Ядерные двигатели и астероиды стоимостью в триллионы долларов
|
Мы все улетим, вопрос лишь в том, когда? И один из главных аргументов в этом - проблема истощения природных ресурсов на Земле. В обозримом будущем мы лишимся золота, алмазов и цинка, платины, меди и никеля. Без них существование на планете станет практически невозможным. Потому освоение галактики так важно. В середине прошлого столетия тема космоса была в тренде. Если оставить за скобками космическую гонку СССР и США и ее политическую подоплеку, то первые шаги человечества в освоении пространства вне Земли выглядели весьма смело и успешно: первый полет Юрия Гагарина, высадка на Луну Нила Армстронга, запуск первого искусственного спутника, введение в строй первой пилотируемой орбитальной станции. И это верхушка айсберга - чего только стоит запуск «Вояджеров», первых созданных человеком аппаратов, покинувших пределы Солнечной системы. |
Сейчас мальчишки гораздо охотнее обсуждают новый выпуск нецензурного юмористического шоу на Youtube, чем устройство новых космических аппаратов или результаты исследований далеких галактик. Пожалуй, известен каждому только Илон Маск, но и о нем зачастую вспоминают не из-за заслуг в качестве изобретателя или инженера, а как о глобальном меме. Это, однако, не значит, что на космос уж совсем «забили» - например, некоторые исследования проводятся в Казанском федеральном университете. О них и положении дел в отрасли в целом вкратце рассказал в выступлении научно-популярного проекта «PROНаука в КФУ» младший научный сотрудник НИЛ «Космическая навигация и планетарные исследования» института физики Казанского федерального университета Алексей Андреев. |
«PROНаука в КФУ» - это серия образовательных интенсивов, направленных на продвижение деятельности Казанского университета, просветительство и популяризацию наук. В этом году мероприятие проходит в онлайн-формате. Первая серия проекта состоялась 28 июня 2016 года. С тех пор мероприятия посетили в общей сложности более 15,5 тысяч человек. В составе Солнечной системы сейчас восемь планет (до 2006-го года было девять, но Международный астрономический союз решил исключить Плутон). Четыре из них довольно сильно похожи - Меркурий, Венера, Марс и Земля. Оставшиеся - планеты-гиганты, которые делятся на газовые (Юпитер и Сатурн) и ледяные (Уран и Нептун). Однако до сих пор нога человека ступала лишь на одно небесное тело - Луну. |
- Произошло это событие 20 июля 1969 года, в прошлом году американцы отмечали 50-летний юбилей. Первым человеком, ступившим на поверхность земли, был астронавт Нил Армстронг, - отметил спикер. |
На спутнике американцы пробыли около 21 часа, «погулять» при этом по поверхности удалось в общей сложности 2,5 часа. Последняя пилотируемая миссия на Луну была запущена в 1972 году - астронавты «Аполлона-17» находились на поверхности уже более 3 суток, выполняя различные научные исследования. Однако с тех пор лунное направление перестало быть популярным. Вопрос, который, как сказал Андреев, ему часто задают, как астроному - ну, слетали, а дальше что? В чем вообще смысл исследования космоса? Один из очевиднейших ученым ответов кроется на Земле, где существует проблема истощения природных ресурсов. |
- В 2015 году аналитики финансового конгломерата Galdman Sachs опубликовали прогноз, согласно которому разведанных запасов золота, алмазов и цинка на Земле осталось на 20 лет добычи, а резервы платины, меди и никеля иссякнут через 40 лет, - говорит ученый. |
Примерно такие же сроки обрисовывают аналитики и для прочих редкоземельных металлов. Казалось бы, ну кончится золото, и ладно - будем делать украшения из подручных материалов. Однако подобные материалы весьма активно используются для развития высоких технологий в области электроники, связи, автоматических и роботизированных систем, оборонной промышленности. |
- Если их не будет в достаточном количестве на Земле присутствовать, то мы лишимся таких чудес современной техники как ноутбуки и смартфоны, - дает ужасающий для современного общества прогноз. |
Допустим, на нашей планете ресурсов недостаточно, где их искать? Правильно, в космосе. По данным NASA в пределах системы «Земля - Луна» находится порядка 15 тысяч астероидов. За 7 лет больше 200 из них упали на поверхность Луны, примерно четверть из них - «медленные» (при столкновении с лунной поверхностью имеют скорость менее 12 км/с). А в таком случае до 50% астероида остается на поверхности. |
- Диаметр кратера 500 метров, мог быть образован в результате столкновения астероида с поверхностью Луны, который по размерам соответствует площади здания Казанского федерального университета. Если предположим, что этот кратер состоит из астероидного вещества и хотя бы 20% этого вещества по Луне в результате столкновения оказались разбросаны, то в осколках должно быть порядка 20 тонн чистого железа, порядка 3,6 тонн никеля, около 180 кг кобальта и 1 кг платины, - рассказывает Андреев. |
Кому в тоннах понять значимость сложно, есть данные и «в долларах». Спектральный анализ (исследование, позволяющее определить состав объекта) астероида 1986 DA, проведенный в 1994 году, показал, сколько может стоить небесный объект весом в 30 трлн кг и около 2 км в поперечнике. |
- В основном этот астероид состоял из железа, но в его составе присутствовали никель, кобальт и платина. Эти элементы были оценены в рыночных ценах 1994 года. Оказалось, что такой астероид, если его разобрать на компоненты и продавать отдельно, может стоит около 25 трлн долларов, - приводит данные спикер. |
Аналогичные исследования в актуальных ценах провели в 2012 году - стоимость астероида выросла до 87 трлн долларов (для сравнения - государственный долг США на тот момент составлял всего 15,5 трлн долларов; пятой части летающей где-то в космосе глыбы хватило бы на его покрытие). |
Неудивительно, что NASA разрабатывает проекты по утилизации астероидов, правда, небольших - до 7 метров в диаметре. |
- Планируется, что в ближайшем будущем человечество будет захватывать небольшие астероиды, переводить на лунную орбиту. Далее будут выполняться либо роботизированные, либо пилотируемые миссии, будет происходить его разработка, - говорит ученый. |
Развитие технологий позволило науке заглянуть и за пределы нашей домашней Солнечной системы. Оказалось, что поговорка «хорошо там, где нас нет» для космоса не слишком подходит - для человека критично отсутствие кислорода и воды, высокий уровень радиации, холод, голод. Да и сложно чувствовать себя комфортно, скажем, на планете с температурой у поверхности в 450 градусов Цельсия или практически полностью состоящей из алмазов и графита (да, есть и такая). |
Однако есть и такие, условия на которых более или менее схожи с земными - экзопланеты. Первая такая была обнаружена в 1992 году, а сейчас ученые насчитали уже более 4 тысяч. Например, в 2017-ом году была открыта планета Росс 128 b - она находится в зоне обитаемости, а климат вполне допускает существование примитивной жизни. Другая, Глизе 667 Ce, открыта в 2011 году и находится «всего» в 22,7 световых годах от нас. Средняя температура атмосферы у поверхности здесь 27 градусов, а от своей звезды планета получает 90% энергии, которую Земле дает Солнце. |
- Вероятно, повернута к звезде всегда одной и той же стороной, подобно тому, как Луна повернута к Земле. Тот парниковый эффект, который на планете наблюдается, может создать комфортные условия для существования примитивных форм жизни, - отмечает Андреев. |
К сожалению, все экзопланеты для жителей Земли схожи с экспонатами в музее, на которых висит табличка «смотреть, но не трогать». Космический туризм для человечества на «карантине», и дело не в коронавирусе - чтобы добраться до ближайшей звезды Проксима Центавра нужно преодолеть расстояние в 4,24 световых года (т.е. нестись сквозь вакуум со скоростью света в 300 000 км/с в течение четырех с лишним лет). |
- Для того, чтобы долететь до ближайшей к нам звезде Проксима Центавра на самом быстром из всех существующих космических аппаратов требуется порядка 20 тысяч лет. При том, что этот аппарат летит со скоростью порядка 70 км/с. На тех двигателях, которые существуют сейчас, даже к дальним границам Солнечной системы очень трудно долететь, - утверждает спикер. |
Полеты в космос начинались во многом с жидкостно-ракетных двигателей (ЖРД), разработка которых началась еще во время Второй мировой войны. Но сейчас эта технология выработана - увеличить производительность таких двигателей более чем на 1,5% не представляется возможным, отмечает ученый. На смену им ученые из российской организации «Энергомаш» разрабатываются детонационные, которые по оценкам могут превзойти ЖРД. |
- Тип топлива такой же, горит смесь керосина и кислорода, но происходят контролируемые взрывы, за счет чего горение происходит гораздо быстрее, при этом наблюдается гораздо более высокие температура и давление. Такие двигатели были разработаны совсем недавно, наши российские ученые как раз первый образец и создали в 2016 году. До сих пор у этих двигателей есть такая проблема, как малая мощность, для старта с космодрома они не подходят - обеспечивают тягу примерно в 4 тонны, а нужна тяга в 200 тонн. Зато их можно использовать уже в космосе, устанавливать на верхние ступени ракеты, чтобы время полета до Луны или Марса сократить, - продолжает Андреев. |
Существуют также ионные двигатели (именно с помощью таких до Красной планеты добирались персонажи фильма «Марсианин»). Режиссер не обманул - подобная техника уже довольно активно используется на автоматической межпланетной станции, различных зондах. Однако мощность и у них, и у плазменных двигателей, разрабатываемых на замену ионным, слишком низка для межзвездных перелетов. |
Получается, что для того, чтобы улететь к другим планетам, придется использовать атомную энергию, резюмирует ученый. В России ядерные двигатели создаются с конца «нулевых». Их мощность, правда, только по слухам, достигает примерно 1 МВт, но технические характеристики держатся в строжайшем секрете. |
- Если удастся высокие мощности собрать, то космический аппарат на ядерном двигателе смог бы долететь до Плутона всего за 2 месяца, а до Проксима Центавры - за 12 лет. Это гораздо лучше, чем те 20 тысяч лет, которые у нас есть сейчас, - отмечает ученый. |
Еще один плюс ядерных двигателей - будущие колонизаторы смогут их использовать в качестве электростанций для обитаемых лунных и марсианских баз. И хотя сейчас подобные разговоры кажутся чем-то из области научной и не слишком фантастики, кто знает, каких достижений человечество добьется к концу уже этого столетия. Ведь о ноутбуках и смартфонах в 1920-м тоже вряд ли кто мог даже мечтать. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|