Звездолет будущего имея скорость 20 км с


Школьный этап

Всероссийской олимпиады школьников по астрономии

(2018/19учебный год)

Классы

ЗАДАНИЯ

Задача 1. С какой по величине и направлению скоростью должен лететь из Новокузнецкого аэропорта самолет, чтобы, двигаясь вдоль параллели 54°с.ш, прибыть в пункт назначения в тот же час по местному времени, что и при вылете из Новокузнецка?

Задача 2.Диск Луны виден у горизонта в виде полукруга, выпуклостью вправо. В какую сторону мы смотрим, приблизительно в котором часу, если наблюдение происходит 21 сентября? Ответ обосновать.

Задача3. Известно, что Солнце вращается неравномерно – экватор быстрее, чем высокие широты. На сколько градусов солнечное пятно, расположенное вблизи экватора (период вращения здесь равен 25 суткам) за один оборот обгонит другое пятно, расположенное на широте 30 градусов (период вращения Солнца здесь равен 26,3 суток).

Задача4. Дайте определение каждому из терминов: метеор, болид, астероид, комета, метеорит. Почему астрономы считают неправильным словосочетание «Тунгусский метеорит»? Какова основная идея, объясняющая Тунгусское явление?


Задача5. В интернете обсуждается идея о том, что по орбите Земли (всегда обратной стороны от Солнца) движется еще одна крупная планета, которую мы никогда не видим. Астрономы уверены, что это не так. Как Вы думаете, какие доводы приводят астрономы в пользу своей версии.?

Школьный этап

Всероссийской олимпиады школьников по астрономии

(2018/19 учебный год)

Классы

Рекомендуется оценивать решение по 8-балльной системе (от 0 до 8). В исключительных случаях, при полном решении с предложением идей, расширяющих и дополняющих задание, может быть выставлена оценка в 9 баллов.

ОТВЕТЫ И РЕШЕНИЯ

Задача 1.

Решение:

Звездолет будущего имея скорость 20 км с

Земля вращается с запада на восток. Время определяется положением Солнца; поэтому чтобы самолет находился в одном и том же положении относительно Солнца он должен лететь против вращения Земли со скоростью равной линейной скорости точек Земли на широте трассы. Данная скорость определяется по формуле:

Звездолет будущего имея скорость 20 км с ; r = R3 соs?


Звездолет будущего имея скорость 20 км с

Звездолет будущего имея скорость 20 км с

Ответ: v = 272 м/с = 980 км/ч, лететь на запад.

Задача 2.

Ответ:

Если Луна видна из горизонта, то в принципе её можно видеть либо на западе, либо на востоке. Выпуклость вправо соответствует фазе I четверти, когда Луна отстаёт в суточном движении от Солнца на 900. Если луна у горизонта на западе, то это соответствует полуночи, солнце в нижней кульминации, причём точно на западе это произойдёт в дни равноденствий, следовательно, ответ: смотрим на запад, приблизительно в полночь

Задача 3.

Ответ:

 

Пусть оба пятна сначала находятся на центральном меридиане Солнца, то есть линии, соединяющей оба полюса и проходящей через видимый центр диска Солнца. Пятно на широте 30º через 26,3 суток снова окажется на центральном меридиане. Значит, пятно, расположенное на экваторе, обгонит первое пятно на дугу, которую оно пройдет еще через 26.3 – 25 = 1,3 суток.

Значит, за 1,3 суток экваториальное пятно сместится на 14,4° × 1,3 = 18,7°.

За правильный ход решения – до 6 баллов, за правильность расчетов – до 2 баллов.


Задача 4.

Ответ:

 

Метеор – это свечение, возникающее при вхождении в атмосферу Земли частицы вещества из космоса (размерами от пылинки до миллиметров). Болид – очень яркий метеор (сгорает частица вещества размером в сантиметры – первые метры). Астероид – каменная либо железная глыба с размерами от метров до сотен километров, двигающаяся по замкнутой орбите вокруг Солнца. Комета — ледяная глыба размерами от десятков метров до десятков километров, двигающаяся по вытянутой орбите вокруг Солнца. Метеорит – фрагмент астероида, упавший на поверхность планеты. Поскольку ни одного фрагмента Тунгусского космического тела не найдено, название «Тунгусский метеорит» неверно. Считается, что Тунгусское космическое тело – это небольшое ледяное ядро кометы, взрывообразно испарившееся в атмосфере Земли. За знание каждого термина – 1 балл, за качество изложения – до 1 балла, за знание основной гипотезы о Тунгусском явлении – до 2 баллов.

Задача 5.

Ответ:

 

.Крупная планета на орбите Земли влияла бы своим тяготением на соседние планеты – Марс и Венеру, которые должны периодически с ней сближаться. В результате Марс и Венера двигались бы совсем не так, как они движутся на самом деле, их орбиты должны были постоянно «возмущаться» (изменять свои параметры под влиянием планеты). Поскольку это не так, значит, никакой крупной планеты за Солнцем нет. Еще один довод – космические аппараты, перемещаясь по всей Солнечной системе (включая и зону «за Солнцем»), никакой крупной планеты там не обнаружили.


 

Школьный этап

Всероссийской олимпиады школьников по астрономии

(2018/19 учебный год)

Классы

ЗАДАНИЯ

1. Звездолет будущего, имея скорость 20 км/с, пролетает на Задача расстоянии 1 пк от спектрально-двойной звезды, у которой период колебаний спектра равен суткам, а большая полуось орбиты составляет 2 астрономические единицы. Сможет ли звездолет вырваться из поля тяготения звезды? Массу Солнца принять за 2*1030 кг.

2.Две одинаковые по массе автоматические межпланетные станции (АМС) совершают мягкие посадки: первая – на Венеру, вторая – на Марс. На какой из планет – Земле, Венере или Марсе – эти АМС имеют наибольший вес? Ускорение свободного падения на Земле и Венере считать одинаковыми, а на Марсе g = 3,7 м/с2.

 3.Две одинаковые нейтронные звезды обращаются вокруг общего центра масс по круговой орбите с периодом 7 часов. На каком расстоянии они находятся, если их массы больше массы Солнца в 1,4 раз? Масса Солнца М¤= 2·1030 кг.

4.Во сколько раз звезда-сверхгигант со светимостью 10000 L ž больше, чем звезда главной последовательности, если их температуры одинаковы и равны 5800°?

5.В 1054 году в нашей Галактике вспыхнула Сверхновая в созвездии Тельца. В настоящее время на этом месте наблюдается знаменитая Крабовидная туманность. Измерение лучевых скоростей газа в туманности показало, что она расширяется со скоростью около 1200 км/с от центра. Угловые размеры туманности, измеренные в 2004 году, составили примерно 5´. Оценить примерное расстояние до Крабовидной туманности в парсеках (1 пк = 3,086∙1016 м).


 

Школьный этап

Источник: studopedia.net

Недавно посмотрел несколько фантастических фильмов о межзвёздных и межпланетных путешествиях и это навело меня на некоторые мысли практического плана о том, насколько, вообще, это возможно и как может выглядеть в цифрах. Естественно, всё на основе современной физической теории — без всяких "гиперпространств" и червоточин пространственно-временного континуума.

1) про специальную теорию относительности и релятивистский эффект замедления времени

Предположим, что мы научимся строить космические корабли, которые смогут путешествовать со скоростями, близкими к скорости света. Естественно, мы захотим отправиться в путешествия к ближайшим звёздам. В соответствии с релятивистским эффектом замедления времени оно должно замедлиться на столь быстром космическом корабле. Расстояние до ближайшей звезды чуть больше 4 световых лет.


я простоты расчётов предполагаем, что корабль разгоняется до скорости света мгновенно. Тогда время на корабле должно замедлиться по такой формуле: время на корабле = время на Земле * (1-v^2/c^2)^0,5.
При скорости 80% от скорости света корабль достигнет звезды за 5 лет (по земному времени), а на корабле пройдёт всего 3 года.
При скорости 90% на Земле пройдёт 4,4 года, а на корабле — 2,2 года.
При скорости 99% на Земле пройдёт ~4 года, а на корабле — 0,7 года.
При скорости 99,99% на Земле пройдёт ~4 года, а на корабле — 26 дней.
При скорости 99,9999% на Земле пройдёт ~4 года, а на корабле — всего лишь 3 дня.

Неожиданно, данный эффект в определённом смысле заметен и при обычных путешествиях на Земле :). Правда он выражается немного по-другому. Все часы на Земле синхронизированы и скорости ничтожно малы по сравнению со скоростью света. Эффекта замедления времени на часах путешественника не наблюдается, но зато у путешественника создаётся ощущение "растянутого времени" — как будто за те же 2 недели, что и дома, прошло гораздо больше времени: месяц или несколько (из-за того, что в них вместилось больше впечатлений). Аналогично, он проявляется и в течение жизни обычного человека: субъективно кажется, что в детстве время тянется медленней, чем в старости (видимо, тоже из-за большего количества разнообразных впечатлений в детстве).

2) про расстояния во Вселенной


В радиусе 17 световых лет от Солнца расположено больше 50 звёздных систем (звёзд — более 70, так как много двойных и тройных звёзд). Допустим, что при грамотном планировании маршрута среднее расстояние от звезды до звезды будет не больше радиуса этого шарика (17 световых лет). Тогда общее расстояние, которое надо будет преодолеть для их облёта, составляет 850 световых лет. При скорости 99,9999% скорости света это займёт 438 дней по летосчислению корабля и 850 лет по земному летосчислению. То есть путешественник за пару лет своей жизни может сделать такое путешествие (даже особо больших запасов еды и прочего делать не надо), но вернётся он совсем на другую землю.

Диаметр нашей галактики Млечный Путь — 100 000 световых лет (нам, кстати, повезло: живём не в самом центре, но и не на окраине — 26 000 световых лет до центра). Количество звёзд — 300 миллиардов. Ближайшая к нам приличная галактика — Туманность Андромеды. Расстояние до нас — 2,5 млн световых лет. Она немного больше нашей галактики.

Расстояния же во всей Вселенной измеряются миллиардами световых лет. То есть пока мы не придумаем, как можно перемещаться быстрее скорости света (в соотвествии с текущей физической теорией — это невозможно), наш удел — сотня ближайшх звёзд, до которых мы будем добираться минимум один или два десятка (а скорее одну или две сотни) лет по земному летосчислению (плюс ещё столько же на получение сигнала оттуда или возврат).


3) про время разгона до скорости света

Следующая мысль совсем простая: сколько времени займёт разгон до скорости света при удобоваримом для человека ускорении? Человек спокойно выдерживает нагрузку в 1g (живёт и работает при ней каждый день). Может выдержать и больше, но будет трудно находиться под ней длительное время. g = 9,8 м/с^2, скорость света = 300 000 000 м/с. Делим одно на другое и получаем 30 612 245 секунд или 354 дня, то есть чуть меньше земного года.

Удивительное совпадение: ускорение свободного падения на земле, выраженное в "звёздных" единицах измерения, примерно равно 1 световому году делённому на квадрат периода обращения Земли вокруг Солнца. То есть g = 9,81 м/с^2 = 1 св. год/год^2. Эти величины совершенно не обязаны совпадать и не совпадают для всех остальных планет в Солнечной Системе. Если бы я был Богом, то при создании Вселенной шутил примерно похожим образом 🙂

4) про практическую реализацию и ядерные исследования

Насколько мы далеки от достижения этих скоростей? Самый быстрый космический корабль (это Вояджер-1, кстати, запущенный в далёком 1977г.) сейчас летит со скоростью 17 км/с, а нужно в 18 тысяч раз больше — 300 000 км/с. Удельная энергия, выделяемая при сгорании существующего химического топлива такова, что достигнутая скорость почти предельная. И физика процесса такова, что с ростом скорости стартовый вес увеличивается экспоненциально. Грубо говоря, для старта на низкую околоземную орбиту соотношения стартового веса к полезной нагрузке — 16, для высокой околоземной орбиты — 64, для посадки на Луну — 256, для посадки на Луну и возврат — 1 000 (оценка из этой статьи про МКА "Орион").


Видимо, единственный вариантом топлива выделяющим достаточное удельное количество энергии является ядерное или термоядерное топливо. То есть корабль будет лететь или на непрерывно идущей ядерной реакции или отталкиваясь от периодических ядерных взрывов (импульсный вариант). В своё время американцы прорабатывали проект "Орион" (английская статья подетальней и с табличками) в различных вариантах — более или менее массивных и, соответственно, быстрых. Самый быстрый теоретически должен был достигать 10 000 км/с. При предположении, что использование термоядерной энергии повысило бы эффективность ещё в 3 раза (то есть до 10% скорости света), путешествие до ближайшей звезды заняло бы около 50 лет.

Следующим по удельной эффективности процессом, видимо, является аннигиляция вещества и антивещества, но это вопрос совсем уж теоретический, так как пока нет возможности получать или добывать и хранить антивещество в сколь-нибудь значимом количестве.

5) про межпланетные путешествия

Допустим, людям всё же удастся создать космический корабль с ядерным двигателем, который будет ускоряться с ускорением g и достигать пиковой скорости 3% от скорости света. Сколько тогда.


8212; от 2 до 7 суток с пиковой скоростью от 700 до 2 800 км/с, то есть от 0,2% до 0,9% скорости света)
Венера — от 40 до 500 млн км (на существующем корабле можно лететь только не по самой короткой траектории и это займёт около 6 месяцев ("Венера-экспресс"), на "ядерном" — от 1,5 до 5 суток с пиковой скоростью от 600 до 2 100 км/с, то есть от 0,2% до 0,7% скорости света)
Юпитер — 800 млн км (на существующем корабле — 1 год ("Новые горизонты"), на "ядерном" — 7 суток, максимальная скорость — 2 800 км/с, 0,9% от скорости света)
Плутон — 7 200 млн км (на существующем корабле — 9 лет ("Новые горизонты"), на "ядерном" — 20 суток, максимальная скорость — 8 400 км/с, 2,8% от скорости света)

То есть на потенциальном двигателе с ядерной тягой можно будет исследовать и колонизировать Солнечную Систему. Если удастся продвинуться в термоядерных реакциях, то, хоть и за очень длительное время (40-100 лет) можно будет добраться до ближайших звёзд. Создание двигателя на аннигиляции вещества и антивещества сделает возможными путешествия к ближайшим звёздам в радиусе 100 световых лет. Таких звёзд не так уж мало — например, в НАСА'вской БД Nstars в радиусе 80 световых лет таких звёзд больше 2 500 тысяч. По земному летосчислению полёт в одну сторону до этих планет будет длиться немного дольше, чем расстояние до звезды в световых годах.
И никаких путешествий по нашей галактике и уж тем более до ближайшей галактики не будет, пока человечество принципиально не продвинется в фундаментальной физике (если это вообще возможно).

Вот такая фантастика.

Источник: cafard.livejournal.com

***

Межзвёздное путешествие — очень сложное и дорогостоящее предприятие. Создать корабль, способный за относительно небольшой срок покрыть космическое расстояние, — одна из самых грандиозных задач, стоящих перед человечеством в будущем. Конечно, это потребует усилий нескольких государств, если не всей планеты. Сейчас это кажется утопией — у правительств слишком много забот и слишком много способов потратить деньги. Полёт на Марс в миллионы раз проще полёта к Альфе Центавра — и тем не менее вряд ли сейчас кто-то рискнёт назвать год, когда он всё же состоится.

Оживить работы в этом направлении может или глобальная опасность, грозящая всей планете, или же создание единой планетарной цивилизации, которая сможет преодолеть внутренние склоки и захочет покинуть свою колыбель. Время для этого ещё не пришло — но это не значит, что оно не придёт никогда.

Источник: www.MirF.ru

Какой должна быть скорость корабля для полета на Луну?

 

Для полета корабля на Луну он должен стартовать до орбитальной скорости в 29. тыс. км в час, а потом нарастать примерно до 40 тыс. км в час.

 

Космический корабль при такой скорости может удалиться на расстоянии, на котором на него уже будет сильнее притяжение Луны, нежели Земли. Современная техника позволяет разрабатывать корабли, которые соответствуют вышеупомянутой скорости перемещения. Но если двигатели корабля не будут действовать, он разгонится притяжением Луны и просто упадет на нее с большой силой, разрушив корабль. По этой причине, если в самом начале пути реактивные двигатели ускоряли космический корабль в направлении к Луне, то когда лунное притяжение сравнивалось с земным, двигатели начинали действовать в противоположном направлении. Таким образом, обеспечивалась мягкая посадка на Луну, при которой все люди на корабле оставались невредимыми.

 

На Луне нет воздуха, поэтому находится на ней можно исключительно в специальных скафандрах. Первым человеком, который спустился на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, и это произошло в 1969 году. Тогда произошло первое знакомство человечества с составом лунного грунта. Его изучение позволило лучше понять историю образования Солнечной системы. Тогда геологи надеялись найти на Луне какие-то ценные вещества, которые можно было бы добывать.

высадка американцев на Луну

Масса Земли существенно превышает массу Луны. Значит, взлететь с последней будет проще и дорога в дальний космос тоже осуществится легче. Не исключено, что в дальнейшем человечество будет использовать эту возможность. Скорость вылета на орбиту намного меньше и составляет 6120 км в час или 1,7 км в секунду.

 

Сколько лететь на Марс и другие планеты?

 

Расстояние до планеты Марс около 56 млн км. С учетом возможностей последних технологий лететь до Марса придется минимум 210 дней. Получается это 266 666 километров в день со скоростью 3 км в секунду или 11 111 км в час. Одна из главных проблем при полете на другие планеты – скорость ракеты в космосе километров в час будет недостаточно. На данный момент более реальным покажется полет на Марс за марсианскими образцами.

 

Если до ближней планеты Марс лететь около 210 дней, что сложно физически, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты просто невозможны в результате физических возможностей людей.

марсоход

Стоит отметить, что скорость ракеты зависит от двигателя. Чем быстрее будут вырываться газы из сопла двигателя, тем быстрее летит ракета. Газ, который образуется при сгорании современного химического топлива, развивает скорость 3-4 км в секунду (10 800 – 14 400 км в час). При этом максимальная быстрота перемещения, которую могут сообщить ракете с космическим кораблем, сокращается.

 

Специальные ионные двигатели для космических кораблей

 

Электроны и ионы в специальных ускорителях могут разгоняться до быстроты, приближенной к скорости света, а именно 300 тыс. км в секунду. Но такие ускорители – это пока ее массивные сооружения, которые не подходят для летательных аппаратов. Однако установки, у которых скорость истечения заряженных частиц примерно 100 км в секунду, могут быть установлены на ракетах. В результате, они могут сообщить соединенному с ними телу большую быстроту перемещения, чем способна достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у разработанных к настоящему времени ионных космических двигателях мала сила тяги, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем они пока не могут.

ионный ракетный двигатель последнего поколения от NASA

Но их есть смысл устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, как только корабль летает по орбите. Располагаясь на корпусе корабля, они могут постоянно поддерживать его ориентацию и постепенно незначительным воздействием увеличить скорость корабля выше той, которую ему сообщили посредством химического горючего.

 

Разработка таких электрореактивных двигателей, действующих на орбите, ведется, применяя разные физические явления. Одна из главных задач, стоящих перед создателями ионных космических двигателей – адаптировать их для полетов на другие планеты.

 

Возможность достижения значительных скоростей полета ракеты в космосе с такими двигателями, чем с химическим топливом, делает более реальной разработку кораблей для полетов на ближайшие планеты.

Источник: avia.pro

Как выдержать перегрузки

Впрочем, если мы намерены передвигаться со скоростью свыше 40 тысяч км/час, нам придется достигать ее, а затем замедляться, не спеша и сохраняя терпение.

Быстрое ускорение и столь же быстрое замедление таят в себе смертельную опасность для организма человека. Об этом свидетельствует тяжесть телесных травм, возникающих в результате автомобильных катастроф, при которых скорость падает с нескольких десятков километров в час до нуля.

В чем причина этого? В том свойстве Вселенной, которое носит название инерции или способности физического тела, обладающего массой, противостоять изменению его состояния покоя или движения при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Эта идея сформулирована в первом законе Ньютона, который гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние».

«Состояние покоя и движение с постоянной скоростью — это нормально для человеческого организма, — объясняет Брей. — Нам скорее следует беспокоиться о состоянии человека в момент ускорения».

Около века назад создание прочных самолетов, которые могли маневрировать на скорости, привело к тому, что пилоты стали говорить о странных симптомах, вызываемых изменениями скорости и направления полета. Эти симптомы включали в себя временную потерю зрения и ощущение либо тяжести, либо невесомости.

Причина заключается в перегрузках, измеряемых в единицах G, которые представляют собой отношение линейного ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли под воздействием притяжения или гравитации. Эти единицы отражают воздействие ускорения свободного падения на массу, например, человеческого тела.

Перегрузка в 1 G равна весу тела, которое находится в поле тяжести Земли и притягивается к центру планеты со скоростью 9,8 м/сек (на уровне моря).

Перегрузки, которые человек испытывает вертикально с головы до пят или наоборот, являются поистине плохой новостью для пилотов и пассажиров.

При отрицательных перегрузках, т.е. замедлении, кровь приливает от пальцев на ногах к голове, возникает чувство перенасыщения, как при стойке на руках.

Правообладатель иллюстрации SPL
Image caption Для того чтобы понять, сколько G смогут выдержать астронавты, их тренируют в центрифуге

«Красная пелена» (чувство, которое испытывает человек, когда кровь приливает к голове) наступает, когда распухшие от крови, полупрозрачные нижние веки поднимаются и закрывают зрачки глаз.

И, наоборот, при ускорении или положительных перегрузках кровь отливает от головы к ногам, глаза и мозг начинают испытывать недостаток кислорода, поскольку кровь скапливается в нижних конечностях.

Сначала зрение туманится, т.е. происходит потеря цветного зрения и накатывает, что называется, «серая пелена», потом наступает полная потеря зрения или «черная пелена», но человек остается в сознании.

Чрезмерные перегрузки ведут к полной потере сознания. Это состояние называют обмороком, вызванным перегрузкой. Многие пилоты погибли из-за того, что на их глаза опускалась «черная пелена» — и они разбивались.

Среднестатистический человек может вынести перегрузку примерно в пять G, прежде чем потеряет сознание.

Пилоты, одетые в специальные противоперегрузочные комбинезоны и обученные особым образом напрягать и расслаблять мышцы торса для того, чтобы кровь не отливала от головы, способны управлять самолетом при перегрузках примерно в девять G.

«На протяжении коротких периодов времени человеческое тело может переносить гораздо более сильные перегрузки, чем девять G, — говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Ассоциации аэрокосмической медицины, расположенной в городе Александрия, штат Вирджиния. — Но выдерживать высокие перегрузки на протяжении длительного периода времени способны очень немногие».

Мы, люди, в состоянии переносить огромные перегрузки без тяжких травм, правда, только в течение нескольких мгновений.

Рекорд кратковременной выносливости поставил капитан ВВС США Эли Бидинг-младший на авиабазе Холломэн в штате Нью-Мексико. В 1958 году он при торможении на специальных санях с ракетным двигателем после разгона до 55 км/ч за 0.1 секунду испытал перегрузку в 82.3 G.

Этот результат зафиксировал акселерометр, закрепленный у него на груди. На глаза Бидинга также упала «черная пелена», но он отделался только синяками во время этой выдающейся демонстрации выносливости человеческого организма. Правда, после заезда он провел три дня в госпитале.

А теперь в космос

Астронавты, в зависимости от средства передвижения, также испытывали довольно высокие перегрузки — от трех до пяти G — во время взлетов и при возвращении в плотные слои атмосферы соответственно.

Эти перегрузки переносятся сравнительно легко, благодаря разумной идее пристегивать космических путешественников к креслам в положении лежа лицом по направлению полета.

По достижении стабильной крейсерской скорости в 26 000 км/ч на орбите астронавты ощущают скорость не больше, чем пассажиры коммерческих авиарейсов.

Если перегрузки не будут представлять собой проблему для длительных экспедиций на кораблях «Орион», то с мелкими космическими камнями – микрометеоритами – все сложнее.

Правообладатель иллюстрации NASA
Image caption Для защиты от микрометеоритов «Ориону» понадобится своего рода космическая броня

Эти частицы размером с рисовое зернышко могут развивать впечатляющие и при этом разрушительные скорости до 300 тысяч км/час. Для обеспечения целостности корабля и безопасности его экипажа «Орион» оснащен внешним защитным слоем, толщина которого варьируется от 18 до 30 см.

Кроме того, предусмотрены дополнительные экранирующие щиты, а также используется хитроумное размещение оборудования внутри корабля.

«Чтобы не лишиться полетных систем, жизненно важных для всего космического корабля, мы должны точно рассчитывать углы подлета микрометеоритов», — говорит Джим Брей.

Будьте уверены: микрометеориты – не единственная помеха для космических экспедиций, во время которых высокие скорости полета человека в безвоздушном пространстве будут играть все более важную роль.

В ходе экспедиции к Марсу придется решать и другие практические задачи, например, по снабжению экипажа продовольствием и противодействию повышенной опасности раковых заболеваний из-за воздействия на человеческий организм космической радиации.

Сокращение времени в пути снизит остроту таких проблем, поэтому быстрота перемещения будет становиться все более желаемой.

Космические полеты следующего поколения

Эта потребность в скорости воздвигнет новые препятствия на пути космических путешественников.

Новые корабли НАСА, которые угрожают побить рекорд скорости «Аполлона 10», по-прежнему будут полагаться на испытанные временем химические системы ракетных двигателей, используемые со времен первых космических полетов. Но эти системы обладают жесткими ограничениями скорости по причине высвобождения малых величин энергии на единицу топлива.

Поэтому, чтобы существенно увеличить скорость полета для людей, отправляющихся на Марс и далее, необходимы, как признают ученые, совершенно новые подходы.

«Те системы, которыми мы располагаем сегодня, вполне в состоянии доставить нас туда, — говорит Брей, — однако все мы хотели бы стать свидетелями революции в двигателях».

Эрик Дэвис, ведущий физик-исследователь в Институте перспективных исследований в Остине, штат Техас, и участник программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, шестилетнего исследовательского проекта, завершившегося в 2002 году, выделил три наиболее перспективных средства, с точки зрения традиционной физики, способных помочь человечеству достичь скоростей, разумно достаточных для межпланетных путешествий.

Если коротко, речь идет о явлениях выделения энергии при расщеплении вещества, термоядерном синтезе и аннигиляции антиматерии.

Первый метод заключается в делении атомов и применяется в коммерческих ядерных реакторах.

Второй, термоядерный синтез, заключается в создании более тяжелых атомов из простых атомов – такого рода реакции питают энергией Солнце. Это технология, которая завораживает, но не дается в руки; до ее обретения «всегда остается еще 50 лет» — и так будет всегда, как гласит старый девиз этой отрасли.

«Это весьма передовые технологии, — говорит Дэвис, — но они основаны на традиционной физике и прочно утвердились еще на заре Атомного века». По оптимистическим оценкам, двигательные системы, основанные на концепциях деления атомов и термоядерном синтезе, в теории, способны разогнать корабль до 10% скорости света, т.е. до весьма достойных 100 миллионов км/час.

Правообладатель иллюстрации US Air Force
Image caption Летать со сверхзвуковой скоростью — уже не проблема для человека. Другое дело — скорость света, или хотя бы близко к ней…

Наиболее предпочтительный, хотя и труднодостижимый источник энергии для быстрого космического корабля — это антиматерия, двойник и антипод обычной материи.

Когда два вида материи приходят в соприкосновение, они уничтожают друг друга, в результате чего выделяется чистая энергия.

Технологии, позволяющие вырабатывать и хранить – пока крайне незначительные – количества антиматерии, существуют уже сегодня.

В то же время производство антивещества в полезных количествах потребует новых специальных мощностей следующего поколения, а инженерной мысли придется вступить в конкурентную гонку по созданию соответствующего космического корабля.

Но, как говорит Дэвис, немало отличных идей уже прорабатывается на чертежных досках.

Космические корабли, приводимые в движение энергией антиматерии, смогут перемещаться с ускорением в течение нескольких месяцев и даже лет и достигать более существенных процентов от скорости света.

При этом перегрузки на борту будут оставаться приемлемыми для обитателей кораблей.

Вместе с тем, такие фантастические новые скорости будут таить в себе и иные опасности для организма человека.

Энергетический град

На скорости в несколько сот миллионов километров в час любая пылинка в космосе, от распыленных атомов водорода до микрометеоритов, неизбежно становится пулей, обладающей высокой энергией и способной прошить корпус корабля насквозь.

«Когда вы передвигаетесь с очень высокой скоростью, это означает, что частицы, летящие вам навстречу, движутся с теми же скоростями», — говорит Артур Эдельстайн.

Вместе с покойным отцом, Уильямом Эдельстайном, профессором радиологии в Медицинской школе Университета имени Джона Хопкинса, он работал над научным трудом, в котором рассматривались последствия воздействия атомов космического водорода (на людей и технику) во время сверхбыстрых космических путешествий в космосе.

Хотя его содержание не превышает одного атома на кубический сантиметр, рассеянный в космосе водород может приобрести свойства интенсивной радиационной бомбардировки.

Водород начнет разлагаться на субатомные частицы, которые будут проникать внутрь корабля и подвергать воздействию радиации как экипаж, так и оборудование.

На скорости, равной 95% скорости света, воздействие такой радиации будет означать почти мгновенную смерть.

Звездолет нагреется до температур плавления, перед которыми не устоит ни один мыслимый материал, а вода, содержащаяся в организме членов экипажа, немедленно закипит.

«Это все крайне неприятные проблемы», — замечает Эдельстайн с мрачным юмором.

Он и его отец приблизительно подсчитали, что для создания некоей гипотетической системы магнитной защиты, способной оградить корабль и находящихся в нем людей от смертоносного водородного дождя, звездолет может перемещаться со скоростью, не превышающей половины скорости света. Тогда люди на борту имеют шанс выжить.

Марк Миллис, физик, занимающийся проблемами поступательного движения, и бывший руководитель программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, предупреждает, что этот потенциальный предел скорости для полетов в космосе остается пока проблемой отдаленного будущего.

«На основании физических знаний, накопленных к настоящему времени, можно сказать, что развить скорость свыше 10% от скорости света будет крайне трудно, — говорит Миллис. – Опасность нам пока не угрожает. Простая аналогия: зачем переживать, что мы можем утонуть, если мы еще даже не вошли в воду».

Быстрее света?

Если допустить, что мы, так сказать, научились плавать, сможем ли мы тогда освоить скольжение по космическому времени — если развивать дальше эту аналогию — и летать со сверхсветовой скоростью?

Гипотеза о врожденной способности к выживанию в сверхсветовой среде хотя и сомнительна, но не лишена определенных проблесков образованной просвещенности в кромешной тьме.

Один из таких интригующих способов перемещения основан на технологиях, подобных тем, что применяются в «варп-двигателе» или «двигателе искривления» из сериала «Звездный путь».

Принцип действия этой силовой установки, известной еще как «двигатель Алькубьерре»* (названного по фамилии мексиканского физика-теоретика Мигеля Алькубьерре), состоит в том, что он позволяет кораблю сжимать перед собой нормальное пространство-время, описанное Альбертом Эйнштейном, и расширять его позади себя.

Правообладатель иллюстрации NASA
Image caption Нынешний рекорд скорости принадлежит трем астронавтам «Аполлона 10» — Тому Стаффорду, Джону Янгу и Юджину Сернану

По существу, корабль перемещается в некоем объеме пространства-времени, своеобразном «пузыре искривления», который движется быстрее скорости света.

Таким образом, корабль остается неподвижным в нормальном пространстве-времени в этом «пузыре», не подвергаясь деформациям и избегая нарушений универсального предела скорости света.

«Вместо того чтобы плыть в толще воды нормального пространства-времени, — говорит Дэвис, — двигатель Алькубьерре понесет вас, как серфингиста, несущегося на доске по гребню волны».

Есть тут и определенный подвох. Для реализации этой затеи необходима экзотическая форма материи, обладающая отрицательной массой, чтобы сжимать и расширять пространство-время.

«Физика не содержит никаких противопоказаний относительно отрицательной массы, — говорит Дэвис, — но никаких ее примеров нет, и мы никогда не встречали ее в природе».

Существует и другой подвох. В опубликованной в 2012 году работе исследователи из Университета Сиднея предположили, что «пузырь искривления» будет накапливать заряженные высокой энергией космические частицы, поскольку неизбежно начнет взаимодействовать с содержимым Вселенной.

Некоторые частицы будут проникать внутрь самого пузыря и накачивать корабль радиацией.

Застрявшие в досветовых скоростях?

Неужели мы так и обречены застрять на этапе досветовых скоростей по причине нашей деликатной биологии?!

Речь ведь не столько о том, чтобы установить новый мировой (галактический?) рекорд скорости для человека, сколько о перспективе превращения человечества в межзвездное общество.

Со скоростью в половину скорости света — а это тот предел, который, согласно данным изысканий Эдельстайна, способен выдержать наш организм — путешествие к ближайшей звезде в оба конца займет более 16 лет.

(Эффекты расширения времени, под воздействием которых для экипажа звездолета в его системе координат пройдет меньше времени, чем для людей, оставшихся на Земле в своей системе координат, не приведут к драматическим последствиям на скорости, составляющей половину скорости света).

Марк Миллис полон надежд. Принимая во внимание, что человечество изобрело противоперегрузочные костюмы и защиту от микрометеоритов, позволяющие людям безопасно путешествовать в великой голубой дали и усеянной звездами черноте космоса, он уверен, что мы сможем найти способы выживания, на какие бы скоростные рубежи не вышли в будущем.

«Те же самые технологии, которые смогут помочь нам достигать невероятных новых скоростей перемещения, — размышляет Миллис, — обеспечат нас новыми, пока неведомыми возможностями для защиты экипажей».

Примечания переводчика:

*Мигель Алькубьерре выдвинул идею своего «пузыря» в 1994 году. А в 1995 году российский физик-теоретик Сергей Красников предложил концепцию устройства для космических путешествий быстрее скорости света. Идея получила название «трубы Красникова».

Это искусственное искривление пространства времени по принципу так называемой кротовой норы. Гипотетически корабль будет двигаться по прямой от Земли к заданной звезде сквозь искривленное пространство-время, проходя через другие измерения.

Согласно теории Красникова, космический путешественник вернется обратно в то же самое время, когда он отправился в путь.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Источник: www.bbc.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.