Pēc 50 gadiem cilvēce plāno atgriezties uz mēness, un nedaudz vēlāk prognozē lidojumu uz Marsu. Tomēr maz ticams, ka tuvākajā nākotnē cilvēkiem ir nolemts ievērojami attālināties no zemes orbītas: to ietekmē daudzi faktori.
Kosmoss ir ne tikai pēdējā, bet arī visbīstamākā robeža. Šī ir vistālākā iespējamā vide, bet tieši caur to ved ceļš uz jaunām pasaulēm. Lai nokļūtu pie viņiem, cilvēkam būs jāizgudro jauni dzinēji, jāiemācās izturēt starojumu, nemirt no nejaušas skrambas un nekļūdīties. Vai tas ir iespējams?
Ar piegādi mājās
Ceļojot uz eksoplanetām (kosmosa ķermeņiem ārpus Saules sistēmas), mūsdienu pētnieku galvenā problēma - gan dzīvie, gan automātiskie - nebūs izpētes objektu nezināmie apstākļi, bet gan pats laiks, kas vajadzīgs šādam uzņēmumam. NASA uzsvēra galvenās problēmas, kas rodas sakarā ar to, ka ar visoptimālāko tehnisko līdzekļu attīstību ceļojums prasīs vairākus gadus.
Mūsdienās galvenie dzinēji ir balstīti uz ķīmiskiem procesiem: degvielu un oksidētāju sadedzina, veidojot karstu gāzi. Sildīšanas dēļ no raķetes sprauslas lielā ātrumā izplūst izplūdes gāzes, virzot raķeti pretējā virzienā. Diemžēl šādi dzinēji atstāj maz iespēju manevrēt, jo gāzes plūsmas ātrumu ierobežo sadegšanas temperatūra. Pat teorētiski brauciens uz zvaigznēm ar motoriem ar ķīmisku piedziņu ir nereāls ar pašreizējo tehnoloģiju līmeni. Tātad kosmosa kuģis, kas ir vistālāk no Zemes, Voyager-1, kas tika palaists 1977. gadā, 40 gadu laikā nobrauca vairāk nekā 21 miljardu km. Tas bez pārspīlējumiem ir astronomisks skaitlis, taču pat šajā situācijā Voyager-1 sasniegs zvaigzni AC +79 3888 (17 gaismas gadus no Saules), virzienā uz kuru tas lido ar ātrumu aptuveni 62 000 km / h, tikai pēc 40 000 gadus vecs.
Mūsdienu kosmosa zondes spēj attīstīt vēl lielāku ātrumu. Piemēram, Jupitera mākslīgais satelīts Juno spēj sasniegt aptuveni 250 000 km / h, bet nesen palaistais Parker Solar Probe paātrināsies līdz 692 000 km / h. Bet šajos projektos liels ātrums, cita starpā, tiek sasniegts gravitācijas manevru dēļ: zonde iet netālu no planētas, un tā to nes "līdzi", paātrinot to līdz orbitālajam ātrumam. Tas ir ērti mūsu sistēmā, bet ar to nepietiek, lai ātri ceļotu uz zvaigznēm: ārpus Saules sistēmas nebūs objektu gravitācijas manevram. Turklāt, jo tālāk planēta atrodas no zvaigznes, jo lēnāk tā pārvietojas.
Viens no iespējamiem problēmas risinājumiem ir jonu piedziņa. Tās darbības princips ir balstīts uz reaktīvās vilces izveidi, kuras pamatā ir jonizēta gāze: elektroni tiek saplēsti no molekulām, un iegūtie uzlādētie joni tiek paātrināti elektriskajā laukā. Tādējādi no sprauslām ir iespējams sasniegt lielākus vielas plūsmas ātrumus, turklāt šī pieeja ir energoefektīvāka (paātrināšanai tiek tērēta mazāk degvielas). Rezultātā jonu motori teorētiski ļauj sasniegt vēl nepieredzētus ātrumus: pēc pētnieku domām, Marsu var sasniegt tikai 39 dienās, nevis septiņos mēnešos, kas kopumā tiks pavadīti ceļā uz Sarkano planētu ar InSight moduļa palīdzību, kam šī gada novembrī paredzēts nolaisties uz Marsa. Diemžēl esošie jonu virzuļi ir pārāk vāji, un tos var izmantot tikai orbītas korekcijai.
Reklāmas video:
Krievijā valsts korporācija "Rosatom" nodarbojas ar kosmonautikas kodoldzinēja projektu, sīkāka informācija nav atklāta
Radikālāka pieeja, vismaz Saules sistēmas kolonizācijai, var būt kodolraķešu dzinēji. Kodolmateriālu avotu silda radioaktīvās vielas sabrukšana, karsējot darba šķidrumu, kas var izplūst daudz lielākā ātrumā nekā tas, kas rodas, sadedzinot degvielu un oksidētāju ķīmiskajā motorā. Viņi mēģināja izmantot šo pieeju kosmosa laikmeta sākumā, aukstā kara laikā. Tomēr līdz šim to izmantošanu ierobežo divi faktori. Nav vēlams izmest lielu daudzumu radioaktīvo vielu orbītā: kā rāda prakse, dažreiz tā var atkrist. Turklāt šādam motoram nepieciešama nopietna dzesēšana, un kosmosā siltumu var izdalīt tikai ar starojumu, kas samērā lēni patērē enerģiju, kas ierobežo atomenerģijas dzinēju jaudu. Vājus kodoldzinējus ir vieglāk nomainīt ar jonu dzinējiem, kas ir mazāk bīstami Zemei, vai pazīstamākiem reaktīviem dzinējiem, ko darbina ar ķīmisko degvielu.
Izmantojot mūsdienīgus materiālus un tehnoloģijas, dažādas valstis tagad mēģina izstrādāt jaudīgākus atomu un jonu dzinēju modeļus. Potenciāli tie vairākus mēnešus ļaus nokļūt Saturnā (Cassini misijai šis ceļš aizņēma septiņus gadus). Šodien kodoldzinēji tiek izstrādāti, piemēram, Amerikas Savienotajās Valstīs: 2017. gadā NASA un BWXT Nuclear Energy parakstīja līgumu par motora attīstību. Krievijā valsts korporācija Rosatom nodarbojas ar kosmonautikas kodoldzinēja projektu, sīkāka informācija nav atklāta.
Bīstama vide
Pat ja ir tādi dzinēji, kas dažu mēnešu vai gadu laikā ļauj sasniegt attālās planētas vai pat zvaigznes, jautājums par šāda kuģa apkalpes drošību paliek atklāts. Un galvenie draudi nebūs citplanētieši vai asteroīdi, bet gan starojums. Jonizējošais starojums var sabojāt DNS, radīt problēmas gandrīz visu ķermeņa sistēmu darbībā un padarīt nederīgu pat visdomīgāko kosmosa uzņēmumu, kurā iesaistīta persona.
Ja mēs šodien runājam par lētāku iespēju (lidojums uz Marsu), tad tieši radiācija kļūst par vienu no galvenajām problēmām, ar ko nāksies saskarties astronautiem. Ja uz Zemes cilvēku aizsargā atmosfēra un planētas magnētiskais lauks, tad jau uz ISS kosmonauti ir pakļauti desmit reizes spēcīgākam starojumam. Lidojums uz Sarkano planētu ar pašreizējo tehnoloģiju attīstības līmeni prasīs apmēram 7 mēnešus. Tam jāpievieno laiks, kas pavadīts uz Marsa, kuram nav aizsargājoša magnētiskā lauka un blīvas zemes atmosfēras, kā arī jāņem vērā atpakaļceļš. Apkopojot visus riskus, tikai radiācijas draudi var izraisīt nāvējošu biļeti uz ceturto planētu no Saules. Tāpēc, piemēram,Orion, kuru izstrādā Lockheed Martin, tiks aprīkots ar īpašu aizsargātu patvērumu pārmērīgas saules aktivitātes un lielu radioaktīvo daļiņu izdalīšanās gadījumā. Ņemiet vērā, ka līdzīgs risinājums pašlaik tiek izmantots ISS.
Kopš seniem laikiem vulkānu aktivitātes uz Mēness un Marsa varēja atstāt daudzus kilometrus garu tuneļu līdz 1 km platumam.
Ja mēs runājam par planētu izplešanos, tad šim nolūkam zinātnieki ierosina nākotnē izmantot magnētiskos vairogus vai terraforming. Pastāv budžeta iespēja: itāļu pētnieki ierosināja koncepciju tā dēvēto lavas cauruļu - kanālu izvietojumam planētas biezumā, kas veidojas nevienmērīgas lavas dzesēšanas laikā. Radiācija no kosmosa tajās būs minimāla, jo to vājinās augšējie Marsa slāņi. Šajā gadījumā nebaidās arī no vētrām un citiem draudiem uz planētām ar atmosfēru.
Tiek pieņemts, ka kopš seniem vulkāna aktivitāšu laikiem uz Mēness un Marsa varētu palikt daudz kilometru gari tuneļi līdz 1 km platumā, kuru tumsā varētu sākties vēsture, ko cilvēki bija debešķu ķermeņi kolonizējuši.
Papildus starojumam cilvēkam joprojām ir jāatrisina daudzas problēmas: jānodrošina nepārtraukta un uzticama skābekļa padeve, jāatrisina problēma ar uzturu, jāmācās ilgstoši iztikt ar vieniem un tiem pašiem cilvēkiem utt. Lieki piebilst, ka nosacītas misijas laikā pat uz tuvākajām planētām astronautiem pašiem būs jāatrisina medicīniskās problēmas, piemēram, noņemot apendicītu? Pašlaik visi, kas dodas kosmosā, iziet daudzus testus, bet pret visu apdrošināties vienkārši nav iespējams. Kā uzsvēra pētnieki, sešu cilvēku komanda 900 dienu brauciena laikā uz Marsu gandrīz neizbēgami saskarsies vismaz ar vienu gadījumu, kad kādam no apkalpes locekļiem nepieciešama steidzama palīdzība. Zināmu cerību dod Krievijas un Eiropas eksperiments "Mars-500"kuras laikā sešu cilvēku apkalpe slēgtā telpā uz Zemes veiksmīgi nodzīvoja "lidojumā" 520 dienas, tiekot galā ar psiholoģiskām un medicīniskām problēmām.
Mīļā telpa
Finansējums ir kosmosa projektu pamats, un lielākais vairums nerealizēto kosmosa projektu šajā posmā ir izgāzušies. Pat tādi pilnībā automatizēti projekti kā Curiosity rover ir miljardu dolāru vērti. Cilvēka lidojums uz Marsu tiek lēsts reizēm dārgāks.
Pat projekti, kur nav jādomā par cilvēku dzīvības atbalsta sistēmām, bieži sastopas ar finansēšanas problēmām augsto tehnoloģiju izmaksu dēļ. Piemēram, Džeimsa Veba orbītā esošā teleskopa izmaksas jau ir pārsniegušas 9 miljardus dolāru, un to bija plānots izlaist kosmosā pirms 10 gadiem. Ja mēs runājam par apkalpoto komandējumu izmaksām, tad spilgtākais piemērs bija Starptautiskās kosmosa stacijas projekts. Tiek lēsts, ka tā vērtība ir 150 miljardi dolāru, un tā ir viena no dārgākajām inženierbūvēm pasaulē.
Turklāt viena projekta finansēšana pati par sevi nenodrošina tā panākumus. Šādiem projektiem nepieciešama labi attīstīta zinātniskā bāze, kā arī ražošanas telpas un infrastruktūra, kas spēj atbalstīt staciju. ASV vien tam gadā tērē USD 3 miljardus.
Pēc NASA aprēķiniem, misijas uz Marsu izstrāde, sagatavošana un īstenošana 30 gadu laikā var pārsniegt USD 450 miljardus. Pēc dažām aplēsēm projekta kopējās izmaksas būs 1,5 triljoni USD! Fantastiska summa, ņemot vērā Amerikas Aviācijas un kosmosa aģentūras budžetu, kas vidēji gadā sastāda apmēram 20 miljardus USD. Pat viss mūsdienu kosmosa pakalpojumu un tehnoloģiju tirgus apjoms sasniedz USD 350 miljardus. Tātad ekspedīcijas izmaksas ir ne mazāk problēma kā kosmosa starojums.