Drang nach Kosmos
АрхивНаукаВоплощая в жизнь заветы президента США Джорджа Буша, специалисты NASA и ведущих аэрокосмических концернов уже разработали громкие проекты исследования и освоения Солнечной системы.
Воплощая в жизнь заветы президента США Джорджа Буша, специалисты NASA и ведущих аэрокосмических концернов уже разработали громкие проекты исследования и освоения Солнечной системы.
В отпуск на Марс
Новый принцип движения в космическом пространстве, разрабатывающийся в Университете штата Вашингтон в США, способен радикальным образом сократить время путешествия до Марса и обратно. При учете, что расчетное время такой миссии составляет всего около 90 дней на путь туда и обратно, это может стать первым по-настоящему серьезным шагом в освоении человечеством ближнего внеземелья.
По утверждению профессора Роберта Уингли, возглавляющего команду разработчиков, с помощью магнитно-лучевого плазменного двигателя быстрые перелеты по Солнечной системе могут стать обыденными.
В настоящее время при использовании имеющихся ракетных технологий и тщательном подборе взаимного расположения Земли и Марса пилотируемая экспедиция к Красной планете, проведение в точке назначения исследовательских работ и возвращение обратно займут приблизительно два с половиной года.
"Мы работаем над тем, чтобы астронавты могли обернуться за три месяца, - говорит Уингли, - и придерживаемся того мнения, что миссия, затянувшаяся на два с половиной года, имеет довольно мало шансов на успех".
Концепция магнитно-лучевого двигателя стала одной из двенадцати разработок, высоко оцененных Институтом передовых разработок NASA и получивших на дальнейшее развитие в ближайшие полгода 75 тысяч долларов от руководителей аэрокосмического агентства США. За предстоящие шесть месяцев каждое из предложений будет досконально изучено, эксперты NASA тщательно взвесят все "за" и "против" каждого проекта и после этого примут окончательное решение, по итогам которого наиболее перспективные разработки получат дальнейшее развитие и существенную финансовую поддержку.
Согласно концепции магнитно-лучевого двигателя, на станции космического базирования будет генерироваться поток магнитных частиц, направленный в магнитный парус корабля, получающего, таким образом, возможность быстро передвигаться по Солнечной системе. По расчетам Уингли, направляющей сопло диаметром в 32 метра должно образовывать поток плазмы, способный разогнать космический корабль до скорости 11,7 километра в секунду. Это позволит аппарату за день покрыть расстояние в миллион с небольшим километров.
Среднее расстояние от Земли до Марса составляет порядка 77 миллионов километров, хотя эта дистанция может варьироваться в зависимости от взаимного расположения обеих планет. Пролетая в сутки примерно один миллион километров, корабль с магнитно-лучевым плазменным двигателем преодолеет среднее расстояние до Марса за 76-77 дней. Однако Уингли сейчас прорабатывает способы достичь даже больших скоростей, чтобы все путешествие до Марса и обратно можно было совершить всего за три месяца.
Для того чтобы использовать на практике столь высокую скорость, на другом конце маршрута потребуется установить на космической платформе еще один плазменный ускоритель, который обеспечит торможение корабля при подлете к Марсу. Такой подход, по мнению Уингли, избавит от необходимости прицеплять огромные ускорители к кораблю.
Американский профессор уже в мыслях оснастил все возможные пункты назначения экспедиций NASA платформами ускорителей. Если одну такую батарею отправить с исследовательской экспедицией к лунам Юпитера, то автоматический аппарат оставит на орбите газового гиганта ускорительный блок для будущих миссий в систему Юпитера. Подобные разгонные блоки в отдаленных уголках Солнечной системы оснастят ядерными реакторами для выработки ионизированной плазмы, а те, что будут располагаться ближе к Солнцу, смогут подзаряжаться от солнечных батарей.
Концепция магнитно-лучевого ускорения выросла из предшествующей разработки Уингли - системы, именовавшейся "минимагнитосферический плазменный двигатель". В той версии космический корабль окружался "пузырем" плазмы, позволявшим использовать для движения солнечный ветер. Проект магнитно-лучевого ускорителя делает аппарат независимым от излучения Солнца, заменяя его полностью подконтрольным человеку (как по мощности, так и по направлению) плазменным излучателем.
При достаточном финансировании пробный запуск магнитно-лучевого космического корабля можно осуществить уже через пять лет, утверждает Уингли. Профессор признает, что первоначальные вложения в его проект исчисляются миллиардами долларов, которые придется потратить на размещение базовых ускорителей по всей Солнечной системе. Однако после того как платформы будут установлены, ресурс этих батарей окажется практически ничем не ограничен. Система распределенных станций чрезвычайно сократит затраты на космические полеты внутри системы, так как любому кораблю больше уже не понадобятся собственные ускорители. Аппараты будут быстро набирать скорость при помощи плазменных излучателей, перелетать к цели назначения и там тормозить благодаря другой базовой станции.
"Таким образом можно положить начало настоящему освоению Солнечной системы человечеством. Именно к этому мы и стремимся", - подчеркивает Уингли.
Морской владыка на прицеле
После впечатляющего броска "Кассини" к Сатурну и планирующейся не позднее 2012 года экспедиции JIMO в систему лун Юпитера американские ученые и инженеры уже строят планы дальнейшего развития космической программы.
Через тридцать лет, как ожидается, к Нептуну и его спутникам отправится аппарат с ядерным двигателем. Целью этой миссии станет подробное исследование самого дальнего газового гиганта Солнечной системы. Ученые надеются, что таким образом удастся лучше понять процесс формирования планет Солнечной системы и основные принципы образования звездных систем вообще.
Финансируемый NASA проект, который создают специалисты космического подразделения компании Boeing, рассчитан на тщательную проработку в течение года. Эту одну из пятнадцати "Миссий будущего", планирующуюся в рамках развития американской долгосрочной программы исследования космоса, радиоинженер Пол Стеффс из Политехнического института Джорджии называет "самой дальней космической одиссеей".
О Юпитере и Сатурне, как уже говорилось выше, к 2012 году исследователи NASA будут уже знать предостаточно. А вот об их собратьях - "ледяных субгигантах" Уране и Нептуне - известно крайне мало.
"По причине того, что эти две планеты расположены далеко, и Уран, и Нептун обязаны хранить тайны первобытной Солнечной системы - выражаясь языком Карла Сагана, содержать в себе часть "солнечного вещества", звездно-пылевой туманности, из которой сформировались все планеты, - говорит Стеффс. - Нептун в этом отношении - самая "неразбавленная" планета. На нее слабо воздействовало солнечное вещество, ей реже доводилось сталкиваться с кометами и астероидами".
Строение Нептуна также должно сильно отличаться от юпитерианского или сатурнианского по причине более низкой температуры поверхности этого небесного тела. Исследовательский зонд отправится в систему Нептуна, как ожидается, в 2016-2018 годах и прибудет к месту назначения приблизительно в 2035 году.
Немалый интерес для организаторов экспедиции представляют и спутники Нептуна, в особенности Тритон, который, по мнению планетологов, является захваченным планетой телом из пояса Койпера, состоящего из ледяных глыб и планетоидов диаметром до 1000 километров, которые обращаются по сильно вытянутым орбитам на периферии Солнечной системы. Основываясь на имеющихся данных, ученые сделали вывод о том, что Тритон сформировался не из вещества самого Нептуна, как большинство лун в нашей звездной системе.
"Тритон родился где-то в глубоком космосе, - уверен Стеффс. - Он даже не родственник Нептуну, а пасынок. Мы считаем, что объекты из пояса Койпера, вроде Тритона, сыграли важную роль в образовании и развитии Солнечной системы, поэтому познакомиться с Тритоном поближе невероятно важно".
Несмотря на множество технических трудностей (сложнейший дизайн посадочных модулей, проблемы дальней космической связи и необходимость разработки сверхнадежных бортовых приборов), команда специалистов, занимающаяся проектом исследования Нептуна, уже разработала первоначальный план миссии.
План экспедиции основывается на том условии, что к моменту ее старта в распоряжении инженеров уже появится разрабатывающийся сейчас под эгидой NASA ядерный двигатель (проект "Прометей"). Аппарат для исследования Нептуна будет выведен на околоземную орбиту обычным химическим ракетоносителем, а затем зонд отправится к точке своего назначения, задействовав двигательную установку на основе небольшого ядерного реактора (подобного тем, что используются на атомных субмаринах). В движение автоматическую станцию будет приводить выбрасываемый поток ионов.
Из-за массы оборудования, которое корабль с ядерным двигателем способен нести на борту и снабжать необходимой энергией, экспедиция к Нептуну представляется ученым чрезвычайно многообещающей.
Аппарат будет, предположительно, состоять из орбитального модуля, оснащенного приборами, локаторами и датчиками, и трех автоматических зондов для взятия проб нептунианской атмосферы. Особое внимание, по мнению ученых, надо будет уделить сбору всех необходимых данных о составе атмосферы Нептуна, количеству водорода и ключевых изотопов в ней, а также подробной информации о гравитации и магнитосфере ледяного субгиганта. На борту автоматической станции также предусмотрены два посадочных модуля для исследования Тритона, которые займутся добычей информации о составе атмосферы и грунта спутника и изучением имеющихся на Тритоне гейзеров.
Три атмосферных зонда будут сброшены на Нептун на различных широтах планеты - в экваториальной зоне, умеренной зоне и приполярной области. Сейчас специалисты уже решают непростую задачу по обеспечению надежной связи с атмосферными зондами, которым предстоит работать в непрозрачной для радиоволн нептунианской атмосфере. Как утверждает Стеффс, лаборатория под его руководством уже подыскала решение этой проблемы.
Тем временем, члены команды, работающей над проектом, еще не пришли к единому мнению в отношении того, насколько глубоко следует забрасывать зонды в атмосферу Нептуна, чтобы получить существенные научные данные. "Если остановиться на достаточной низкой частоте радиосигналов, можно будет спуститься до уровня с давлением порядка 500-1000 атмосфер, что составляет чуть более 527 килограммов на квадратный сантиметр, - поясняет Стеффс. - Такое давление сходно с тем, что испытывает корпус подводной лодки в океанской пучине".
Но в действительности, это лишь запас прочности. Скорее всего, опускать зонды на такую глубину не потребуется. Как рассчитывают участники проекта, всю необходимую информацию можно получить и на глубине в 100 атмосфер (около 105 кг/см2).
