03.07.2015. - Безумные идеи и технологии космических исследований

Безумные идеи и технологии космических исследований

Если бы 100 лет назад вы сказали кому-нибудь, что рукотворная машина сможет сесть на поверхность Марса, а затем отправить нам фотографии Красной планеты, многие бы посчитали вас ненормальным. И ведь что удивительно, такое же развитие событий может произойти и сейчас, если речь будет идти о новых идеях космических исследований. Среди всех этих практически ежедневно появляющихся новых концептов и инноваций очень сложно порою бывает отличить науку от научной фантастики. В итоге практически все новые идеи, связанные с космосом, так или иначе могут показаться безумием. Некоторые из них действительно пока далеки от реальности, но есть и такие, которые работают уже сейчас и совсем не выглядят научно-фантастическим бредом, коим они были всего несколько лет назад.

Космический робот-кальмар

Европа, один из спутников Юпитера, благодаря своим океанам, спрятанным под толстой ледяной коркой, довольно давно рассматривается в качестве наиболее подходящего кандидата для возможности наличия внеземной жизни. Ученым просто не терпится отправить туда космический аппарат, чтобы выяснить, что же на самом деле происходит на этой луне. Предложенный NASA, ЕКА, Японским космическим агентством и Россией совместный проект космической миссии к Европе в 2020 году был в конечном итоге отменен ввиду финансирования с американской стороны. В настоящий момент к началу реализации в 2022 году готовится проект JUpiter ICy moons Explorer (JUICE), руководством которого будет заниматься Европейское космическое агентство. Запущенный зонд должен будет достигнуть Европы в 2030 году. И самое интересное в этом проекте — необычность ровера, который хотят (или по крайней мере рассматривают такую возможность) доставить на спутник Юпитера.

Рассматривается возможность использования гибкого роботизированного аппарата с электродинамической системой накопления энергии. Аппарат называют кальмаром ввиду его уникального дизайна, определенно напоминающего известного головоногого. Концепт робота-кальмара был разработан в Корнелльском университете и одобрен NASA для будущего рассмотрения в рамках программы Innovative Advanced Concepts (NIAC), главный посыл которой, если говорить простыми словами, и является «переход от научной фантастики к настоящим научным фактам».

Разработка ровера по-прежнему находится на очень ранней стадии. Аппарат будет оснащаться «щупальцами», за счет которых он будет использовать местные магнитные поля в качестве источника энергии для работы, а также электролюминесцентной «кожей», которая будет освещать подводную среду.

Проект «HARP»

От мира научной фантастики мы плавно перешли к миру Looney Tunes. По крайней мере именно так можно на первый взгляд подумать, когда речь идет о проекте HARP (не путать с HAARP). High-Altitude Research Project (Проект высотных исследований, HARP) является совместной инициативой Министерства обороны США и Министерства национальной безопасности Канады по запуску искусственных спутников Земли на низкие орбиты с помощью специальных больших пушек.

Проект начался в 1961 году в большей степени благодаря канадскому инженеру-баллистику Джерарду Буллу. Идея проекта посетила его еще десятью годами ранее, когда он вел разработку межконтинентальных ракет в Канадском научно-исследовательском институте вооружений. Проект проводился в зоне аэропорта Барбадоса, поэтому запуск «снарядов» мог осуществляться в Атлантическом океане. Сперва использовалась 20-метровая пушка, однако в скором времени она была заменена на 40-метровую. Система запуска была полностью готова в 1962 году, однако Карибский кризис заставил отодвинуть начало операции до следующего года.

Первоначальные результаты оказались обещающими, поэтому решено было построить еще одну тестовую площадку в Юме (штат Аризона). В 1966 году новая пушка выстрелила 180-килограммовым снарядом со скоростью 3600 метров в секунду на рекордную высоту в 180 километров. Разыгравшаяся Вьетнамская война и ухудшившиеся отношения между США и Канадой заставили этот проект закрыться. Пушка до сих пор находится на Барбадосе и представляет собой настоящий реликт Карибского моря.

Подводная лодка для исследования Титана

Как и Европа, спутник Сатурна Титан кажется настоящим святым Граалем для космических исследований. Под его поверхностью имеются метановые озера и океаны, исследовать которые не терпится ученым. В 2004 году космический аппарат «Кассини» провел радиолокационное картографирование Титана и поделился с нами его географией. В 2005 году космический зонд «Гюйгенс» совершил посадку на этот спутник и отправил на Землю первые фотографии с его поверхности. Следующим же шагом для ученых будет создание аппарата, который сможет изучать глубины океанов Титана.

Дизайн подводной лодки для исследования «вод» спутника был предложен доктором Ральфом Лоренцо из Lunar and Planetary Science Convention и был одобрен в NASA. Если миссия действительно состоится, то аппарат направят к морю Кракена — крупнейшему морю Титана. Работать аппарат будет как обычная подводная лодка, если не считать использования очень большой антенны, благодаря которой можно будет передавать на расстояние в несколько миллиардов километров новые данные на Землю. Следует учесть, что благодаря особенностям окружающей среды подводной лодке придется столкнуться с уникальными для подобных аппаратов проблемами. Например, одной из таких проблем будет температура, которая может опускаться до -180 градусов Цельсия.

Более того, мы пока понятия не имеем, с какой глубиной придется иметь дело этой подлодке. Глубина, как и состав морей Титана, делает использование традиционных балластовых систем совершенно непригодной в таких условиях. Кроме того, доставлять субмарину к Титану придется тоже особым образом — космическим аппаратом, похожим, скажем, на военный мини-шаттл X-37B, благодаря его размерам и форме.

Проект «Горизонт»

Космическая гонка между Советским Союзом и Соединенными Штатами Америки стала своего рода триггером самой продуктивной эры космических исследований. Это был совершенно иной, новый мир, в котором мы (люди) мало чего знали и поэтому сталкивались со множеством новых испытаний и ошибок, требующих решений. До программ «Аполлон», в рамках которых человек впервые добрался до Луны в 1969 году, многие до этого разработанные планы и идеи легли в долгий ящик и были забыты.

Проект «Горизонт» недавно был рассекречен, и мир узнал о том, что американская армия собиралась построить военную базу на Луне. Такой план выглядит амбициозным даже сейчас, однако программа была разработана еще в 1959 году. Армия планировала построить базу на Луне и заселить ее солдатами и астронавтами в ближайшее десятилетие.

Кто знает, было ли это желание армии чрезмерно оптимистичным, или же это был простой пример того, насколько сильно хотели обе стороны показать свое превосходство в холодной войне. В докладах того времени особо подчеркивалась важность расположения военной базы на Луне, так как, по мнению специалистов, того же самого планировал добиться Советский Союз, и это было лишь вопросом времени. Вопрос первенства в то время был как никогда важен для обеих сторон.

Проект в результате так и не продвинулся дальше фазы планирования. Если бы ему все-таки дали «зеленый свет», то к Луне с полезным грузом отправилось бы как минимум 150 ракет класса «Сатурн». Готовая база смогла бы умещать от 10 до 20 человек. А на сам момент строительства астронавты пользовались бы естественными «дырами» в поверхности Луны: покрытые специальными вакуумными брезентами они бы подошли для создания временных жилых зон.

Проект «WRANGLER»

Вселенная — опасное место. Множество вещей в ней может полностью уничтожить всю жизнь на нашей планете, особо и не прилагая к этому усилий. Гамма-лучи, сверхновые, столкновения галактик и многое-многое другое. И, конечно же, одна из таких угроз уже не раз посещала нас. Речь идет, конечно же, об астероидах. За свою 4,5-миллиардную историю Земля не раз подвергалась их атакам, и никто с уверенностью не может сказать, что это не произойдет в будущем снова. Это может случиться завтра, а может и через миллиард лет, и поэтому люди из NASA ведут активный поиск решений данной проблемы.

Одним из этих решений является система WRANGLER (Weightless Rendezvous And Net Grapple to Limit Excess Rotation), предложенная частной аэрокосмической компанией Tethers Unlimited. Идея проекта заключается в захвате и стабилизации специальной сетью астероидов, делая их полностью (или почти) безвредными. Проект был одобрен программой NASA Innovative Advanced Concepts Program и рассматривался в качестве простой и наиболее эффективной с экономической точки зрения альтернативой собственной программы NASA Asteroid Redirect Mission (ARM).

Ключевыми в этом проекте были два механизма: устройство захвата сетью GRASP и механизм лебедки SpinCASTER. При использовании натяжителя сети даже небольшой по размерам космический спутник способен скорректировать и стабилизировать вращение гораздо большего по размеру объекта. Проект WRANGLER уже доказал свою полезность и эффективность в тестовой среде, и в настоящий момент ведется его полномасштабная разработка.

Лунная база «Звезда»

Американцы не единственные, кто когда-то мечтал установить на Луне обитаемую базу. В Советском Союзе тоже вынашивались подобные идеи. Лунная программа велась в секрете, и ее основными целями были: совершить управляемый полет вокруг нашего спутника, а затем высадить космонавтов на поверхность Луны. Американцам удалось опередить Советский Союз в обоих случаях, поэтому проект заморозили и хранили информацию о нем в тайне вплоть до 90-х годов.

Через время появилась идея строительства постоянной базы на Луне. Руководством реализации проекта в 1962 году занялся ведущий советский инженер ракетно-космической техники Сергей Королев. Предполагалось, что лунная база будет состоять из девяти независимых модулей, каждый из которых предназначался бы для определенных целей, например, жилой модуль для отдыха космонавтов, медицинский — для ежедневной проверки их здоровья, в лабораторном бы проводились различные эксперименты. Вес всех вместе взятых модулей составлял 18 тонн, поэтому каждый требовалось доставить на Луну «отдельным рейсом». Кроме того, лунную базу планировалось оснастить луноходом, который помогал бы космонавтам в ежедневной работе и жизни на Луне.

Проект вызвал более широкий интерес и получил дополнительное финансирование после 1969 года, отчасти благодаря успешным результатам американцев в космической гонке, которые только раззадорили советских лидеров и ученых. Однако успех проекта зависел от эффективности сверхтяжелых советских ракет H1 (советского аналога американских «Сатурн-5»), на которых должна была возлагаться важная обязанность по доставке тяжелых грузов за пределы околоземной орбиты. К сожалению, после нескольких неудачных испытательных запусков разработку ракеты Н1, а заодно и всех проектов, которые были с ней связаны, было решено прекратить.

Стэнфордский торус

Международная космическая станция находится на орбите более 17 лет. До нее крупнейшей орбитальной станцией Земли был «Мир», работавший с 1986 по 2001 год. Однако несмотря на свой размер, эти станции нельзя назвать просторными. Экипаж станции «Мир», например, составлял 3 человека. Размеров МКС хватает для удобного расположения шести членов экипажа. В настоящий момент на ней находятся опять же три человека. Проект станции «Стэнфордский торус» был несколько амбициознее в этом плане. Согласно ему на этой космической станции одновременно могли бы жить 10 000 человек.

Разработка плана и дизайна станции началась в 1975 году. Им занимались NASA и Стэнфордский университет. Согласно проекту станция должна была выглядеть как гигантский торус (или пончик) диаметром 1,5 километра, совершающий один полный оборот вокруг себя каждую минуту, чтобы можно было имитировать Земную гравитацию.

Стэнфордский торус так никогда и не продвинулся дальше разработки идеи. Специфический дизайн станции потребовал бы 10 миллионов тонн материала для строительства, большую часть из которого предполагалось добывать на Луне и из находящихся рядом астероидов. С Земли такое количество материала поднять в космос не представлялось (да и сейчас не представляется) возможным. Располагалась бы станция в точке Лагранжа L5 — пространстве космоса, где малые объекты между двумя более крупными телами были подвержены гравитации, которая позволяла бы им сохранять стабильное и неподвижное расположение.

3D-напечатанный космический аппарат

3D-печать видится технологией будущего. С помощью нее можно делать практически все что угодно. Благодаря ей мы научились печатать гибкую электронику, которая уже работает в самых обычных и повседневно используемых нами вещах, например, в сотовых телефонах. Эта технология позволяет не только удешевить и упростить создание вещей, но и сделать эти вещи меньше и легче. Одна амбициозная идея, связанная с 3D-печатью, появилась в головах инженеров Лаборатории реактивного движения NASA, которые предположили, что в будущем мы сможем печатать цельные космические аппараты.

Идея о печатных космических кораблях также посетила ребят из NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts). В настоящий момент проект находится на второй стадии реализации. То есть, другими словами, он успешно справился со своей первоочередной задачей, которая заключалась в выяснении возможности печати всей необходимой электроники для создания космического корабля. Вторая фаза проекта ставит перед собой несколько новых задач, среди которых, например, является печать настольной (компактной) модели космического аппарата. Кроме того, NASA планирует выяснить, насколько практичной окажется идея создания напечатанного космического аппарата, предназначенного для выполнения только одной космической миссии.

В NASA считают, что если все получится, то дешевые и эффективные напечатанные космические корабли смогут совершить революцию в вопросах освоения космоса. Агентство рассчитывает, что в течение 10 лет сможет построить что-то вроде рабочего прототипа.

Венерианский лендсейлинг

Венера — очень недружелюбное место: температура здесь может достигать +480 градусов Цельсия, коррозионно-активная атмосфера — наш космический сосед доказал, что исследовать его будет крайне сложно. На данный момент самое лучшее, что мы можем сделать, — отправить на поверхность Венеры стационарный ровер, запаса прочности которого хватит на двухчасовую работу. Сравните это с роверами, которые годами путешествуют по поверхности Марса, и вы поймете, что исследование Венеры по-прежнему является одним из самых амбициозных планов космических исследований, даже несмотря на близкое расположение этой планеты.

Однако благодаря Исследовательскому центру имени Джона Гленна, принадлежащему NASA, у человечества появился еще один вариант — венерианский лендсейлинг. Аппарат, получивший название Zephyr, представляет собой космический вариант сухопутного парусника, движение которого будет осуществляться за счет ветра. Даже если на Венере не окажется достаточно сильных ветров (скорость оных там обычно не превышает 3 км/ч), атмосферное давление на планете сделает так, что даже легкий бриз сможет обеспечить достаточное для аппарата количество движущей силы.

Zephyr будет построен из материалов, способных выдерживать экстремально высокие температуры. Большую часть времени ровер будет оставаться в неподвижном состоянии, расправляя свой «парус» только тогда, когда потребуется перебраться на другую точку для проведения научных исследований. Способствовать этому будет довольно ровный и пустынный ландшафт планеты, на котором не так много различных препятствий для движения. Используя такой консервативный подход к вопросу энергопотребления, NASA предполагает, что запаса прочности у Zephyr хватит примерно на целый месяц путешествий по планете.

Проект «Орион»

Космические путешествия требуют огромных затрат ресурсов, поэтому мы стараемся найти новые источники энергии. По крайней мере лучше тех, что имеются у нас сейчас. В 1950-х годах казалось, что нет ничего более мощного, чем атомная бомба. Дальнейшее исследование ядерной энергии подтолкнуло ученых на поиск иных и недеструктивных сфер ее применения. А что, если использовать ее для питания космического корабля?

Идея импульсного ядерного ускорения была разработана физиками Тедом Тэйлором и Фрименом Дайсоном. Так зародился план, получивший название «проект Орион». Его основная идея заключалась в разработке способа ускорения космического корабля путем использования серий происходящих позади него атомных взрывов. Следует отметить, что идея атомного двигателя уже на тот момент была не нова. Ранее она исследовалась Стиниславом Уламом, польско-американским математиком, принимавшим участие в Манхэттенском проекте.

Работа над проектом атомного двигателя началась в 1958 году. Тогда NASA еще не существовало, поэтому проект «Орион» финансировался агентством ARPA (нынешним DARPA), единственным в нем заинтересовавшимся. Когда было основано NASA, между ним и ВВС США были поделены проекты, которыми ранее занималось агентство ARPA. Среди этих проектов был и проект «Орион», который отложили в долгий ящик. До того момента, как за дело возьмется NASA, пройдет несколько лет, но к этому времени подписанный договор о частичном/ограниченном запрещении испытаний ядерного оружия и возросшие опасения по поводу потенциального выброса радиационных осадков ввиду возможных неудач в ходе испытаний ставит окончательный крест на дальнейшем развитии проекта «Орион».

http://hi-news.ru/technology/10-bezumnyx-idej-i-texnologij-kosmicheskix-issledovanij.html