1. Орбитальный лифт
Ракеты — это, конечно, очень здорово и красиво. Не зря же фанаты SpaceX следят за каждым их запуском в прямом эфире. Но у химических двигателей есть проблема — они дороги и неэффективны.
Отправить на низкую опорную орбиту — минимальную высоту, где объект может нарезать круги вокруг планеты, — килограмм груза даже на одной из самых дешёвых ракет современности Falcon 9 Capabilities and Services / SpaceX 2 719 долларов. Это многовато, не находите?
Поэтому лучшие умы человечества многие десятилетия бьются над вопросом, как бы избавиться от этих дымящих монстров, поднимающихся на керосиновой тяге, и перейти на что‑нибудь более экономное и футуристичное. Один из таких вариантов — P. A. Swan. Road to the Space Elevator Era.
Строим станцию на геостационарной Geostationary orbit / Britannica, которая будет висеть над одной и той же точкой планеты. Спускаем с неё сверхпрочный трос, натягивающийся под воздействием центробежной силы. И возим грузы по нему вверх‑вниз на электроподъёмнике.
Правда, неизвестно, существуют ли в природе материалы настолько прочные, чтобы сделать из них подъёмный канат длиной 35 785 км.
В теории трос для космического лифта можно сплести из графеновых нанотрубок. Но пока что никому P. A. Swan. Road to the Space Elevator Era сделать из углерода канат длиннее 1 метра. Тем не менее орбитальный лифт — пожалуй, один из самых реалистичных космических мегапроектов, перечисленных здесь.
2. Космическая электромагнитная катапульта
Ещё более впечатляющая идея, призванная упростить запуск объектов на орбиту. Строим на экваторе длиннющую трубу с вакуумом внутри, чтобы свести трение до минимума. Разгоняем космический корабль в ней с помощью электромагнитной силы — по принципу Magnetic Materials — Electromagnetic Guns / National Science Foundation.
И он несётся по трубе, пока не наберёт космическую скорость, а потом выскакивает и вылетает в космос по инерции. А там уж стабилизирует орбиту с помощью встроенного коррекционного двигателя небольшого размера.
Правда, и тут реальность ставит инженерам палки в колёса. Действительно T. Garber. Space Transportation Systems будет только очень длинная труба: для достижения низкой опорной орбиты понадобится дорожка протяжённостью как минимум 500 км, а лучше больше. Как, где и из чего такое строить, задачка ещё та.
Кроме того, чтобы питать такой электрический разгонщик, понадобится дикое количество энергии — придётся рядышком атомную электростанцию возводить, а то и несколько.
И наконец, такая конструкция больше T. Garber. Space Transportation Systems для доставки грузов, а не людей. Потому что если выстрелить из 500‑километрового рельсотрона снарядом с пассажирами внутри, до космоса содержимое корабля доберётся уже в виде жидкой кашицы.
Такая резкая смена агрегатного состояния негативно скажется на здоровье астронавтов.
Чтобы отправлять людей в космос, нужно, чтобы электромагнитная катапульта была T. Garber. Space Transportation Systems — хотя бы 1 000 км. В общем, постройка нетривиальная.
Но несмотря на сложности, плюсов у такой катапульты полно. Во‑первых, с её помощью можно избавляться от ядерных отходов — просто кидать их в космос, чтобы летели куда‑нибудь подальше и не возвращались. Так ещё в 80‑х NASA S. W. Bowen. Ablation and Deceleration of Mass Driver‑Launched Projectiles for Space Disposal of Nuclear Wastes / Progress in Astronautics and Aeronautics делать.
Во‑вторых, пушку можно применять не на Земле, а на Луне — там нет атмосферы, трение отсутствует. Можно добывать на спутнике ценные минералы и бомбить ими нашу планету в малонаселённых местах, а потом просто грузовиками вывозить.
И наконец, пушку можно использовать как оружие! Кидаться во врага стальными неуправляемыми болванками на скорости около 8 км/с — очень футуристично и сурово.
3. Колония воздухоплавателей
Хотели бы вы колонизировать, скажем, Венеру или Юпитер? Марс‑то уже всем приелся, да и вообще эта планета скучная: один песок и немного льда. Венера куда интереснее: там на поверхности температура под +465 °C и дожди из серной кислоты. Есть на что посмотреть, пока не растаете.
А у Юпитера вообще поверхности нет — под облаками атмосферы газового гиганта скрывается океан металлического водорода температурой от 6 000 до 20 700 °C.
Но не переживайте, в NASA обо всём позаботились. Для колонизации на поверхность Венеры и в нижние слои Юпитера никого кидать не понадобится — можно просто поселиться где‑нибудь в атмосфере и жить себе спокойно.
Проект HAVOC HAVOC: High Altitude Venus Operational Concept / NASA постройку на Венере огромного дирижабля, летающего на обычном воздухе. Да, кислород и азот, которые мы вдыхаем, там из‑за большей плотности атмосферы будут действовать как водород или гелий у нас на Земле, поднимая аэростат вверх. А Project HAVOC: NASA Concept Could Explore Venus with Airships (Gallery) / Space.com энергию аппарат сможет от солнечных панелей.
Таким манером можно R. A. Preston. Determination of Venus Winds by Ground‑based Radio Tracking of the VEGA Balloons / NASA/ADS на высоте около 55 км — там 27 °C и приятный ветерок. Правда, без кислородной маски из кабины дирижабля не выглянешь, потому что люди углекислотой дышать не умеют.
Аналогичную конструкцию можно A. Colozza. Airships for Planetary Exploration / NASA и на Юпитер. Только вот закачать в аэростат гелий или водород не выйдет, потому что гигант из них же и состоит.
Но есть другой способ: забирать из атмосферы Юпитера газ и нагревать его, скажем, ядерным реактором. Горячий водород в аэростате будет легче, чем холодный в верхних слоях атмосферы, и можно будет спокойно летать и любоваться облаками и синеватым небом. Да, на большой высоте оно Jupiter Descending / xkcd.com таким же, как на Земле. Да ещё и с красивыми перистыми облаками из аммиака.
Правда, непонятно, что делать с радиацией от газового гиганта — обшить свинцом дирижабль вряд ли получится. Да и людей с боязнью высоты на эту колонию лучше не брать: представляете, каково это — носиться над огромной планетой и всё время подсознательно ожидать падения?
4. Спутниковая праща
Спутник с тросом, вращаясь вокруг Земли, будет описывать примерно такие движения. Видео: Kurzgesagt — In a Nutshell / YouTube
Проект компании Boeing и Института передовых разработок NASA под названием Orbital Skyhook, или «Небесный крюк», подразумевает довольно любопытный метод заброски грузов на орбиту. Правда, чуточку рискованный.
T. J. Bogar. Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System / Boeing спутник, который вращается вокруг планеты и вокруг своей оси. Крепим к нему два достаточно длинных каната — скажем, километров по 600, чтобы крутились, уравновешивая друг друга. И получаем нечто вроде огромного колеса обозрения, только с двумя спицами.
Когда надо вывести что‑то в космос, ждём, пока спутник пролетит над нами и свесит верёвку в атмосферу. На высоте примерно 100 километров подвозим к кончику троса груз на гиперзвуковом самолёте, и его вытягивает на орбиту.
Высокая прочность каната, как у космического лифта, не потребуется, поэтому Boeing T. J. Bogar. Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System / Boeing возможным обойтись без графена — подойдут существующие сверхпрочные полиэтилены и термостойкий зилон.
Идея неплохая, но есть пара нюансов. Во‑первых, спутник‑противовес, чтобы не сходить с орбиты, должен T. J. Bogar. Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System / Boeing как минимум в 90 раз больше, чем полезная нагрузка. То есть для выведения 14 тонн массы надо будет сначала собрать на орбите махину массой в 1 300 тонн. Вес той же МКС International Space Station Facts and Figures / NASA примерно 440.
Во‑вторых, чтобы станция вращалась равномерно, не упала на Землю или не улетела куда‑нибудь не туда, надо спускать с орбиты ту же массу, что и поднимать. То есть закинули вы груз в 14 тонн — извольте накопать с астероидов те же 14 тонн минералов и спустить их, чтобы T. J. Bogar. Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System / Boeing избыточное вращение.
- 5 фактов о космической гонке, которые не укладываются в голове
- Почему план Илона Маска по колонизации Марса — всего лишь несбыточная мечта
- 4 концепта космических кораблей, которые могут стать реальностью в будущем
- Правда ли, что Гагарин был не первым человеком в космосе, а СССР скрывал космические катастрофы с жертвами
- 10 причин, почему люди должны снова полететь на Луну