П И Л О
advertisement
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ бюллетень новостей и аналитических материалов Выпуск № 55 2015 г. Содержание ОКОЛОЗЕМНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ MaterialsLab рационализирует исследования на земле и в космосе ………...........................2 ПОЛЁТЫ В ДАЛЬНИЙ КОСМОС О полёте человека на Плутон .........................................................................................................5 Доводы в пользу пилотируемых полётов на Марс..................................................................12 Е № 55-2015 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ ОКОЛОЗЕМНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ MaterialsLab рационализирует исследования на земле и в космосе Когда компании пытаются создать некий новый материальный продукт, то процесс создания обычно содержит целый ряд исследований и испытаний конструктивных решений и тех материалов, которые предполагается использовать. НАСА и Национальный институт стандартов и технологий (NIST – National Institute of Standards and Technology) сотрудничают на предмет помощи ученым и новаторам в создании новых технологий, стимулируя ускорение разработок материалов и совершения открытий на основе данных по сотням исследований на борту Международной космической станции. По инициативе этих двух государственных ведомств был начат проект MaterialsLab, знаменующий новый подход к научным исследованиям в области материаловедения, который обеспечит беспрецедентный масштаб международного сотрудничества. Каждое исследование на борту МКС даёт ученым возможность лучше понять физические и химические свойства материалов, что позволяет выяснить каково их поведение без гравитации, влияющей на ход процессов. Подход MaterialsLab улучшает качество исследований и процесс обмена информацией между правительственными, промышленными и академическими организациями. 2 Астронавт НАСА Рейд Вайсмен проводит сеанс космическог эксперимента Binary Colloidal Alloy Test-C1 во время своего полёта на борту МКС в 2014 году ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 "Мы создаем новую возможность для разработки материаловедческих экспериментов в космосе, облегчая для учёных процесс проведения этих исследований и обмен результатами с научным сообществом," – сказал Маршалл Портерфильд, руководитель отделения жизни в космосе и физических наук в директорате Пилотируемых исследований НАСА. "Концепция открытой науки предоставляет различным исследователям во всем мире возможность доступа к данным экспериментов на МКС, что позволяет дополнять работу друг друга." НАСА и Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ) недавно подписали Меморандум о взаимопонимании с целью расширения сотрудничества между программой НАСА в области материаловедения в условиях микрогравитации, Лабораторией НИСТ по измерению показателей материалов и администрацией межведомственной инициативы по геномным материалам. MaterialsLab будет обеспечивать обмен данными о завершённых и выполняемых в настоящее время исследованиях на МКС с помощью Информационной системы физических наук НАСА (NASA's Physical Science Informatics system) – ресурса для обработки и сортировки данных о физических экспериментах, выполненных на борту станции. Целью проекта является содействие открытому доступу к результатам научного анализа и привлечение внимания учёных к научным исследованиям на МКС. Располагая MaterialsLab, НАСА изменяет процедуру проведения исследований учеными, добавив небольшое ускорение. Теперь, исследования материалов на борту космической станции будут направляться на решение инженернотехнических задач, которые имеют отношение не только к космическим полётам, но также на определенный результат в рамках проблем материаловедения, определённых промышленностью. "Мы хотим проводить новые исследования, которые удовлетворяют потребностям определенной отрасли промышленности или которые могут породить новые области коммерческого использования," – заявил Джон Викерс, руководитель 3 № 55-2015 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ Национального центра перспективных производств в Центре имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. "Если у автомобильной промышленности есть проблемы с конкретным материалом, мы сможем изучить этот материал на станции и дать такой ответ, который они не смогли бы получить в ходе наземных исследований. Мы не только получаем новые знания о материале, но также предоставляем ценные данные, которые сразу же оказывают влияние на компании и наземных потребителей". Наличие MaterialsLab позволяет НАСА изменить методы обмена данными между учёными и даже их подход к предложению экспериментов. "Исследователи должны иметь лёгкий доступ к текущим данным по экспериментам и использовать их, чтобы выявлять пробелы в знаниях, на которые следует обратить внимание," – заявил Портерфильд. Руководство НАСА хочет продолжать проведение научных экспериментов для того, чтобы узнать больше о мире и вселенной вокруг нас. Оно также хочет изменить методы проведения исследований в духе укрепления сотрудничества и максимально быстрой публикации результатов исследований, проведённых на борту орбитальной станции. Обмен научными результатами через MaterialsLab, даст возможность ускорить прогресс в области материаловедения. Мы сможем увидеть новые товары на рынке раньше, чем ожидаем. Номер статьи 148 4 Электронные адреса источников http://www.marsdaily.com/reports/Science_Drives_NASAs_Journey_to_Mars_999.html ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 ПОЛЁТЫ В ДАЛЬНИЙ КОСМОС О полёте человека на Плутон 14 июля 2015 года космический аппарат НАСА New Horizons совершит облёт Плутона. Это будет одним из самых впечатляющих достижений НАСА за всю историю этой организации – но что последует за этим? Предположим, что проходя около Плутона в июле, New Horizons обнаружит чтолибо по-настоящему неожиданное. Возможно, он найдёт на поверхности этой планеты химические элементы, например, кислород, что может быть только результатом какого-то биологического процесса. А вдруг его фотоприёмник зафиксирует на её поверхности явные признаки разумной деятельности, вроде гигантской пирамиды или руин инопланетной цивилизации? Отправка людей к Плутону Если бы New Horizons совершил необычайное открытие, то НАСА, возможно, перескочило бы через очередной логический шаг – направить на Плутон автоматический посадочный модуль, – а вместо этого осуществило бы пилотируемый полёт. Астронавт НАСА Трейси Колдуэлл Дайсон, Бортинженер 24-й экспедиции, наблюдает Землю сквозь иллюминаторы отсека Cupola на МКС. Фото: NASA/Tracy Caldwell Dyson 5 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 Находится ли пилотируемый полёт к Плутону в пределах технических возможностей человечества в ближайшем будущем? Наиболее совершенным двигателям сегодняшнего дня требуется от 10 до 15 лет для доставки на орбиту Плутона космического аппарата массой 1,6 кг. Несмотря на отсутствие двигателей значительной мощности, Международная космическая станция (МКС), начиная с 31 октября 2000 года, постоянно движется по околоземной орбите в режиме пилотирования. Конечно, существуют огромные различия между МКС и пилотируемым космическим кораблём, направляющимся к Плутону. Все последние 14 лет МКС, на борту которой работают сменяемые экипажи, получает материально-техническое обеспечение с земли. В отличие от этого сценария, астронавты, направляющиеся к Плутону, будут совершенно изолированы, а их системы жизнеобеспечения должны быть полностью автономными. Самый большой до настоящего времени период времени нахождения одного человека в космосе составляет 437 суток. И ни одна малогабаритная, закрытая и автономная биосфера, поддерживающая человеческую жизнь, не способна функционировать в космосе более двух лет. [В каком виде возможна жизнь на Плутоне? ] А если летящих к Плутону астронавтов ввести в спячку? Однако учёные в настоящее время не знают, как ввести людей в спячку и как потом их разбудить и привести в нормальное состояние бодрствования. По этой причине, сценарии, связанные со спячкой, стоит оставить для научной фантастики и полагаться на технологии, известные в настоящее время. Использование бомб Существует ли технология реактивного движения космического аппарата, способная в течение года обеспечить доставку к Плутону пилотируемого аппарат массой много сотен тонн? Оказывается, что такая технология существует с 1950-х годов. Любители научно-фантастической литературы, вероятно, уже догадались, что 6 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 имеется в виду проект Орион. Поясняем, что идея ядерно-импульсного двигателя состоит в том, чтобы вынуждать космический корабль двигаться вперёд в результате взрывов тысяч небольших ядерных бомб позади него. Каждый взрыв перемещает "буферную плиту", прикрепленную к аппарату огромным комплектом амортизаторов. Скорости отработанных газов достигают значений от десятков до сотен километров в секунду, создавая миллионы тонн тяги. Физические основы оригинального проекта Орион были разработаны в начале 1960-х годов. В 2000 году НАСА пересмотрело эту концепцию - на этот раз под названием External Pulsed Plasma Propulsion (реактивное движение под действием внешней импульсной плазмы). Самый малый ядерный космический корабль будет обладать массой около 900 тонн, хотя первая группа исследователей разработала межпланетную конструкцию, способную доставлять космический корабль массой 10 000 тонн к Сатурну и обратно в течение трех лет. Хотя такой корабль и может быть запущен непосредственно с поверхности Земли, проблема выпадения радиоактивных осадков делает этот сценарий непригодным. Вместо этого, корабль должен быть построен на околоземной орбите (как МКС), а уже с неё отправиться к Плутону. Через один-два года, материнский космический корабль, использующий ядерные заряды, затормозится, перейдёт на орбиту вокруг Плутона, а затем выключит свои двигатели. Пилотируемый спуск на поверхность Плутона будет производиться с использованием традиционных химических двигателей. Гравитация на поверхности Плутона составляет около 1/12 земной или половину притяжения на Луне. Посадка на поверхность Плутона с низкой орбиты высотой 100 км требует примерно половины изменения скорости для посадки на Луну с той же высоты (800 м/с против 1700 м/с). Посадка на Плутон Посадка на Плутон любого аппарата - не говоря уже о пилотируемом космическом корабле - будет сопряжена с рядом специфических проблем. В отличие от Луны, Плутон имеет тонкую атмосферу из азота, метана и окиси углерода. 7 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 Корабль Dragon Version 2 является пилотируемым вариантом космического корабля Dragon, предназначенным для полётов семи астронавтов на низкую околоземную орбиту и обратно. 8 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 Давление на его поверхности варьируется от 6,5 до 24 микробар, что примерно соответствует давлению в земной атмосфере на высоте 80 км или около одной тысячной давления атмосферы Марса на его поверхности. Это ровно столько, сколько нужно чтобы требовать какой-то тепловой защиты, но недостаточно для обеспечения возможности торможения в атмосфере (подобно парашюту). Корабль Dragon V2 компании SpaceX сочетает теплозащиту с посадочными ракетными двигателями что, вероятно, представляет собой шаг в правильном направлении. Dragon V2 располагает объёмом топлива для изменения скорости всего на 300 м/с, поэтому для посадки, взлёта и сближения с орбитальным материнским кораблём потребуются дополнительные топливные баки. Однако технология представляется подходящей. Но могут быть и другие риски. Поверхность Луны состоит в основном из силикатных пород. Однако Плутон покрыт льдом, но не водяным, а льдом из замёрзших газов - метана, окиси углерода и азота. При контакте с горячими выхлопными газами ракетного двигателя температурой в несколько тысяч градусов, есть реальная опасность того, что посадочная площадка попросту испарится. Некоторые трудности могут возникнуть в процессе высадки первых исследователей на устойчивый скалистый выступ на поверхности Плутона. Вид с Плутона Представьте, что вы один из первых исследователей Плутона, вышедший на его поверхность из посадочного модуля. Спутник Плутона Харон будет неподвижно висеть в небе. Оба небесных объекта гравитационно синхронизированы, т.е. всегда демонстрируют друг другу одну и ту же область поверхности в процессе вращения с периодом, равным 6,37 земных суток. Но находясь на высоте всего 19 600 км – значительно ниже, чем высота геостационарных спутников Земли, – Харон в небе Плутона кажется в девять раз больше, чем полная луна, наблюдаемая с Земли. 9 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 Вид с Плутона на Харон, полученный с помощью программы Starry Night Изображение: Simulation Curriculum Остальные четыре луны Плутона – Никс, Гидра, Керберос и Стикс – будут восприниматься как медленно движущиеся звёзды, постепенно поднимающиеся и опускающиеся, а Харон будет оставаться на небе неподвижным. Солнце будет самым ярким объектом на небе, но будет выглядеть не так, как с поверхности Земли. Размер Солнца, наблюдаемого с поверхности Плутона, составит всего лишь одну угловую минуту, поэтому оно будет выглядеть как отдалённая звезда. Звезда, но какая! При звёздной величине минус 19, она будет в 650 раз ярче, чем наша полная Луна, если всю её яркость сконцентрировать в точке, которая будет сверкать как алмаз. Юпитер там самая яркая планета на небе, звёздная величина около 2,5, что несколько меньше, чем звезды Большой Медведицы. Сатурн будет варьироваться на грани видимости невооруженным глазом с величиной примерно от 4,5 до 8,5. И если бы вы внимательно присмотрелись, то примерно в трёх диаметрах полной Луны от звёздоподобного солнца, вы бы смогли заметить, другую, гораздо более 10 № 55-2015 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ слабую голубоватую "звезду". Эта бледно-голубая точка есть Земля (звёздная величина 3.7), она видна невооруженным глазом, но её трудно различить на фоне яркого солнечного света. Это наш дом. Вы проделали долгий путь к этому холодному, необитаемому месту на краю Солнечной системы. Но в отличие от New Horizons, вы возвращаетесь назад. Научная фантастика? Возможно. Но давайте не забывать, что Плутон был открыт всего лишь 85 лет назад. Сегодня космический корабль с пеплом его первооткрывателя летит к этой планете – событие, невообразимое в 1930 году. Что принесут нам следующие 85 лет? С помощью приложения Pluto Safari, 14 июля 2015 года пользователи могут смоделировать пролёт Плутона, регулярно получать новости об этом полёте и узнать его историю. Перейдите на Simulation Curriculum в Твиттере @SkySafariAstro, Facebook and Instagram. Следуйте за всеми выпусками и обсуждениями Expert Voices и участвуёте в дискуссии на Facebook, Twitter and Google+. Номер статьи 149 11 Электронные адреса источников http://www.space.com/29468-what-would-it-take-to-send-people-to-pluto.html ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ № 55-2015 Доводы в пользу пилотируемых полётов на Марс "Повторяйте за мной: Марс актуален", попросил руководитель НАСА Чарльз Болден участников встречи “Человек на Марсе”, проведённой 5 мая 2015 года некоммерческой организацией Explore Mars. Но в чем же значимость Марса? "? Участники встречи привели множество веских оснований, почему люди должны отважиться на путешествие к Марсу, включая, в первую очередь, потребности науки, а также политические и экономические соображения. Болден напомнил, что формирование и эволюция Марса аналогичны земным, поэтому изучая Марс можно больше узнать о Земле и о том, почему развитие этих двух соседних планет пошло разными путями. Поскольку на Марсе когда-то наблюдались условия для существования жизни, аналогичные земным, то возможно, что жизнь возникла на обеих планетах. Джон Грансфильд (John Grunsfeld), заместитель руководителя директората научных миссий НАСА, подчеркнул, что "уже сегодня люди присутствуют на Марсе." На протяжении прошедших четырех десятилетий целый парк автоматических устройств осуществляет научное исследование Марса. Однако присутствие на поверхности человека, способного принимать решения в режиме реального времени, переоценить невозможно. В ходе работы секции "Только марсианская наука", планетологи из Центра космических полётов НАСА имени Годдарда (Goddard Space Flight Center) обсуждали направления поисков на Красной планете. Астрохимик Дэнни Глэвин предлает искать признаки биологических организмов в марсианских скальных породах. Было бы интересно найти набор соединений, которые лежат в основе жизни на Земле, поскольку это является доказательством того, что жизнь возникла на Марсе независимо. Было бы очень полезно предпринять пилотируемый полёт на Марс, потому что люди могли бы собрать гораздо большее количество образцов горных пород, чем автоматические средства. 12 № 55-2015 ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ Астробиолог Дженнифер Эйгенброд полагает, что Марс более пригоден для жизни только в подповерхностном пространстве, защищённом от воздействий экстремальных излучений и химического окисления. Памела Конрад, исследователь проб с Марса, уже искала повсюду на Земле места, где нет жизни, но её поиски оказались безуспешными. Жизнь здесь есть везде, даже в самых экстремальных условиях. Она хотела бы провести подобные исследования и на Марсе. Возможности для проведения научных исследований ограничиваются применением автоматических роверов, частично вследствие сложностей связи с Землей. Наука является не единственным мотиватором полётов к Марсу; важно также знать, как людям добраться до Марса. Джон Грансфильд отметил, что, прежде чем отправить людей, важно изучить погодные и климатические циклы Марса, и знать там есть доступная вода для производства топлива. Эти критически важные данные поступают в ходе текущих миссий, таких как Mars Science Laboratory и MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN). Ближайшие запланированные полёты на Марс: • InSight (НАСА, запуск в 2016 году) • ExoMars (ЕКА, запуски в 2016 и 2018 годах) • Mars Rover 2020 (НАСА, запуск в 2020 году). Доводы противников полётов в пространстве выше низкой околоземной орбиты представлены в ПКП№53. Номер статьи Электронные адреса источников 150 http://www.marsdaily.com/reports/Science_Drives_NASAs_Journey_to_Mars_999.html 13
