Dream Chaser («Бегущий за мечтой») - новый пилотируемый аппарат от частной компании Sierra Nevada Corporation (США). Этот многоразовый пилотируемый космический корабль будет выполнять доставку грузов и экипажа численностью до 7 человек на низкую околоземную орбиту. По проекту, космический корабль будет использовать крылья, и с их помощью совершать посадку на обычную взлётную полосу. Конструкция базируется на проекте орбитального самолёта HL-20

©Sierra Nevada Corporation

Пока американцы середины прошлого века лихорадочно соображали, как угнаться за «империей зла», оная пестрела лозунгами: «Комсомол – на самолет», «Звездному космосу – ДА!». Сегодня США с легкостью воздушных змеев запускают космические корабли, нашим же остается бороздить пока, разве что, Большой театр. Разбирался в деталях Naked Science.

История

Во времена холодной войны космос был одной из арен для борьбы между Советским Союзом и США. Геополитическое противостояние сверхдержав - главный стимул в те годы для развития космической отрасли. На осуществление программ освоения космоса было брошено огромное количество ресурсов. В частности, на реализацию проекта «Аполлон», главной целью которого была высадка человека на поверхность Луны, правительство США потратило около двадцати пяти миллиардов долларов. Для 70-х годов прошлого века эта сумма была просто гигантской. Лунная программа СССР, которой так и не суждено было осуществиться, обошлась бюджету Советского Союза в 2,5 млрд. рублей. Разработка отечественного космического корабля многоразового использования «Буран» стоила шестнадцать миллиардов рублей. При этом «Бурану» судьба уготовила совершить лишь один космический полет.

Гораздо больше повезло его американскому аналогу. «Спейс шаттл» совершил сто тридцать пять запусков. Но американский шаттл оказался не вечен. Корабль, созданный по государственной программе «Космическая транспортная система», 8 июля 2011-го года осуществил свой последний космический старт, который завершился ранним утром 21-го июля того же года. За время реализации программы американцы произвели на свет шесть «шаттлов», один из которых был прототипом, никогда не осуществлявшим космических полетов. Два корабля и вовсе потерпели катастрофу.

Отрыв от земли «Аполлона 11»

©NASA

С точки зрения экономической целесообразности программу «Спейс шаттл» едва ли можно назвать успешной. Космические корабли одноразового использования оказались гораздо экономичней своих, казалось бы, более технологически продвинутых многоразовых собратьев. Да и безопасность полетов на «шаттлах» вызывала сомнения. За время их эксплуатации, в результате двух катастроф, жертвами стали четырнадцать астронавтов. Но причина столь неоднозначных итогов космических путешествий легендарного корабля заключается не в его техническом несовершенстве, а в сложности самой концепции космических аппаратов многоразового использования.

В итоге, российские космические корабли одноразового использования «Союз», разработанные ещё в 60-е годы прошлого века, стали единственным типом аппаратов, осуществляющим ныне пилотируемые полеты на Международную космическую станцию (МКС). Нужно сразу отметить, что это отнюдь не говорит об их превосходстве над «Спейс шаттлом». Корабли «Союз», как и беспилотные «космические грузовики» «Прогресс», созданные на их базе, обладают рядом концептуальных недостатков. Они весьма ограничены в грузоподъемности. А еще использование подобных аппаратов приводит к накоплению орбитального мусора, оставшегося после их эксплуатации. Космические полеты на кораблях типа «Союз» очень скоро станут частью истории. В то же время, на сегодняшний день, не существует реальных альтернатив. Огромный потенциал, заложенный в концепции кораблей многоразового использования, зачастую остается технически нереализуемым даже в наше время.

Первый проект советского многоразового орбитального самолета ОС-120 «Буран», предложенного НПО "Энергия" в 1975 году и представлявшего собой аналог американского Space Shuttle

©buran.ru

Новые космические корабли США

В июле 2011-го года американский президент Барак Обама заявил: полет на Марс является новой и, насколько можно полагать, главной целью американских астронавтов на ближайшие десятилетия. Одной из программ, осуществляемых NASA в рамках освоения Луны и полета на Марс, стала масштабная космическая программа «Созвездие».

В её основе - создание нового пилотируемого космического корабля «Орион», ракет-носителей «Арес-1» и «Арес-5», а также лунного модуля «Альтаир». Несмотря на то что в 2010-м году правительство США приняло решение о сворачивании программы «Созвездие», NASA получило возможность продолжить разработку «Ориона». Первый беспилотный испытательный полет корабля планируется реализовать в 2014-м году. Предполагается, что во время полета аппарат удалится на шесть тысяч километров от Земли. Это примерно в пятнадцать раз дальше, чем находится МКС. После тестового полета корабль возьмет курс на Землю. В атмосферу новый аппарат сможет входить со скоростью 32 тыс. км/ч. По этому показателю «Орион» на полторы тысячи километров превосходит легендарный «Аполло». Первый беспилотный экспериментальный полет «Ориона» призван продемонстрировать его потенциальные возможности. Испытание корабля должно стать важным шагом к осуществлению его пилотируемого запуска, который намечен на 2021-й год.

Согласно планам NASA, в роли ракет-носителей «Ориона» будут выступать «Дельта-4» и «Атлас-5». От разработки «Арес» было решено отказаться. Кроме того, для освоения дальнего космоса американцы проектируют новую сверхтяжёлую ракету-носитель SLS.

«Орион» - корабль частично многоразового использования и концептуально находится ближе к аппарату «Союз», чем к космическому челноку «шаттл». Частично многоразовыми являются большинство перспективных космических кораблей. Такая концепция предполагает, что после осуществления посадки на поверхность Земли жилую капсулу корабля можно будет повторно использовать для запуска в космическое пространство. Это позволяет совместить функциональную практичность многоразовых космических кораблей с экономичностью эксплуатации аппаратов типа «Союз» или «Аполло». Такое решение- переходный этап. Вероятно, в отдаленном будущем все космические аппараты станут многоразовыми. Так что американский «Спейс шаттл» и советский «Буран» в каком-то смысле опередили своё время.

«Орион» – многоцелевой капсульный частично многоразовый пилотируемый космический корабль США, разрабатываемый с середины 2000-х годов в рамках программы «Созвездие»

©NASA

Похоже, слова «практичность» и «предусмотрительность» как нельзя лучше характеризуют американцев. Правительство США решило не взваливать все свои космические амбиции на плечи одного «Ориона». В настоящее время сразу несколько частных компаний по заказу NASA разрабатывают собственные космические корабли, призванные заменить используемые сегодня аппараты. В рамках «Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей» (CCDev) компания Boeing разрабатывает частично многоразовый пилотируемый космический корабль CST-100. Аппарат предназначен для совершения коротких путешествий на околоземную орбиту. Его главной задачей станет доставка экипажа и грузов на МКС.

Экипаж корабля может составлять до семи человек. При этом, во время проектирования CST-100 особое внимание было уделено комфорту астронавтов. Жилое пространство аппарата куда обширней кораблей прошлого поколения. Запуск его, вероятно, будет производиться с помощью ракет-носителей «Атлас», «Дельта» или «Фалькон». При этом, «Атлас-5» является наиболее подходящим вариантом. Посадка корабля будет осуществляться с помощью парашюта и воздушных подушек. Согласно планам компании Boeing, в 2015-м году CST-100 ждет серия испытательных запусков. Первые два полета будут беспилотными. Главная их задача- вывод аппарата на орбиту и тестирование систем безопасности. Во время третьего полета планируется пилотируемая стыковка с МКС. В случае успеха испытаний CST-100 очень скоро будет способен прийти на замену российским кораблям «Союз» и «Прогресс», монопольно осуществляющим пилотируемые полеты на Международную космическую станцию.

CST-100 – пилотируемый транспортный космический корабль

©Boeing

Ещё одним частным кораблем, который будет выполнять доставку грузов и экипажа на МКС, станет аппарат, разработанный компаний SpaceX, входящей в состав Sierra Nevada Corporation. Частично многоразовый моноблочный корабль «Дракон» разработан по программе NASA «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS). Планируется построить три его модификации: пилотируемую, грузовую и автономную. Экипаж пилотируемого корабля, как и в случае с CST-100, может составлять семь человек. В грузовой модификации корабль будет брать на борт четыре человека и две с половиной тонны груза.

А в будущем «Дракон» хотят использовать и для полетов на Красную планету. Для чего разработают специальную версию корабля - «Рэд драгон». Согласно планам американского космического руководства, беспилотный полет аппарата на Марс состоится в 2018-м году, а первый испытательный пилотируемый полет корабля США рассчитывают осуществить уже через несколько лет.

Одна из особенностей «Дракона» - его многоразовость. После осуществления полета часть энергетических систем и топливные баки будут спускаться на Землю вместе с жилой капсулой корабля и могут быть вновь использованы для космических полетов. Эта конструктивная способность выгодно отличает новый корабль от большей части перспективных разработок. В ближайшем будущем «Дракон» и CST-100 будут дополнять друг друга и выступать в роли «подстраховки». В случае, если один тип корабля по какой-то причине не сможет выполнять поставленные перед ним задачи, другой возьмет на себя часть его работы.

Dragon SpaceX – частный транспортный космический корабль (КК) компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS), предназначенный для доставки полезного груза и, в перспективе, людей на МКС

©SpaceX

«Дракон» на орбиту вывели впервые в 2010-м году. Беспилотный испытательный полет завершился успешно, и уже через несколько лет, а именно 25 мая 2012-го года, аппарат пристыковался к МКС. На корабле к тому моменту не было системы автоматической стыковки, и для её осуществления пришлось использовать манипулятор космической станции.

Этот полет рассматривался в качестве первой в истории стыковки частного корабля к Международной космической станции. Сразу оговоримся: едва ли «Дракон» и ряд других космических кораблей, разрабатываемых частными компаниями, можно назвать частными в полном смысле слова. Например, на разработку «Дракона» NASA выделило 1,5 млрд. долларов. Другие частные проекты также получают финансовую поддержку со стороны NASA. Поэтому речь идет не столько о коммерциализации космоса, сколько о новой стратегии развития космической отрасли, основанной на кооперации государства и частного капитала. Некогда секретные космические технологии, ранее доступные лишь государству, отныне - достояние ряда частных компаний, вовлеченных в сферу космонавтики. Обстоятельство это - само по себе мощный стимул для роста технологических возможностей частных компаний. К тому же такой подход позволил устроить в частную сферу большое количество специалистов космической отрасли, уволенных ранее государством в связи с закрытием программы «Спейс шаттл».

Когда речь идет о программе разработки космических кораблей частными компаниями, едва ли не наибольший интерес представляет проект компании SpaceDev, получивший название «Дрим Чейзер». В его разработке также принимали участие двенадцать партнёров компании, три американских университета и семь центров NASA.

Концепт многоразового пилотируемого космического корабля Dream Chaser, разрабатываемый американской компанией SpaceDev, подразделением Sierra Nevada Corporation

©SpaceDev

Этот корабль сильно отличается от всех остальных перспективных космических разработок. Многоразовый «Дрим Чейзер» внешне напоминает миниатюрный «Спейс шаттл» и способен осуществлять посадку, как обыкновенный самолет. И все равно основные задачи корабля схожи с задачами «Дракона» и CST-100. Аппарат послужит для доставки грузов и экипажа (до тех же семи человек) на низкую околоземную орбиту, куда он будет выводиться с помощью ракеты-носителя «Атлас-5». В этом году корабль должен осуществить свой первой беспилотный полет, а к 2015-му планируется подготовить к запуску его пилотируемую версию. Еще одна важная деталь. Проект «Дрим Чейзер» создается на базе американской разработки 1990-х годов – орбитального самолета HL-20. Проект последнего стал аналогом советской орбитальной системы «Спираль». Все три аппарата имеют схожий внешний вид и предполагаемые функциональные возможности. Отсюда вытекает вполне закономерный вопрос. Стоило ли Советскому Союзу сворачивать наполовину готовую авиационно-космическую систему «Спираль»?

Что у нас?

В 2000-м году РКК «Энергия» начала проектирование многоцелевого космического комплекса «Клипер». Этот многоразовый космический аппарат, внешне чем-то напоминающий уменьшенный в размерах «шаттл», предполагалось использовать для решения самых разнообразных задач: доставка груза, эвакуация экипажа космической станции, космический туризм, полеты на другие планеты. На проект возлагались определенные надежды. Как всегда, благие намерения накрылись медным тазом отсутствия финансирования. В 2006-м году проект был закрыт. При этом технологии, разработанные в рамках проекта «Клипер», предполагается использовать для проектирования «Перспективной пилотируемой транспортной системы» (ППТС), также известной как проект «Русь».

Крылатый вариант «Клипера» в орбитальном полете. Рисунок веб-мастера на основе 3D-модели «Клипера»

©Вадим Лукашевич

Именно ППТС (конечно, это пока лишь «рабочее» название проекта), как полагают российские специалисты, будет суждено стать отечественной космической системой нового поколения, способной заменить стремительно устаревающие «Союзы» и «Прогрессы». Как и в случае с «Клипером», разработкой космического корабля занимается РКК «Энергия». Базовой модификацией комплекса станет «Пилотируемый транспортный корабль нового поколения» (ПТК НК). Его главной задачей, опять-таки, будет доставка грузов и экипажа на МКС. В отдалённой перспективе - разработка модификаций, способных осуществлять полеты на Луну и выполнять продолжительные исследовательские миссии. Сам корабль обещает стать частично многоразовым. Жилая капсула может быть повторно использована после осуществления посадки. Двигательно-агрегатный отсек – нет. Любопытная особенность корабля - возможность посадки без использования парашюта. Для торможения и мягкого приземления на поверхность Земли будет применяться реактивная система.

В отличие от «Союзов», взлетающих с территории космодрома «Байконур» в Казахстане, новые корабли будут запускать с нового космодрома «Восточный», строящегося на территории Амурской области. Экипаж составит шесть человек. Пилотируемый аппарат также способен брать груз - пятьсот килограммов. В беспилотной версии корабль сможет доставлять на околоземную орбиту «гостинцы» посолиднее- весом в две тонны.

Одна из основных проблем проекта ППТС - отсутствие ракет-носителей, обладающих необходимыми характеристиками. Сегодня главные технические аспекты космического корабля проработаны, но отсутствие ракеты-носителя ставит его разработчиков в весьма затруднительное положение. Предполагается, что новая ракета-носитель станет технологически близкой к «Ангаре», разработанной ещё в 1990-е годы.

Макет ППТС на выставке МАКС-2009

©sdelanounas.ru

Как ни странно, но ещё одной серьёзной проблемой является сама цель проектирования ППТС (читай: российская действительность). Россия едва ли сможет себе позволить осуществление программ по освоению Луны и Марса, аналогичные по своим масштабам тем, которые претворяют в жизнь США. Даже в случае успеха разработки космического комплекса, скорее всего, его единственной реальной задачей будет доставка грузов и экипажа на МКС. Но начало летных испытаний ППТС отложено до 2018-го года. К этому времени перспективные американские аппараты, скорее всего, уже смогут взять на себя те функции, которые сейчас выполняют российские корабли «Союз» и «Прогресс».

Туманные перспективы

Современный мир лишен романтики космических полетов- это факт. Конечно, речь не идет о запуске спутников и космическом туризме. За эти сферы космонавтики можно не беспокоиться. Полеты на Международную космическую станцию имеют огромное значение для космической отрасли, но срок пребывания МКС на орбите ограничен. Станцию планируется ликвидировать в 2020-м году. Современный пилотируемый космический аппарат – это, прежде всего, составная часть определенной программы. Нет смысла разрабатывать новый корабль, не имея представления о задачах его эксплуатации. Новые космические аппараты США проектируются не только для доставки грузов и экипажей на МКС, но и с целью полетов на Марс и Луну. Однако эти задачи настолько далеки от повседневных земных забот, что в ближайшие годы нам едва ли стоит ожидать сколько-нибудь значительных прорывов в области космонавтики.

Человечество уже давно строит планы в отношении будущего космических полетов в дальний космос. Но какими будут эти полеты? На каких кораблях мы будем бороздить просторы Вселенной?

Будут ли эти корабли настолько большими, что места внутри них хватит на строительство поселений или даже целых городов, как это мы не раз могли наблюдать во многих фантастических фильмах? Или же они будут более приближены к реальности и представлять собой большие орбитальные космические станции? Основной вопрос данной статьи заключается в том, насколько близкое отношение к реальности имеют предложенные в научной фантастике концепты космических колоний.

Гигантские космические станции размером с Луну. Огромные кольцеобразные станции, кружащие по орбите чужих миров. Массивные города, дрейфующие в атмосфере чужих планет. Все эти концепты мы сегодня и рассмотрим и выясним, насколько они реализуемы.

Комментировать ту или иную идею будет Синди Ду, научный сотрудник и докторант Массачусетского технологического института, человек, который откровенно считает, что проект Mars One изначально обречен на провал, и ученый, который написал серьезную научную работу, в которой затрагиваются вопросы, связанные с нашей возможной будущей жизнью в космосе.

Согласно Ду, нужно учитывать три вещи, если мы говорим о любой возможности обитания человека в космосе. Необходимо учитывать место обитания, чего мы хотим от этого места обитания и насколько большим оно будет. Именно эти три критерия могут указать на возможность или невозможность всей затеи. Поэтому рассмотрим несколько вариантов космических жилищ, которые предлагает нам научная фантастика, и выясним, насколько реально и рационально их использование.

Мобильная космическая станция наподобие «Звезды смерти»

Практически каждый любитель научно-фантастических фильмов знает, что такое «Звезда смерти». Это такая большая серая и круглая космическая станция из киноэпопеи «Звездные войны», внешне очень напоминающая Луну. Это межгалактический уничтожитель планет, который по сути сам является искусственной планетой, состоящей из стали и населенной штурмовиками.

Можем ли мы в реальности построить такую искусственную планету и бороздить на ней просторы галактики? В теории - да. Только на это потребуется невероятное количество человеческих и финансовых ресурсов.

«Станция размером со «Звезду смерти» потребует колоссального запаса материалов для строительства», - говорит Ду.

Вопрос строительства «Звезды смерти» - без шуток - поднимался даже американским Белым домом, после того как общество отправило соответствующую петицию для рассмотрения. Официальный ответ властей гласил, что только на сталь для строительства потребуется 852 000 000 000 000 000 долларов.

Давайте предположим, что вопрос денег не является проблемой и «Звезду смерти» действительно построили. Что дальше? А дальше в дело включится старая добрая физика. И это окажется действительно проблемой.

«Для возможности движения «Звезды смерти» через космос потребуется беспрецедентный объем энергии», - продолжает Ду.

«Масса станции будет эквивалентна массе Деймоса, одного из спутников Марса. У человечества просто нет возможностей и необходимых технологий, чтобы построить двигатель, способный передвигать таких великанов».

Орбитальная станция «Дальний космос 9»

Итак, мы выяснили, что «Звезда смерти» слишком большая (по крайней мере на сегодняшний взгляд) для путешествий в космосе. Возможно, нам поможет какая-нибудь космическая станция меньшего размера, такая как, например, «Дальний космос 9», на которой происходят события сериала «Звездный путь» (1993-1999 гг.). В этом сериале станция находится на орбите вымышленной планеты Бэйджор и является отличным местом обитания и настоящим галактическим торговым центром.

«Опять же, потребуется очень много ресурсов для строительства подобной станции», - говорит Ду.

«Основной вопрос заключается в следующем: производить ли доставку необходимого материала к той планете, на орбите которой будет находиться будущая станция, или же добывать необходимые ресурсы прямо на месте, скажем, на каком-нибудь астероиде или спутнике одной из местных планет?»

Ду говорит, что доставка каждого килограмма полезного груза в космос на низкую орбиту Земли обходится сейчас примерно в 20 000 долларов. Учитывая это, вероятнее всего, было бы целесообразнее отправить какой-нибудь роботизированный космический аппарат на добычу полезных ископаемых на один из местных астероидов, чем доставлять на место нужный материал с Земли.

Еще одним вопросом, который потребует обязательного решения, будет, конечно же, вопрос жизнеобеспечения. В том же «Звездном пути» станция «Дальний космос 9» не была полностью автономной. Она являлась торговым галактическим центром, новые запасы для которого доставлялись различными торговцами, а также в ходе поставок с планеты Бэйджор. По мнению Ду, при строительстве подобных космических станций для обитания в любом случае потребуется время от времени проводить миссии по поставке новых продовольствий.

«Станция подобного размера, скорее всего, будет функционировать благодаря созданию и комбинации использования биологических сред (например, выращивания водорослей для питания) и систем жизнеобеспечения, основанных на химико-технологических процессах, как, например, на МКС», - объясняет Ду.

«Эти системы не будут полностью автономными. Они будут требовать периодического обслуживания, пополнения запасов воды, кислорода, поставок новых запчастей и так далее».

Марсианская станция как в фильме «Миссия на Марс»

В этом фильме присутствует очень много реального фантастического бреда. Торнадо на Марсе? Мистические обелиски пришельцев? Но больше всего смущает описанный в фильме факт того, что на Марсе очень просто обустроить себе жилище и обеспечить себя запасами воды и кислорода. Оставшийся в одиночку на Марсе герой актера Дона Чидла объясняет, что смог выжить на Красной планете благодаря созданию небольшого огорода.

«Это работает. Я даю им свет и углекислый газ, они мне - кислород и пищу».

Если это так легко, то что мы до сих пор делаем здесь, на Земле?

«В теории создать марсианскую теплицу действительно возможно. Однако выращивание растений обладает рядом особенностей. И если сравнивать трудозатраты на выращивание растений на Марсе и стоимость доставки на Красную планету уже готовых продуктов с Земли, то проще и дешевле будет доставлять готовые и запакованные продукты, дополняя запасы лишь частью выращенных сельскохозяйственных культур, имеющих очень высокую степень урожайности. Более того, выбирать нужно будет растения с минимальным циклом созревания. Например, различные салатные культуры».

Несмотря на уверенность Чидла в том, что между растениями и человеком имеются тесные связи (на Земле оно, может, так и есть), в суровых климатических условиях Марса растения и человек будут находиться в совсем неестественной для них окружающей среде. Не следует также забывать и о таком аспекте, как различия в интенсивности фотосинтеза сельскохозяйственных культур. Для выращивания растений потребуются сложные закрытые системы для контроля за окружающей средой. И это весьма серьезная задача, так как в таком случае людям и растениям придется делить единую атмосферу. Решение этой проблемы на практике потребует использования изолированных парниковых камер для роста, но это в свою очередь повысит общую стоимость затрат.

Выращивание растений, может, и является хорошей идеей, но лучше запастись дополнительной провизией, которую можно будет взять с собой перед полетом в один конец.

Клауд-Сити. Город, парящий в атмосфере планеты

Знаменитый «город в облаках» Лэндо Калриссиана из «Звездных войн» представляется довольно интересной идеей для научной фантастики. Однако могут ли планеты с весьма плотной атмосферой, но суровой поверхностью являться подходящей площадкой для выживания и даже процветания человечества? Эксперты из NASA считают, что это действительно возможно. И самым подходящим кандидатом на роль такой планеты в нашей Солнечной системе является Венера.

Научно-исследовательский центр в Лэнгли в свое время изучал эту идею и до сих пор работает над концептами космических аппаратов, которые смогли бы отправить человека к верхним слоям атмосферы Венеры. Мы уже писали о том, что строительство гигантской станции размером с город будет очень сложной задачей, практически невозможной, но еще сложнее может быть поиск ответа на вопрос о том, как удержать космический корабль в верхних слоях атмосферы.

«Вход в атмосферу является одним из сложнейших испытаний в ходе космического полета», - говорит Ду.

«Вы даже не представляете, какие «7 минут ужаса» пришлось перенести «Кьюриосити» в момент посадки на Марс. А удержать гигантскую жилую станцию в верхних слоях атмосферы будет гораздо сложнее. Когда вы входите в атмосферу на скорости нескольких тысяч километров в секунду, вам потребуется за считанные минуты активировать системы торможения и стабилизации аппарата в атмосфере. В противном случае вы просто разобьетесь».

Опять же, одним из преимуществ летающего города Калриссиана является постоянный доступ к чистому и свежему воздуху, о чем можно полностью забыть, если мы говорим о реальных условиях и в частности условиях Венеры. Кроме того, придется разработать специальные скафандры, облачаясь в которые люди смогут спускаться вниз и пополнять запасы материалов на адской поверхности этой планеты. Ду имеет на этот счет несколько идей:

«Для обитания в атмосфере, в зависимости от выбранного места, можно, например, проводить очистку атмосферы вокруг станции (на Венере вы можете перерабатывать CO2 в O2, например), или же можно отправить роботов-шахтеров на поверхность с помощью троса, например, для добычи полезных ископаемых и последующей доставки их обратно на станцию. В условиях Венеры это опять же будет чрезвычайно сложной задачей».

В общем, идея Клауд-Сити выглядит совсем не подходящей со многих сторон.

Гигантский космический корабль «Аксиома» из мультика «ВАЛЛ-И»

Потрясающий и трогательный научно-фантастический мультфильм «ВАЛЛ-И» предлагает относительно реалистичный вариант исхода человечества с Земли. В то время как роботы пытаются очистить поверхность Земли от скопившегося на ней мусора, люди улетают из системы в дальний космос на гигантском космическом корабле. Звучит вполне реалистично, правда? Космические корабли мы уже делать научились, так давайте просто сделаем их больше?

На самом же деле эта идея является, по мнению Ду, чуть ли не самой нереальной из предложенного в этой статье списка.

«В мультфильме показано, что корабль «Аксиома» находится в очень дальнем космосе. Поэтому, вероятнее всего, доступа к любым внешним ресурсам, которые могут потребоваться для поддержания на корабле жизни, он, скорее всего, не имеет. Например, так как корабль будет находиться далеко от нашего Солнца или любого другого источника солнечной энергии, то, скорее всего, работать он будет на базе ядерного реактора. Население корабля составляет несколько тысяч человек. Всем им нужно есть, пить, дышать воздухом. Все эти ресурсы нужно откуда-то брать, а также еще и не забывать о переработке отходов, которые обязательно будут накапливаться с употреблением этих ресурсов».

«Даже если использовать какую-нибудь сверхвысокотехнологическую систему биологического жизнеобеспечения, то нахождение в космической среде, не способной обеспечить пополнение космического корабля нужными объемами энергии, будет означать, что все эти системы жизнеобеспечения не смогут поддерживать биологические процессы на его борту. Короче говоря - вариант с гигантским космическим кораблем выглядит наиболее фантастическим».

Мир-кольцо. Элизиум

Миры-кольца, какими они представлены, например, в фантастическом боевике «Элизиум» или видеоигре «Halo», являются, пожалуй, одними из самых интересных идей для космических станций будущего. В «Элизиуме» станция находится близко к Земле и, если игнорировать ее размеры, обладает определенной долей реалистичности. Однако самая большая проблема здесь заключается в ее «открытости», что уже только по виду - чистая фантастика.

«Возможно, самым спорным вопросом по поводу станции «Элизиум» является ее открытость для космической среды», - объясняет Ду.

«В фильме показано, как космический корабль просто садится на лужайку после того, как прилетает из открытого космоса. Здесь нет никаких стыковочных шлюзов и тому подобного. А ведь такая станция должна быть полностью изолирована от внешней среды. В противном случае атмосфера здесь долго не задержится. Возможно, открытые участки станции можно будет защитить каким-то невидимым полем, которое позволит солнечному свету проникать внутрь и поддерживать жизнь в высаженных здесь растениях и деревьях. Но пока это всего лишь фантастика. Таких технологий нет».

Самая идея станции в форме колец замечательная, но пока нереализуемая.

Подземные города как в «Матрице»

События трилогии «Матрица» в действительности происходят на Земле. Однако поверхность планеты заселена роботами-убийцами, и поэтому наш дом выглядит как чужой и очень негостеприимный мир. Для выживания людям пришлось спуститься под землю, ближе к ядру планеты, где все еще тепло и более безопасно. Основная же проблема при таких реальных стечениях обстоятельств, помимо, конечно же, сложности при транспортировке оборудования, которое потребуется для создания подземной колонии, будет заключаться в поддержании контакта с остальным человечеством. Ду объясняет эту сложность на примере Марса:

«Подземные колонии могут встретиться с проблемами общения между собой. Связь между подземными колониями на Марсе и Земле потребует создания отдельных мощных коммуникационных линий и орбитальных спутников, которые станут мостом для передачи сообщений между двумя планетами. Если потребуется наличие постоянной коммуникационной линии, то в этом случае будет необходимо использование как минимум еще одного дополнительного спутника, который будет располагаться на орбите Солнца. Он будет принимать сигнал и отправлять его на Землю, когда наша планета и Марс будут находиться по разные стороны звезды».

Терраформированный астероид как в романе «2312»

В романе Кима Стэнли Робинсона люди провели терраформирование астероида и построили на нем своего рода террариум, в котором искусственная гравитация создается за счет центростремительной силы.

Эксперт NASA Эл Глобус говорит, что важнее всего будет решить вопрос герметичности астероида, учитывая, что большинство из них представляются по сути большими кусками различного космического «мусора». Кроме того, эксперт говорит, что астероиды очень плохо поддаются вращению, а изменение центра его гравитации потребует определенных усилий при корректировке его курса.

«Однако строительство космической станции на астероиде действительно возможно. Нужно будет лишь найти большой и наиболее подходящий летающий кусок скалы», - говорит Ду.

«Что интересно, NASA планирует нечто подобное в рамках своей миссии Asteroid Redirect Mission».

«Одна из задач заключается в отборе наиболее подходящего астероида, обладающего нужной структурой, формой и орбитой. Были концепты, согласно которым рассматривался вопрос помещения астероида на периодические орбиты между Землей и Марсом. Поведение астероидов в данном случае изменялось таким образом, что они действовали бы как транспортники между двумя планетами. Дополнительная масса вокруг астероида в свою очередь обеспечивала защиту от воздействия космической радиации».

«Главная же задача, связанная с данным концептом, заключалась бы в передвижении потенциально достаточно подходящего для обитания астероида на определенную орбиту (это потребовало бы наличия технологий, которыми мы в настоящий момент не обладаем), а также добыче и переработке полезных ископаемых на этом астероиде. Опыта в этом у нас пока тоже нет».

«Размеры и плотность подобного объекта больше подходят для отправки туда команды из 4-6 человек, нежели строительства чего-то уровня колонии. И подготовкой к этому NASA сейчас и занимается».

Человечество осваивает космическое пространство пилотируемыми кораблями уже более полувека. Увы, за это время оно, образно говоря, недалеко уплыло. Если сравнить Вселенную с океаном, мы всего лишь бродим у кромки прибоя по щиколотку в воде. Однажды, правда, решились поплавать немного поглубже (лунная программа "Аполлон"), и с тех пор живем воспоминаниями об этом событии как о высочайшем достижении.

До сих пор космические корабли в основном служат транспортом доставки на и обратно на Землю. Максимальная продолжительность автономного полета, достижимая многоразовым челноком "Спейс Шаттл", составляет всего лишь 30 дней, да и то теоретически. Но, быть может, космические корабли будущего станут гораздо совершеннее и универсальнее?

Уже лунные экспедиции "Аполлонов" наглядно показали, что требования к грядущим космолетам могут разительно отличаться от заданий для "космических такси". Лунная кабина "Аполлона" имела очень мало общего с обтекаемыми кораблями и не была рассчитана на полет в планетной атмосфере. Некоторое представление о том, как будут выглядеть космические корабли будущего, фото американских астронавтов дают более чем наглядно.

Самый серьезный фактор, который сдерживает эпизодическое исследование человеком Солнечной системы, не говоря уже об организации на планетах и их спутниках научных баз, - радиация. Проблемы возникают даже с лунными миссиями, длящимися от силы неделю. А полуторагодовой полет на Марс, который, казалось, вот-вот состоится, отодвигается все дальше и дальше. Исследования автоматами показали смертельно опасный для человека на всей трассе межпланетного перелета. Так что космические корабли будущего неизбежно обзаведутся серьезной противорадиационной защитой в сочетании со специальными медико-биологическими мерами для экипажа.

Понятно, что чем быстрее он доберется до места назначения, тем лучше. Но для быстрого полета нужны мощные двигатели. А для них, в свою очередь, высокоэффективное топливо, которое не занимало бы много места. Поэтому химические маршевые двигатели уже в ближайшем будущем уступят место ядерным. Если же ученым удастся укрощение антивещества, т. е. перевод массы в световое излучение, космические корабли будущего обретут В этом случае речь пойдет уже о достижении релятивистских скоростей и межзвездных экспедициях.

Еще одним серьезным препятствием на пути освоения человеком Вселенной станет длительное обеспечение его жизнедеятельности. Всего лишь за сутки человеческий организм потребляет немало кислорода, воды и пищи, выделяет твердые и жидкие отходы, выдыхает углекислый газ. Брать с собой на борт полный запас кислорода и продуктов бессмысленно из-за их огромного веса. Проблему решает бортовая замкнутая Однако до сих пор все эксперименты на эту тему не увенчались успехом. А без замкнутой СЖО немыслимы годами летящие сквозь пространство космические корабли будущего; картинки художников, конечно, поражают воображение, но не отражают реальное положение дел.

Итак, все проекты космолетов и звездолетов пока еще далеки от реального воплощения. И человечеству придется смириться с изучением Вселенной космонавтами под прикрытием и получением информации от автоматических зондов. Но это, конечно же, временно. Космонавтика не стоит на месте, и косвенные признаки показывают, что в этой сфере деятельности человечества зреет большой прорыв. Так что, возможно, космические корабли будущего будут построены и совершат первые полеты уже в XXI веке.

На проходящем в эти дни Парижском авиасалоне в Ле-Бурже представители Китая предложили Роскосмосу участвовать в проекте Китайской космической станции. Как заявил глава госкорпорации Игорь Комаров, какой-либо договорённости и планов нет: у станций разное наклонение орбиты. Пока что Россия не планирует присоединяться к проекту. План станции, о которой идёт речь, относительно финализирован. Сама пилотируемая китайская космонавтика молода - первый китаец-тайкунавт появился менее полутора десятков лет назад.

Однако после закрытия проекта МКС в 20-х годах этого века КНР может оказаться одной - если не единственной - из стран с функционирующей станцией на орбите Земли.

Закрытый клуб МКС

Оба проекта тянутся чуть ли не на полвека назад в прошлое Холодной войны. Планы международной многомодульной космической станции под названием «Свобода» («Фридом») озвучили в 1984 году при Рейгане. 40-й президент в США в наследство от предшественника получил один из самых дорогих орбитальных носителей в истории «Спейс Шаттл» и ни одной постоянной орбитальной станции, а новое руководство в США всегда любит назначать новые направления космонавтики.

К счастью «Мир-2» не остался всего лишь фантазией моделеров симулятора Orbiter : через адаптер PMA-1 к американскому сегменту присоединены модули «Заря » и базовый блок «Мира-2», ставший «Звездой ».

За восемнадцать лет на орбите МКС приобрела свой нынешний размах. Ставшую одной из самых дорогих структур человечества станцию посетили граждане нескольких десятков государств, многие страны проводят на ней эксперименты - достаточно лишь быть партнёром.

Но членство в проекте есть только у США, их союзников и присоединившейся России. Не участвует в МКС наравне с остальными, к примеру, Индия или Южная Корея. У других стран есть настоящие барьеры к участию. Скорее всего, ни один гражданин КНР на борту станции никогда не побывает. Вероятная причина подобного - геополитические мотивы и политическая неприязнь. К примеру, всем исследователям американского космического агентства НАСА запрещено работать с гражданами Китая, связанными с китайскими государственными или частными организациями.

Быстрый старт

Поэтому в космосе Китай шагает в одиночку. Кажется, так было всегда: заимствовать опыт ранних советских запусков мешал советско-китайский раскол . Всё, что успел Китай до него - перенять опыт при создании ракеты Р-2 , улучшенной копии немецкой «Фау-2 ». В семидесятых и восьмидесятых годах прошлого века в рамках программы «Интеркосмос » СССР запускал на орбиту граждан содружественных государств. И здесь не было ни одного китайца. Технологические обмены между КНР и Россией возобновились лишь к двухтысячным.

Первый тайкунавт появился в 2003 году. Аппарат «Шэньчжоу-5 » вывел на орбиту Ян Ливэя . Пусть и куда позже, но Китай стал третьей нацией в мире после СССР и США, создавшей возможность вывода человека на орбиту Земли. Ответ на вопрос, насколько независимо была проведена эта работа, - это удел любителей поспорить. Но корабль «Шэньчжоу» как внешне, так и внутренне напоминает советский «Союз», а один из российских учёных с мировым именем получил 11 лет заключения по обвинению в передаче космических технологий Китаю.

в 2008 КНР отработала выход в открытый космос на «Шэньчжоу-7 ». От космоса тайкунавта Чжай Чжигана защищал скафандр «Фэйтянь », созданный по подобию российского «Орлана-М».

Cвою первую космическую станцию «Тяньгун-1 » Китай вывел на орбиту в 2011 году. Внешне станция напоминает ранние аппараты серии «Салют »: она состояла из одного модуля и не предусматривала расширения или стыковки более одного корабля. Станция прибыла на заданную орбиту. Через месяц была проведена автоматическая стыковка беспилотного корабля «Шэньчжоу-8». Корабль отстыковался и пристыковался вновь, чтобы протестировать системы сближения и стыковки. Летом 2012 года «Тяньгун-1» посещали два экипажа тайкунавтов.

«Тяньгун-1 »

В мировой истории запуск человека - это 1961 год, выход в космос -1965, автоматическая стыковка - 1967, стыковка с космической станцией - 1971. Китай стремительно повторял космические рекорды, которые США и СССР ставили поколения назад, он наращивал опыт и технологии, пусть и прибегая к копированию.

Визиты на первую китайскую космическую станцию длились недолго, всего несколько дней. Как можно заметить, это была не совсем полноценная станция - её создавали для отработки технологий сближения и стыковки. Два экипажа - и её оставили.

На данный момент «Тяньгун-1» постепенно сходит с орбиты, остатки аппарата упадут на Землю где-то в конце 2017 года . Вероятно, это будет неконтролируемый сход, поскольку со станцией потеряна связь .

Базовый модуль «Тяньхе »

В конструкции 22-тонного «Тяньхе» заметны схожести с базовым модулем «Мира» и «Звездой» МКС, которые произошли от «Салютов». В передней части модуля расположен стыковочный узел, снаружи размещёны робоманипулятор, гиродины и солнечные панели. Внутри модуля находятся зона для хранения припасов и научных экспериментов. Экипаж модуля - 3 человека.

Научный модуль «Вэньтянь »

Два научных модуля будут обладать примерно тем же размером, что и «Тианьхэ», примерно той же массой - 20 тонн. На «Вэньтянь» хотят поставить ещё один робоманипулятор поменьше для проведения экспериментов в открытом космосе и маленькую шлюзовую камеру.

Научный модуль «Мэнтянь »

В «Мэнтяне» расположен шлюз для выхода в открытый космос и дополнительный стыковочный узел.

Из-за скудности доступной информации илюстрация Bisbos.com допускает вольности в предположениях и догадках, но даёт хорошее представление о будущей станции. Здесь кроме модулей станции присутствует грузовой корабль модели «Тяньчжоу» (в левом верхнем углу) и корабль экипажа серии «Шэньчжоу» (в правом нижнем углу).

Возможно, эти планы можно было бы объединить с китайским проектом. Но 19 июня глава «Роскосмоса» Игорь Комаров заявил , что пока таких планов нет:

Они предлагали, мы обмениваемся предложениями об участии в проектах, но у них другое наклонение, другая орбита и несколько отличные от нас планы. Пока договоренности и планы в будущем, конкретного ничего нет.

Он напомнил , что проект Китайской космической станции - это национальный проект, хотя другие страны могут в нём участвовать. С другой стороны, представителям «РИА Новости» директор отделения международного сотрудничества Китайского национального космического управления (CNSА) Сюй Яньсун заявил, что проект может стать международным.

Приводимая проблема в расположении станции - это наклонение, одна из важнейших характеристик орбиты любого спутника. Это угол между плоскостью орбиты и плоскостью отсчёта - в данном случае экватора Земли.

Наклонение орбиты Международной космической станции составляет 51,6°, что само по себе любопытно. Дело в том, что при запуске искусственного спутника Земли наиболее экономично прибавлять скорость, которую даёт вращение планеты, то есть запускать с наклоном, равным широте. Широта мыса Канаверал в США, где расположены стартовые площадки шаттлов, - 28°, Байконура - 46°. Поэтому при выборе конфигурации была сделана уступка одной из сторон. К тому же с получившейся станции можно фотографировать куда больше суши. С Байконура обычно запускают с наклонением в 51,6°, чтобы отработавшие ступени и сама ракета в случае аварии не упали на территорию Монголии или Китая.

Отделившиеся от МКС российские модули сохранят наклонение орбиты в 51,6°, если, конечно, его не поменять, что энергетически очень затратно - потребует манёвров на орбите, то есть топлива и двигателей, вероятно, «Прогрессов». Заявления о Национальной российской космической станции также намекали на работу с наклонением в 64,8° - это нужно для запуска аппаратов к ней с космодрома Плесецк.

В любом случае, всё это отлично от озвученных китайских планов. Согласно презентациям , Китайская космическая станция будет запущена с наклонением в 42°-43° с высотой орбиты 340-450 километров над уровнем моря. Подобное несоответствие наклонения исключает создание совместной российско-китайской космической станции по типу МКС.

По текущим оценкам срока эксплуатации, МКС прослужит как минимум до 2024 года. Преемниц у станции нет. НАСА не планирует создавать собственную космическую станцию на низкой орбите Земли и концентрирует усилия на полёте к Марсу. Есть лишь планы создания модуля Deep Space Gateway как перевалочного пункта между Землёй и Луной на пути в глубокий космос, к красной планете. Вероятно, для нового витка международного сотрудничества значительно разнится геополитический климат начала девяностых и наших дней.

При создании МКС российскую сторону приглашали не только ради технологий, но и опыта. На тот момент в США орбитальные эксперименты проводили на краткосрочных полётах многоразовой лаборатории «Спейслэб », а опыт работы на долгосрочных орбитальных станциях ограничивался тремя экипажами «Скайлэба » в семидесятых. СССР и его специалисты обладали уникальным знанием по непрерывной эксплуатации станций такого типа, жизни экипажа на борту и проведения научных экспериментов. Возможно, недавнее предложение КНР участвовать в проекте Китайской космической станции - это именно попытка перенять этот опыт.

Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.

EmDrive

Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.

Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.

Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.

Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.

В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.

Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.

Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.

К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.

Солнечный парус

Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.

Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.

Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.

Электрический парус

Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.

Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.

Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.

Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.

Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.

Ионный двигатель

Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.

В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.

Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.

Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.

Плазменный двигатель

Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.

Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.

Термоядерный двигатель

Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.

В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.

Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.

Двигатель на антиматерии

Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.

Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.

Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.

При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.

Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.

Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.

Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.