettivi e del carico utile, può imbarcare fino a sei cosmonauti o 2 tonnellate di carico. Al rientro, il mezzo di discesa può contenere fino a 500 kg di carico. È noto lo sviluppo di diverse versioni della nave per risolvere diversi problemi. Con la configurazione appropriata, la Federazione sarà in grado di inviare persone o merci sulla ISS, o lavorare in orbita da sola. La nave dovrebbe essere utilizzata anche in futuri voli sulla Luna.

L'industria spaziale americana, rimasta senza Shuttle alcuni anni fa, nutre grandi speranze per il promettente progetto Orion, che è uno sviluppo delle idee del programma chiuso Constellation. Diverse organizzazioni leader, sia americane che straniere, sono state coinvolte nello sviluppo di questo progetto. Quindi, l'Agenzia spaziale europea è responsabile della creazione del compartimento aggregato e Airbus costruirà tali prodotti. La scienza e l'industria americane sono rappresentate dalla NASA e dalla Lockheed Martin.

Modello di nave di Orione. Foto della NASA

Il progetto Orion nella sua forma attuale è stato lanciato nel 2011. A questo punto, la NASA era riuscita a completare parte del lavoro sul programma Constellation, ma dovette essere abbandonato. Alcuni sviluppi sono stati trasferiti da questo progetto a uno nuovo. Già il 5 dicembre 2014, gli specialisti americani sono riusciti a condurre il primo lancio di prova di un promettente veicolo spaziale in una configurazione senza equipaggio. Non sono ancora stati effettuati nuovi lanci. In conformità con i piani stabiliti, gli autori del progetto devono completare il lavoro necessario e solo dopo sarà possibile iniziare una nuova fase di test.

Secondo i piani attuali, il nuovo volo della navicella spaziale Orion nella configurazione di un camion spaziale avverrà solo nel 2019, dopo la comparsa dello Space Launch System. La versione senza equipaggio della navicella dovrà funzionare dalla ISS, oltre a volare intorno alla luna. Gli astronauti saranno a bordo dell'Orion dal 2023. Sono previsti lunghi voli con equipaggio per la seconda metà del prossimo decennio, compresi quelli con sorvolo intorno alla luna. In futuro, non è esclusa la possibilità di utilizzare il sistema Orion nel programma marziano.

La nave con un peso massimo al lancio di 25,85 tonnellate riceverà un compartimento sigillato con un volume di poco meno di 9 metri cubi, che le consentirà di trasportare merci o persone sufficientemente grandi. Sarà possibile trasportare fino a sei persone nell'orbita terrestre. L'equipaggio lunare sarà limitato a quattro astronauti. La modifica del carico della nave solleverà fino a 2-2,5 tonnellate con la possibilità di restituire in sicurezza una massa più piccola.

CST-100 Starliner

In alternativa al veicolo spaziale Orion, si può prendere in considerazione il CST-100 Starliner, sviluppato da Boeing come parte del programma NASA Commercial Crew Transportation Capability. Il progetto prevede la realizzazione di un veicolo spaziale con equipaggio in grado di portare diverse persone in orbita e tornare sulla terra. A causa di una serie di caratteristiche del design, comprese quelle associate all'uso una tantum della tecnologia, si prevede di dotare la nave di sette posti per gli astronauti contemporaneamente.

CST-100 è in orbita, finora solo dal punto di vista dell'artista. disegno della NASA

Starliner è stata fondata nel 2010 da Boeing e Bigelow Aerospace. Il progetto durò diversi anni e a metà di questo decennio avrebbe dovuto effettuare il primo varo della nuova nave. Tuttavia, a causa di alcune difficoltà, l'inizio del test è stato rinviato più volte. Secondo una recente decisione della NASA, il primo lancio del veicolo spaziale CST-100 con carico a bordo dovrebbe avvenire nell'agosto di quest'anno. Inoltre, Boeing ha ricevuto l'autorizzazione per un volo con equipaggio a novembre. Apparentemente, la promettente nave sarà pronta per i test in un futuro molto prossimo e non saranno più necessarie nuove modifiche al programma.

Starliner differisce da altri progetti di promettenti veicoli spaziali con equipaggio di sviluppo americano e straniero per obiettivi più modesti. Come concepita dai creatori, questa nave dovrà trasportare persone alla ISS o ad altre promettenti stazioni attualmente in fase di sviluppo. Non sono previsti voli fuori dall'orbita terrestre. Tutto ciò riduce i requisiti per la nave e, di conseguenza, consente di ottenere risparmi significativi. Costi di progetto inferiori e costi di spedizione degli astronauti ridotti possono essere un buon vantaggio competitivo.

Una caratteristica della nave CST-100 sono le sue dimensioni piuttosto grandi. La capsula abitabile avrà un diametro di poco superiore a 4,5 me la lunghezza totale della nave supererà i 5 m, la massa complessiva è di 13 tonnellate, si precisa che verranno utilizzate grandi dimensioni per ottenere il massimo volume interno. Per ospitare attrezzature e persone è stato realizzato un vano sigillato con un volume di 11 metri cubi. Sarà possibile installare sette sedie per gli astronauti. A questo proposito, la nave Starliner - se riesce a raggiungere il servizio - potrebbe diventare uno dei leader.

Drago v2

Pochi giorni fa, la NASA ha anche fissato le date per i nuovi voli di prova dei veicoli spaziali di SpaceX. Quindi, il primo lancio di prova di un veicolo spaziale con equipaggio del tipo Dragon V2 è previsto per dicembre 2018. Questo prodotto è una versione ridisegnata del "camion" Dragon esistente in grado di trasportare persone. Lo sviluppo del progetto è iniziato molto tempo fa, ma solo ora si sta avvicinando alla sperimentazione.

Dragon V2 dj nave finta ora di presentazione. Foto della NASA

Il progetto Dragon V2 prevede l'utilizzo di una stiva di carico riprogettata e adattata al trasporto di persone. A seconda delle esigenze del cliente, si dice, una nave del genere sarà in grado di portare in orbita fino a sette persone. Come il suo predecessore, il nuovo "Dragon" sarà riutilizzabile e potrà effettuare nuovi voli dopo piccole riparazioni. Lo sviluppo del progetto è in corso da diversi anni, ma i test non sono ancora iniziati. Solo nell'agosto 2018, SpaceX lancerà Dragon V2 nello spazio per la prima volta; questo volo avverrà senza astronauti a bordo. Un volo con equipaggio completo, come indicato dalla NASA, è previsto per dicembre.

SpaceX è noto per i suoi piani audaci per qualsiasi progetto futuro e un veicolo spaziale con equipaggio non fa eccezione. Inizialmente, Dragon V2 dovrebbe essere utilizzato solo per inviare persone alla ISS. È anche possibile utilizzare tale nave in missioni orbitali indipendenti della durata di diversi giorni. In un lontano futuro, è previsto l'invio di una nave sulla luna. Inoltre, con il suo aiuto vogliono organizzare una nuova "rotta" del turismo spaziale: veicoli con passeggeri su base commerciale voleranno intorno alla luna. Tuttavia, tutto questo è ancora una questione di un lontano futuro e la nave stessa non ha nemmeno avuto il tempo di superare tutti i test necessari.

Di medie dimensioni, il Dragon V2 ha un vano sigillato con un volume di 10 metri cubi e un vano di 14 metri cubi senza chiusura. Secondo la società di sviluppo, sarà in grado di consegnare poco più di 3,3 tonnellate di carico alla ISS e restituire 2,5 tonnellate alla Terra.In una configurazione con equipaggio, si propone di installare sette sedili di alloggio nella cabina di pilotaggio. Così, il nuovo "Dragon" potrà, almeno, non essere inferiore ai concorrenti in termini di capacità di carico. Si propone di ottenere vantaggi economici attraverso il riutilizzo.

Astronave India

Insieme ai principali paesi dell'industria spaziale, altri stati stanno cercando di creare le proprie versioni di veicoli spaziali con equipaggio. Quindi, nel prossimo futuro, potrebbe aver luogo il primo volo di una promettente navicella spaziale indiana con astronauti a bordo. L'Indian Space Research Organisation (ISRO) sta lavorando al proprio progetto di navicella spaziale dal 2006 e ha già completato parte del lavoro richiesto. Per qualche ragione, questo progetto non ha ancora ricevuto una designazione completa ed è ancora noto come "veicolo spaziale dell'ISRO".

Promettente nave indiana e il suo vettore. Figura Timesofindia.indiatimes.com

Secondo dati noti, il nuovo progetto ISRO prevede la costruzione di un veicolo con equipaggio relativamente semplice, compatto e leggero, simile alle prime navi Paesi esteri... In particolare, c'è una certa somiglianza con la tecnologia americana della famiglia Mercury. Parte del lavoro di progettazione è stata completata diversi anni fa e il 18 dicembre 2014 ha avuto luogo il primo varo della nave con carico di zavorra. Quando il nuovo veicolo spaziale consegnerà i primi cosmonauti in orbita non è noto. La tempistica di questo evento è stata spostata più volte e finora non ci sono dati su questo punteggio.

Il progetto ISRO propone la realizzazione di una capsula del peso non superiore a 3,7 tonnellate con un volume interno di alcuni metri cubi. Con il suo aiuto, si prevede di portare in orbita tre cosmonauti. L'autonomia è dichiarata a livello della settimana. Le prime missioni dell'astronave riguarderanno l'essere in orbita, le manovre, ecc. In futuro, gli scienziati indiani stanno pianificando due lanci con un incontro e l'attracco delle navi. Tuttavia, questo è ancora molto lontano.

Dopo lo sviluppo dei voli in orbita vicino alla Terra, l'Indian Space Research Organization prevede di creare diversi nuovi progetti. Ci sono piani per creare un veicolo spaziale riutilizzabile di nuova generazione, così come voli con equipaggio sulla Luna, che probabilmente saranno effettuati in collaborazione con colleghi stranieri.

Progetti e prospettive

Promettenti veicoli spaziali con equipaggio vengono ora creati in diversi paesi. In questo caso, stiamo parlando di diversi prerequisiti per l'emergere di nuove navi. Quindi, l'India intende sviluppare il suo primo progetto, la Russia sostituirà le "unioni" esistenti e gli Stati Uniti hanno bisogno di navi nazionali con la capacità di trasportare persone. In quest'ultimo caso, il problema si manifesta così chiaramente che la NASA è costretta a sviluppare o supportare contemporaneamente diversi progetti di promettenti tecnologie spaziali.

Nonostante i diversi prerequisiti per la creazione, i progetti promettenti hanno quasi sempre obiettivi simili. Tutte le potenze spaziali metteranno in funzione nuovi veicoli spaziali con equipaggio, adatti almeno per i voli orbitali. Allo stesso tempo, la maggior parte dei progetti attuali viene creata tenendo conto del raggiungimento di nuovi obiettivi. Dopo alcune modifiche, alcune delle nuove navi dovranno uscire dall'orbita e andare, almeno, sulla luna.

Curiosamente, la maggior parte dei primi lanci di nuova tecnologia è prevista per lo stesso periodo. Dalla fine del decennio in corso alla metà degli anni venti, diversi paesi intendono testare nella pratica i loro ultimi sviluppi. Se si otterranno i risultati desiderati, l'industria spaziale cambierà notevolmente entro la fine del prossimo decennio. Inoltre, grazie alla lungimiranza degli sviluppatori di nuove tecnologie, l'astronautica potrà non solo lavorare nell'orbita terrestre, ma anche volare sulla Luna o addirittura prepararsi per missioni più ardite.

Progetti promettenti di veicoli spaziali con equipaggio, creati in diversi paesi, non hanno ancora raggiunto la fase di veri e propri test e voli con un equipaggio a bordo. Tuttavia, molti di questi lanci avranno luogo già quest'anno e tali voli continueranno in futuro. Lo sviluppo dell'industria spaziale continua e dà i risultati sperati.

Sulla base di materiali provenienti da siti:
http://tass.ru/
http://ria.ru/
https://energia.ru/
http://spazio.com/
https://roscosmos.ru/
https://nasa.gov/
http://boeing.com/
http://spacex.com/
http://hindustantimes.com/

Il sistema solare non è stato a lungo di particolare interesse per gli scrittori di fantascienza. Ma, sorprendentemente, per alcuni scienziati, i nostri pianeti "di casa" non suscitano molta ispirazione, sebbene non siano ancora stati praticamente esplorati.

Avendo appena tagliato una finestra nello spazio, l'umanità è strappata a distanze sconosciute, e non solo nei sogni, come prima.
Sergei Korolyov ha anche promesso di volare presto nello spazio "su un biglietto sindacale", ma questa frase ha già mezzo secolo e l'odissea nello spazio è ancora il destino dell'élite - un piacere troppo costoso. Tuttavia, due anni fa, HACA ha lanciato un progetto ambizioso Astronave da 100 anni, che presuppone una creazione graduale ea lungo termine di una base scientifica e tecnica per i voli spaziali.

Questo programma senza precedenti dovrebbe attirare scienziati, ingegneri e appassionati da tutto il mondo. Se tutto sarà coronato da successo, in 100 anni l'umanità sarà in grado di costruire una nave interstellare e ci sposteremo nel sistema solare come sui tram.

Quindi quali problemi devono essere risolti affinché il volo stellare diventi una realtà?

TEMPO E VELOCITÀ SONO RELATIVI

L'astronautica dei veicoli spaziali automatici sembra ad alcuni scienziati un problema quasi risolto, stranamente. E questo nonostante il fatto che non abbia assolutamente senso lanciare macchine verso le stelle con le attuali velocità di lumaca (circa 17 km / s) e altre attrezzature primitive (per strade così sconosciute).

Ora le navicelle spaziali americane Pioneer-10 e Voyager-1 hanno lasciato il sistema solare e non c'è più alcun collegamento con loro. Pioneer 10 si sta dirigendo verso la stella Aldebaran. Se non gli succede nulla, raggiungerà le vicinanze di questa stella... tra 2 milioni di anni. Allo stesso modo, altri dispositivi strisciano attraverso le distese dell'Universo.

Quindi, indipendentemente dal fatto che la nave sia abitata o meno, per volare verso le stelle ha bisogno di un'alta velocità, vicina alla velocità della luce. Tuttavia, questo aiuterà a risolvere il problema di volare solo verso le stelle più vicine.

"Anche se riuscissimo a costruire una nave stellare che potesse volare a una velocità vicina alla velocità della luce", ha scritto K. Feoktistov, "il tempo di viaggio nella sola nostra Galassia sarà contato in millenni e decine di millenni, dal momento che il suo diametro è di circa 100.000 anni luce. Ma molto altro passerà sulla Terra durante questo periodo”.

Secondo la teoria della relatività, il corso del tempo in due sistemi che si muovono l'uno rispetto all'altro è diverso. Poiché a grandi distanze la nave avrà il tempo di sviluppare una velocità molto vicina alla velocità della luce, la differenza di tempo sulla Terra e sulla nave sarà particolarmente grande.

Si presume che il primo obiettivo dei voli interstellari sarà Alpha Centauri (un sistema di tre stelle) - il più vicino a noi. Puoi volare lì alla velocità della luce in 4,5 anni, sulla Terra durante questo periodo ci vorranno dieci anni. Ma maggiore è la distanza, maggiore è la differenza di tempo.

Ricordate la famosa "Nebulosa Andromeda" di Ivan Efremov? Lì, il volo è misurato in anni e terreno. Una bella favola, non dirai nulla. Tuttavia, questa ambita nebulosa (più precisamente la galassia di Andromeda) si trova a una distanza di 2,5 milioni di anni luce da noi.

Secondo alcuni calcoli, il viaggio durerà più di 60 anni per gli astronauti (secondo le ore dell'astronave), ma sulla Terra passerà un'intera era. In che modo i loro lontani discendenti incontreranno lo spazio "Neaderthals"? E la Terra sarà ancora viva? Cioè, il ritorno è fondamentalmente privo di significato. Tuttavia, come il volo stesso: dobbiamo ricordare che vediamo la galassia della nebulosa di Andromeda com'era 2,5 milioni di anni fa, purché la sua luce ci raggiunga. Qual è il punto di volare verso una destinazione sconosciuta, che, forse, non esiste da molto tempo, almeno nella sua forma precedente e nel vecchio posto?

Ciò significa che anche i voli alla velocità della luce sono giustificati solo per stelle relativamente vicine. Tuttavia, i veicoli che volano alla velocità della luce vivono ancora solo nella teoria, che assomiglia alla fantascienza, tuttavia, scientifica.

NAVE A DIMENSIONE DEL PIANETA

Naturalmente, prima di tutto, gli scienziati hanno avuto l'idea di utilizzare la reazione termonucleare più efficace nel motore della nave, come già parzialmente padroneggiata (per scopi militari). Tuttavia, per viaggiare in entrambe le direzioni a una velocità prossima alla luce, anche con un sistema ideale, è necessario un rapporto tra massa iniziale e finale di almeno 10 alla trentesima potenza. Cioè, l'astronave sarà come un'enorme composizione con carburante delle dimensioni di un piccolo pianeta. È impossibile lanciare un tale colosso nello spazio dalla Terra. E anche per assemblare in orbita, non è per niente che gli scienziati non discutono di questa opzione.

L'idea di un motore a fotoni che utilizza il principio dell'annichilazione della materia è molto popolare.

L'annientamento è la trasformazione di una particella e di un'antiparticella, quando si scontrano, in qualsiasi altra particella rispetto a quelle originali. Il più studiato è l'annientamento di un elettrone e di un positrone, che genera fotoni, la cui energia muoverà l'astronave. I calcoli dei fisici americani Ronan Keane e Wei-ming Zhang mostrano che, sulla base delle moderne tecnologie, è possibile creare un motore di annientamento in grado di accelerare un veicolo spaziale al 70% della velocità della luce.

Tuttavia, iniziano ulteriori problemi. Sfortunatamente, usare l'antimateria come propellente non è facile. Durante l'annientamento, si verificano esplosioni di potenti radiazioni gamma, che sono fatali per gli astronauti. Inoltre, il contatto del carburante di positroni con la nave è irto di un'esplosione fatale. Infine, non esistono ancora tecnologie per ottenere una quantità sufficiente di antimateria e la sua conservazione a lungo termine: ad esempio, un atomo di antiidrogeno ora "vive" meno di 20 minuti, e la produzione di un milligrammo di positroni costa 25 milioni di dollari.

Ma, supponiamo, nel tempo, questi problemi possono essere risolti. Tuttavia, sarà ancora necessario molto carburante e la massa iniziale dell'astronave fotonica sarà paragonabile alla massa della Luna (secondo la stima di Konstantin Feoktistov).

SPEZZA LA VELA!

L'astronave più popolare e realistica oggi è considerata una nave a vela solare, la cui idea appartiene allo scienziato sovietico Friedrich Zander.

Una vela solare (luce, fotone) è un dispositivo che utilizza la pressione della luce solare o un laser su una superficie a specchio per spingere un veicolo spaziale.
Nel 1985, il fisico americano Robert Forward propose un progetto per una sonda interstellare accelerata dall'energia della radiazione a microonde. Il progetto prevedeva che la sonda avrebbe raggiunto le stelle più vicine in 21 anni.

Al XXXVI Congresso Astronomico Internazionale è stato proposto il progetto di un'astronave laser, il cui movimento è fornito dall'energia dei laser ottici situati in orbita attorno a Mercurio. Secondo i calcoli, il viaggio di un'astronave di questo disegno verso la stella epsilon Eridani (10,8 anni luce) e ritorno richiederebbe 51 anni.

“È improbabile che i dati ottenuti dai viaggi nel nostro sistema solare, saremo in grado di fare progressi significativi nella comprensione del mondo in cui viviamo. Naturalmente, il pensiero si rivolge alle stelle. Dopotutto, prima si capiva che i voli vicino alla Terra, i voli verso altri pianeti del nostro sistema solare non sono l'obiettivo finale. Aprire la strada alle stelle sembrava essere il compito principale".

Queste parole non appartengono a uno scrittore di fantascienza, ma al progettista di astronavi e cosmonauta Konstantin Feoktistov. Secondo lo scienziato, non si troverà nulla di particolarmente nuovo nel sistema solare. E questo nonostante il fatto che la persona finora abbia raggiunto solo la luna ...

Al di fuori del sistema solare, invece, la pressione della luce solare si avvicinerà allo zero. Pertanto, c'è un progetto per disperdere un veliero solare con installazioni laser da qualche asteroide.

Tutto questo è ancora una teoria, ma i primi passi sono già stati fatti.

Nel 1993, una vela solare larga 20 metri è stata impiegata per la prima volta sulla nave russa Progress M-15 come parte del progetto Znamya-2. Quando la Progress è attraccata alla stazione Mir, il suo equipaggio ha installato un'unità di dispiegamento di riflettori a bordo della Progress. Di conseguenza, il riflettore ha creato un punto luminoso largo 5 km, che è passato dall'Europa alla Russia a una velocità di 8 km / s. Il punto di luce aveva una luminosità approssimativamente equivalente alla luna piena.

Quindi, il vantaggio di una barca a vela solare è la mancanza di carburante a bordo, gli svantaggi sono la vulnerabilità della struttura della vela: si tratta infatti di una sottile lamina tesa sul telaio. Dov'è la garanzia che lungo il percorso la vela non riceverà buchi da particelle cosmiche?

L'opzione di navigazione può essere adatta per il lancio di sonde robotiche, stazioni e navi da carico, ma non è adatta per voli di ritorno con equipaggio. Ci sono altri progetti di astronavi, ma, in un modo o nell'altro, assomigliano a quelli sopra elencati (con gli stessi problemi su larga scala).

SORPRESE NELLO SPAZIO INTERSTELLARE

Sembra che molte sorprese attendano i viaggiatori nell'Universo. Ad esempio, sporgendosi a malapena dal sistema solare, la navicella spaziale americana "Pioneer-10" iniziò a sperimentare una forza di origine sconosciuta, causando una debole decelerazione. Sono state fatte molte ipotesi, fino agli effetti ancora sconosciuti dell'inerzia o addirittura del tempo. Non esiste ancora una spiegazione univoca per questo fenomeno; si stanno prendendo in considerazione una varietà di ipotesi: da quelle tecniche semplici (ad esempio, la forza reattiva da una fuga di gas nell'apparato) all'introduzione di nuove leggi fisiche.

Un altro apparecchio, Voyadger-1, ha registrato un'area con un forte campo magnetico... In esso, la pressione delle particelle cariche dallo spazio interstellare costringe il campo creato dal Sole a diventare più denso. Il dispositivo ha inoltre registrato:

• un aumento del numero di elettroni ad alta energia (circa 100 volte) che penetrano nel sistema solare dallo spazio interstellare;
• un forte aumento del livello dei raggi cosmici galattici - particelle cariche ad alta energia di origine interstellare.

E questa è solo una goccia nell'oceano! Tuttavia, ciò che si sa oggi dell'oceano interstellare è sufficiente per mettere in dubbio la possibilità stessa di navigare nella vastità dell'Universo.

Lo spazio tra le stelle non è vuoto. Ci sono residui di gas, polvere, particelle ovunque. Quando si cerca di muoversi a una velocità vicina alla velocità della luce, ogni atomo che si scontra con la nave sarà come una particella di raggi cosmici ad alta energia. Il livello di radiazioni dure durante un tale bombardamento aumenterà in modo inaccettabile anche quando si vola verso le stelle più vicine.

E l'effetto meccanico delle particelle a tali velocità è come proiettili esplosivi. Secondo alcuni calcoli, ogni centimetro dello scudo protettivo dell'astronave verrà sparato continuamente a 12 colpi al minuto. È chiaro che nessuno schermo può resistere a un tale impatto nel corso di diversi anni di volo. Oppure dovrà avere uno spessore (decine e centinaia di metri) e una massa (centinaia di migliaia di tonnellate) inaccettabili.

In realtà, quindi, l'astronave sarà composta principalmente da questo schermo e dal carburante, che richiederanno diversi milioni di tonnellate. A causa di queste circostanze, i voli a tali velocità sono impossibili, soprattutto perché durante il percorso puoi imbatterti non solo nella polvere, ma anche in qualcosa di più grande, o cadere nella trappola di un campo gravitazionale sconosciuto. E poi la morte è di nuovo inevitabile. Pertanto, se è possibile accelerare l'astronave a velocità subluminale, non raggiungerà l'obiettivo finale: incontrerà troppi ostacoli sul suo cammino. Pertanto, i voli interstellari possono essere effettuati solo a velocità notevolmente inferiori. Ma poi il fattore tempo rende questi voli privi di significato.

Si scopre che è impossibile risolvere il problema del trasporto di corpi materiali su distanze galattiche con velocità vicine alla velocità della luce. Non ha senso irrompere nello spazio e nel tempo con una struttura meccanica.

BUCO DI TALPA

Gli scienziati, cercando di superare il tempo inesorabile, hanno inventato come "rosicchiare buchi" nello spazio (e nel tempo) e "piegarli". Hanno escogitato una serie di salti nell'iperspazio da un punto all'altro dello spazio, aggirando le aree intermedie. Ora gli scienziati si sono uniti agli scrittori di fantascienza.

I fisici iniziarono a cercare stati estremi della materia e scappatoie esotiche nell'Universo, dove ci si può muovere a velocità superluminale, contrariamente alla teoria della relatività di Einstein.

È così che è nata l'idea di un wormhole. Questo buco unisce le due parti dell'Universo come un taglio attraverso un tunnel che collega due città separate da un'alta montagna. Sfortunatamente, i wormhole sono possibili solo nel vuoto assoluto. Nel nostro Universo, queste tane sono estremamente instabili: possono semplicemente collassare prima che l'astronave arrivi lì.

Tuttavia, l'effetto scoperto dall'olandese Hendrik Casimir può essere utilizzato per creare wormhole stabili. Consiste nell'attrazione reciproca di corpi in conduzione non carichi sotto l'influenza di oscillazioni quantistiche nel vuoto. Si scopre che il vuoto non è completamente vuoto, è soggetto a fluttuazioni nel campo gravitazionale, in cui particelle e microscopici wormhole appaiono e scompaiono spontaneamente.

Resta solo da trovare uno dei fori e allungarlo, posizionandolo tra due sfere superconduttrici. Una bocca del wormhole rimarrà sulla Terra, mentre l'altra navicella spaziale si sposterà alla velocità della luce verso la stella, l'oggetto finale. Cioè, l'astronave, per così dire, perforerà un tunnel. Una volta che l'astronave raggiunge la sua destinazione, il wormhole si aprirà per veri e propri viaggi interstellari fulminei, la cui durata sarà calcolata in minuti.

BOLLA DI CURVATURA

Simile alla teoria dei wormhole è la curvatura delle bolle. Nel 1994, il fisico messicano Miguel Alcubierre eseguì calcoli secondo le equazioni di Einstein e scoprì la possibilità teorica della deformazione ondulatoria del continuum spaziale. In questo caso, lo spazio si restringerà davanti al veicolo spaziale e contemporaneamente si espanderà dietro di esso. L'astronave è, per così dire, posta in una bolla di curvatura, in grado di muoversi con velocità illimitata. La genialità dell'idea è che l'astronave riposa in una bolla di curvatura e le leggi della teoria della relatività non vengono violate. Allo stesso tempo, la stessa bolla di curvatura si muove, distorcendo localmente lo spazio-tempo.

Nonostante l'incapacità di viaggiare più velocemente della luce, nulla impedisce allo spazio di muoversi o la propagazione della deformazione spazio-temporale più veloce della luce, cosa che si ritiene sia avvenuta immediatamente dopo il Big Bang durante la formazione dell'universo.

Tutte queste idee non si adattano ancora al quadro della scienza moderna, ma nel 2012 i rappresentanti della NASA hanno annunciato la preparazione di un test sperimentale della teoria del dottor Alcubierre. Chissà, forse un giorno la teoria della relatività di Einstein diventerà parte di una nuova teoria globale. Dopotutto, il processo cognitivo è infinito. Ciò significa che un giorno saremo in grado di sfondare le spine fino alle stelle.

Irina GROMOVA