Межпланетный звездолет. Концептуальные космические корабли будущего (фото). Когда человек ступит на астероид

В 2011 году США оказались без космических транспортных средств, способных доставить человека на околоземную орбиту. Сейчас американские инженеры конструируют больше новых пилотируемых космических аппаратов, чем когда бы то ни было, причем лидируют частные компании, а это значит, что освоение космоса станет намного дешевле. В этой статье мы расскажем о семи проектируемых аппаратах, и если хотя бы некоторые из этих проектов воплотятся в жизнь, наступит новый золотой век в пилотируемой космонавтике.

• Тип: обитаемая капсула Создатель: Space Exploration Technologies / Элон Маск
• Дата запуска: 2015 год
• Предназначение: рейсы на орбиту (до МКС)
• Шансы на успех: весьма приличные

Когда в 2002 году Элон Маск учредил свою компанию Space Exploration Technologies, или SpaceX, скептики не видели в этом никаких перспектив. Однако уже к 2010 году его стартап стал первым частным предприятием, сумевшим повторить то, что было до того времени епархией государства. Ракета Falcon 9 вывела на орбиту беспилотную капсулу Dragon.

Следующий шаг на пути Маска в космос – разработка на базе капсулы многоразового использования Dragon аппарата, способного нести людей на борту. Он будет носить имя DragonRider и предназначается для полетов к МКС. Используя новаторский подход как в конструировании, так и в принципах эксплуатации, компания SpaceX заявляет, что перевозки пассажиров обойдутся всего по $20 млн за одно пассажиро-место (пассажиро-место в российском «Союзе» обходится сегодня США в $63 млн).

Путь к пилотируемой капсуле

Усовершенствованный интерьер

Капсула будет оборудована под экипаж из семи человек. Уже внутри беспилотной версии поддерживается земное давление, так что ее будет несложно адаптировать для пребывания людей.

Более широкие иллюминаторы

Через них астронавты смогут наблюдать процесс стыковки с МКС. В будущих модификациях капсулы – с возможностью посадки на реактивной струе – потребуется еще более широкий обзор.

Дополнительные двигатели, развивающие тягу 54 т для экстренного подъема на орбиту в случае аварии ракеты-носителя.

Dream Chaser — Потомок космического челнока

• Тип: космический самолет с запуском при помощи ракеты-носителя Создатель: Sierra Nevada Space Systems
• Планируемый запуск на орбиту: 2017 год
• Предназначение: орбитальные полеты
• Шансы на успех: хорошие

Конечно, у космических самолетов есть определенные достоинства. В отличие от обычной пассажирской капсулы, которая, падая сквозь атмосферу, может лишь слегка корректировать траекторию, шаттлы способны осуществлять при спуске маневры и даже менять аэродром назначения. Кроме того, их можно использовать повторно после краткого сервисного обслуживания. Однако катастрофы двух американских челноков показали, что и космические самолеты отнюдь не идеальное средство для орбитальных экспедиций. Во-первых, возить грузы на тех же аппаратах, что и экипажи, дорого, ведь, используя чисто грузовой корабль, можно сэкономить на системах безопасности и жизнеобеспечения.

Во-вторых, крепление шаттла сбоку к ускорителям и топливному баку повышает опасность повреждения от случайно отвалившихся элементов этих конструкций, что и стало причиной гибели челнока Columbia. Однако компания Sierra Nevada Space Systems клянется, что сумеет обелить репутацию орбитального космического самолета. Для этого у нее есть Dream Chaser – крылатый аппарат для доставки экипажей на космическую станцию. Уже сейчас компания борется за контракты NASA. В конструкции Dream Chaser избавились от основных недостатков, характерных для старых космических челноков. Во-первых, теперь грузы и экипажи намерены возить по отдельности. А во-вторых, теперь корабль будет монтироваться не сбоку, а наверху ракеты-носителя Atlas V. При этом все достоинства шаттлов сохранятся.

Суборбитальные полеты аппарата назначены на 2015 год, а на орбиту он будет выведен на два года позже.

Как там внутри?

На этом аппарате в космос могут отправиться сразу семь человек. Корабль стартует на верхушке ракеты.

На заданном участке он отделяется от носителя и затем может причалить к стыковочному узлу космической станции.

Dream Chaser еще ни разу не летал в космос, но уже готов, по крайней мере, для пробежек по взлетной полосе. Кроме того, его сбрасывали с вертолетов, испытывая аэродинамические возможности корабля.

New Shepard — Секретный корабль от Amazon

• Тип: обитаемая капсула Создатель: Blue Origin / Джефф Безос
• Дата запуска: неизвестна
• Шансы на успех: неплохие

Джефф Безос – 49-летний основатель компании Amazon.com и миллиардер со своим видением будущего – уже более десяти лет воплощает в жизнь тайные планы по освоению космоса. Из своего 25-миллиардного капитала Безос вложил уже многие миллионы в дерзкое начинание, которое получило имя Blue Origin. Его аппарат будет взлетать с экспериментальной стартовой площадки, которая построена (разумеется, с одобрения FAA) в глухом углу Западного Техаса.

В 2011 году компания опубликовала кадры, на которых видна подготовленная к испытаниям конусообразная ракетная система New Shepard. Она взлетает вертикально на высоту в полторы сотни метров, зависает там на некоторое время, а затем плавно опускается на землю с помощью реактивной струи. Согласно проекту, в будущем ракета-носитель сможет, забросив капсулу на суборбитальную высоту, самостоятельно вернуться на космодром, используя собственный двигатель. Это гораздо более экономичная схема, чем вылавливание использованной ступени в океане после приводнения.

После того как в 2000 году интернет-предприниматель Джефф Безос основал свою космическую компанию, он три года хранил в тайне сам факт ее существования. Компания запускает свои экспериментальные аппараты (наподобие той капсулы, которая изображена на фото) с частного космопорта в Западном Техасе.

Система состоит из двух частей.

Капсула для экипажа, в которой поддерживается нормальное атмосферное давление, отделяется от носителя и летит на высоту 100 км. Маршевый двигатель позволяет ракете совершить вертикальную посадку неподалеку от стартового стола. Сама капсула затем возвращается на землю с помощью парашюта.

Ракета-носитель поднимает аппарат со стартового стола.

SpaceShipTwo — Пионер в туристическом бизнесе

• Тип: космический корабль, запускаемый в воздухе с самолета-носителя Создатель: Virgin Galactic /
• Ричард Брэнсон
• Дата запуска: намечено на 2014 год
• Предназначение: суборбитальные полеты
• Шансы на успех: очень хорошие

Первый из аппаратов SpaceShipTwo во время испытательного планирующего полета. В будущем будут построены еще четыре таких же аппарата, которые начнут возить туристов. В очередь на полет записались уже 600 желающих, включая и таких знаменитостей, как Джастин Бибер, Эштон Кутчер и Леонардо Ди Каприо.

Аппарат, построенный знаменитым конструктором Бертом Рутаном в сотрудничестве с магнатом Ричардом Брэнсоном, владельцем компании Virgin Group, заложил основу будущего космического туризма. Почему бы не катать в космос всех желающих? В новой версии этого аппарата смогут разместиться шесть туристов и два пилота. Путешествие в космос будет состоять из двух частей. Сначала авиаматка WhiteKnightTwo (ее длина – 18 м, а размах крыльев – 42) поднимет аппарат SpaceShipTwo на высоту 15 км.

Затем реактивный аппарат отделится от самолета-носителя, запустит собственные двигатели и рванет в космос. На высоте 108 км пассажиры отлично рассмотрят и кривизну земной поверхности, и безмятежное сияние земной атмосферы – и все это на фоне черных космических глубин. Билет стоимостью в четверть миллиона долларов позволит путешественникам наслаждаться невесомостью, но всего лишь четыре минуты.

Inspiration Mars — Поцелуй над Красной планетой

• Тип: межпланетный транспорт Создатель: Фонд Inspiration Mars / Деннис Тито
• Дата запуска: 2018 год
• Предназначение: полет на Марс
• Шансы на успех: сомнительные

Медовый месяц (длиной полтора года) в межпланетной экспедиции? Такую возможность хочет предложить избранной паре фонд Inspiration Mars, которым руководит бывший инженер NASA, специалист по инвестициям и первый космический турист Деннис Тито. Группа Тито рассчитывает воспользоваться преимуществом парада планет, который произойдет в 2018 году (такое бывает раз в 15 лет). «Парад» позволит слетать от Земли до Марса и вернуться по траектории свободного возвращения, то есть без сжигания дополнительного горючего. В будущем году Inspiration Mars начнет принимать заявки на экспедицию длительностью 501 день.

Корабль должен будет пролететь на расстоянии 150 км от поверхности Марса. Для участия в полете предполагается выбрать супружескую пару – возможно, молодоженов (важен вопрос психологической совместимости). «По оценкам фонда Inspiration Mars, потребуется собрать $1–2 млрд. Мы закладываем фундамент под дела, которые раньше казались просто немыслимыми, такие, скажем, как полет на другие планеты», – говорит Марко Касерес, руководитель космических исследований фирмы Teal Group.

• Тип: космический самолет, способный взлетать самостоятельно Создатель: XCOR Aerospace
• Дата планируемого запуска: 2014 год
• Предназначение: суборбитальные полеты
• Шансы на успех: вполне приличные

В калифорнийской компании XCOR Aerospace (штаб-квартира в Мохаве) полагают, что у них в руках ключ к самым дешевым суборбитальным полетам. Компания уже продает билеты на свой 9-метровый аппарат Lynx, рассчитанный всего на двух пассажиров. Билеты стоят $95 000.

В отличие от других космических самолетов и пассажирских капсул, Lynx для выхода в космос не нуждается в ракете-носителе. Запустив специально разработанные под этот проект реактивные двигатели (в них будет сжигаться керосин с жидким кислородом), Lynx взлетит с полосы в горизонтальном направлении, как это делает обычный самолет, и, лишь разогнавшись, круто взмоет по своей космической траектории. Первый испытательный полет аппарата может состояться в ближайшие месяцы.

Взлет: космический самолет разгоняется по взлетной полосе.

Подъем: достигнув скорости 2,9 Маха, он круто набирает высоту.

Цель: примерно через 3 минуты после взлета двигатели выключаются. Самолет следует параболической траектории, проносясь сквозь суборбитальное космическое пространство.

Возвращение в плотные слои атмосферы и посадка.

Аппарат постепенно сбрасывает скорость, нарезая круги по нисходящей спирали.

Orion — Пассажирская капсула для большой компании

• Тип: обитаемый корабль повышенного объема для межзвездных перелетов
• Создатель: NASA / Конгресс США
• Дата запуска: 2021–2025 годы

Полеты на околоземную орбиту NASA уже без сожаления уступило частным компаниям, однако от претензий на дальний космос агентство еще не отказалось. К планетам и астероидам, возможно, полетит многоцелевой обитаемый аппарат Orion. Он будет состоять из капсулы, состыкованной с модулем, который, в свою очередь, будет заключать в себе силовую установку с запасом топлива, а также жилой отсек. Первый испытательный полет капсулы состоится в 2014 году. Ее выведет в космос ракета-носитель Delta длиной 70 м. Затем капсула должна вернуться в атмосферу и приземлиться в воды Тихого океана.

Под дальние экспедиции, для которых готовится Orion, будет, видимо, построена и новая ракета. На заводах NASA в Хантсвилле, штат Алабама, уже ведутся работы над новой 98-метровой ракетой Space Launch System. Этот сверхтяжелый транспорт должен быть готов к тому моменту, когда (и если) астронавты NASA соберутся лететь на Луну, на какой-нибудь астероид или еще дальше. «Мы все больше думаем о Марсе, – говорит Дэн Дамбахер, заведующий в NASA отделом разработки исследовательских систем, – как о нашей главной цели». Правда, некоторые критики говорят, что подобные претензии несколько чрезмерны. Проектируемая система столь огромна, что NASA сможет использовать ее не чаще, чем раз в два года, так как один ее запуск будет обходиться в $6 млрд.

Когда человек ступит на астероид?

В 2025 году NASA планирует отправить астронавтов в корабле Orion на один из расположенных недалеко от Земли астероидов – 1999АО10. Путешествие должно занять пять месяцев.

Запуск: Orion с экипажем из четырех человек взлетит с мыса Канаверал, штат Флорида.

Перелет: после пяти дней полета Orion, используя силу притяжения Луны, сделает вокруг нее вираж и возьмет курс на 1999АО10.

Встреча: астронавты долетят до астероида спустя два месяца после старта. Две недели они проведут на его поверхности, но о настоящей посадке не идет речи, так как этот космический камень имеет слишком слабую гравитацию. Скорее, члены экипажа просто прикрепят свой корабль к поверхности астероида и соберут образцы минералов.

Возвращение: поскольку все это время астероид 1999АО10 постепенно приближается к Земле, обратный путь окажется немного короче. Добравшись до околоземной орбиты, капсула отделится от корабля и приводнится в океане.

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.

В этот день в 1972 году президент США Ричард Никсон утвердил программу НАСА по созданию многоразовых транспортных космических кораблей . Наш обзор посвящен самым интересным и необычным проектам кораблей данного класса со всего мира.

Boeing X-20 Dyna Soar

Спираль

Space Shuttle

Буран

Заря

Avatar

Skylon

Шеньлунь

Русь

В 2009 году РКК «Энергия» начала разработку транспортной космической системы "Русь". Корабль будет заниматься доставкой грузов на орбиту и обеспечивать безопасность воздушного пространства. Кроме того, модуль будет осуществлять полеты к Луне. Беспилотные испытания начнутся в 2018 году.

МАКС

В ноябре прошлого года во время TVIW (астрономического семинара в Теннесси, посвященного межзвездным перелетам) Роб Суинни – бывший командир эскадрильи Королевских Военно-воздушных сил, инженер и магистр наук, ответственный за проект «Икар» - представил доклад о работе, проделанной над проектом за последнее время. Суинни освежил в памяти публики историю «Икара»: от вдохновения идеями проекта «Дедал», освещенными в докладе BIS (Британское межпланетное общество – старейшая организация, поддерживающая космические исследования) в 1978, до совместного решения БИС и компании энтузиастов Tau Zero возобновить исследования в 2009 году, и до последних известий о проекте, датированных 2014 годом.

Оригинальный проект 78-го года имел простую по формулировке, но сложную в осуществлении цель – ответить на вопрос, поставленный Энрике Ферми: «Если существует разумная жизнь за пределами Земли, и межзвездные перелеты возможны, то почему нет доказательств наличия других инопланетных цивилизаций?». Исследования «Дедала» были направлены на разработку дизайна межзвездного космического корабля с использованием существующих технологий в разумных экстраполяциях. И результаты работы прогремели на весь научный мир: создание такого корабля действительно возможно. Доклад о проекте был подкреплен детальным планом корабля, использующего термоядерный синтез дейтерия-гелия-3 из предварительно заготовленных гранул. «Дедал» затем служил ориентиром для всех последующих разработок в сфере межзвездных перелетов в течение 30 лет.

Однако после такого долгого срока было необходимо пересмотреть идеи и технические решения, принятые в «Дедале», чтобы оценить, насколько они выдержали проверку временем. Кроме того, за этот период совершались новые открытия, изменение конструкции в соответствии с ними улучшило бы общие показатели корабля. Также организаторы хотели заинтересовать подрастающее поколение астрономией и строительством межзвездных космических станций. Новый проект был назван в честь Икара, сына Дедала, что, не смотря на негативный оттенок имени, соответствовало первым словам в отчете 78-го года:

«Мы надеемся, что этот вариант заменит собой будущий дизайн, аналог Икара, в котором найдут отображения последние открытия и технические инновации, чтобы Икар смог достичь еще непокоренных Дедалом высот. Надеемся, благодаря развитию наших идей настанет день, когда человечество буквально прикоснется к звездам».

Итак, «Икар» создан именно как продолжение «Дедала». Показатели старого проекта и по сей день выглядят весьма многообещающе, но все же должны быть доработаны и обновлены:

1) В «Дедале» использовались релятивистские пучки электронов для компрессии гранул топлива, но последующие исследования показали, что этот метод не способен дать необходимый импульс. Вместо него в лабораториях для термоядерного синтеза используют пучки ионов. Тем не менее, такой просчет, стоивший Национальному комплексу термоядерных реакций 20 лет работы и 4 миллиардов долларов, показал сложность обращения с термоядерным синтезом даже в идеальных условиях.

2) Главным препятствием, с которым столкнулся «Дедал» - Гелий-3. Его нет на Земле, и поэтому добывать его нужно из отдаленных от нашей планеты газовых гигантов. Этот процесс слишком дорогостоящий и сложный.

3) Еще одна проблема, которую придется решить «Икару» - брак информации об ядерных реакциях. Именно недостаток сведений дал возможность 30 лет назад сделать весьма оптимистичные расчеты воздействия облучения всего корабля гамма-лучами и нейтронами, без выброса которых не обойтись двигателю на термоядерном синтезе.

4) Тритий был использован в гранулах топлива для зажигания, но тепла от распада его атомов выделялось слишком много. Без должной системы охлаждения зажигание топлива будет сопровождаться зажиганием всего остального.

5) Декомпрессия баков с топливом вследствие опорожнения может стать причиной взрыва в камере сгорания. Для решения этой проблемы в конструкцию бака добавлены утяжелители, уравновешивающие давление в разных частях механизма.

6) Последняя сложность – обслуживание судна. По проекту, корабль оснащен парой роботов, похожих на R2D2, которые при помощи диагностических алгоритмов будут выявлять и устранять возможные повреждения. Такие технологии кажутся очень сложными даже сейчас, в компьютерную эру, что уж говорить о 70-х.

Новая команда дизайнеров уже не ограничена созданием маневренного корабля. Для исследования объектов «Икар» использует зонды, перевозимые на борту судна. Это не только упрощает задачу дизайнеров, но и значительно уменьшает время на изучение звездных систем. Вместо дейтерия-гелия-3, новый космический корабль работает на чистом дейтерий-дейтерие. Не смотря на больший выброс нейтронов, новое топливо не только увеличит КПД двигателей, но и избавит от необходимости добывать ресурсы с поверхности других планет. Дейтерий активно добывается из океанов и используется в АЭС, работающих на тяжелой воде.

Тем не менее, человечеству до сих пор не удалось получить контролируемую реакцию распада с выделением энергии. Затянувшаяся гонка лабораторий всего мира за экзотермическим ядерным синтезом тормозит проектирование корабля. Так что вопрос об оптимальном топливе для межзвездного судна остается открытым. В попытке найти решение в 2013 году был проведен внутренний конкурс среди подразделений БИС. Выиграла команда WWAR Ghost из Мюнхенского университета. Их дизайн основан на термоядерном синтезе при помощи лазера, который обеспечивает быстрое нагревание топлива до необходимой температуры.

Не смотря на оригинальность идеи и некоторых инженерных ходов, конкурсанты не смогли решить главную дилемму – выбор топлива. К тому же корабль-победитель огромен. Он превосходит по размерам «Дедала» в 4-5 раз, а другие методы термоядерного синтеза могут нуждаться в меньшем пространстве.

Соответственно, было принято решение продвигать 2 типа двигателей: основанный на термоядерном синтезе и базирующийся на пинче Беннета (плазменный двигатель). Кроме того, параллельно дейтерий-дейтерию рассматривают и старую версию с тритием-гелием-3. Фактически гелий-3 дает лучшие результаты в любом виде двигателей, так что ученые работают над способами его получения.

В работах всех участников конкурса прослеживается интересная зависимость: некоторые элементы конструкции (зонды для исследования окружающей среды, хранилища топлива, системы вторичного электропитания и прочие) любого корабля остаются неизменными. Однозначно можно утверждать следующее:

1. Корабль будет горячим. Любой способ сжигания любого из представленных видов топлива сопровождается выбросом большого количества тепла. Дейтерий требует наличия массивной системы охлаждения из-за непосредственного выделения тепловой энергии во время реакции. Магнитно-плазменный двигатель будет создавать вихревые токи в окружающих металлах, также нагревая их. На Земле уже существуют радиаторы достаточной мощности, чтобы эффективно охлаждать тела температурой более 1000 C, осталось адаптировать их для нужд и условий звездолета.
2. Судно будет колоссальных размеров. Одной из главных задач, поставленных перед проектом «Икар», было уменьшение габаритов, но со временем стало понятно, что для термоядерных реакций требуется много пространства. Даже варианты дизайна с самой маленькой массой весят десятки тысяч тонн.
3. Корабль будет длинным. «Дедал» был весьма компактен, каждая его часть совмещалась с другой, как матрешка. В «Икаре» попытки минимизировать радиоактивное воздействие на судно привели к его удлинению (это хорошо продемонстрировано в проекте «Светлячок» за авторством Роберта Фриленда).

Роб Суинни сообщил, что к проекту «Икар» присоединилась группа из Университета Дрексела. «Новички» продвигают идею использования PJMIF (системы, основанной на струйной подаче плазмы при помощи магнитов, при этом плазма расслаивается, обеспечивая условия для ядерных реакций). Этот принцип на данный момент самый эффективный. По сути, это симбиоз двух методов ядерных реакций, он вобрал в себя все плюсы инерциального и магнитного термоядерного синтеза, такие как уменьшение массы конструкции, и значительное уменьшение стоимости. Их проект называется «Зевс».

После этой встречи состоялся TVIW, на котором Суинни обозначил предварительную дату завершения проекта «Икар» – август 2015 года. Последний доклад будет включать в себя упоминания о модификациях старых наработок «Дедала» и нововведениях, полностью созданных новой командой. Завершил семинар монолог Роба Суинни, в котором он сказал: «Загадки Вселенной ждут нас где-то там! Время выбираться отсюда!»