Самые захватывающие концепции, как правило, очень далеки от реального воплощения. Но если бы наши предки не изучали кажущиеся на то время маловероятными вещи, то человечество никогда бы не увидело моря Спокойствия и не сумело бы раздробить раздробить атомы на протоны и нейтроны. Сегодня люди мечтают о полётах в далёкий космос, и можно быть уверенным, что эти мечты обязательно воплотятся в реальность. Возможно, полёт состоится на одном из 10 концептуальных кораблей из нашего обзора.космосе.

1. Swarm Flyby Gravimetry: рой крошечных спутников

В то время как большинство спутников становятся все больше, космический инженер Джастин Атчисон предлагает сделать наоборот - и существенно уменьшать их размеры. Его проект Swarm Flyby Gravimetry был удостоен гранта от NASA. Рои крошечных зондов должны использоваться на небольших астероидах, куда их будет доставлять большой материнский зонд. В основном проект предназначен для определения массы астероидов и измерения их гравитационного поля. Также группа дешевых нанозондов сможет брать пробы для определения химического состава космических тел.

2. Talise: байдарки на Титане

Несмотря на то, что Европа и Марс (на Европе есть океан под льдом, а Марс когда-то был очень похож на Землю) считаются первыми кандидатами на существование внеземной жизни, на крупнейшем спутнике Сатурна, Титане, также может существовать одна из самых необычных предполагаемых форм жизни. Но при температуре минус 180 градусов по Цельсию моря Титана должны состоять не из воды, а из жидкого углеводорода.

Поэтому любая форма жизни, которая возникнет в этой среде, будет иметь уникальную структуру. Обычные марсоходы не умеют плавать. Таким образом, чтобы найти эти необычные формы жизни, нужен аппарат, который сможет плавать. Разработанный испанскими инженерами и астробиологами 100-килограммовый аппарат Talise должен будет отправиться в плавание по второму по величине море Титана - Лигея. Пока идут споры о том, каким движителем оснастить "титаноход".

3. Марсианский вертолет

На протяжении многих лет были предложены бесчисленные концепции марсоходов. Какие только аппараты не придумывали - катящиеся, прыгающие, роющие туннели и даже плавающие. Но до сих пор почти не существовало проектов летающих марсоходов. Размер дрона-вертолета, разработанного NASA, всего около 1,2 метров, а весит он чуть более 1 кг. Основной обязанностью вертолета будет автономная разведка поверхности, по которой впоследствии будет передвигаться марсоход. Подобный аппарат смог бы сэкономить сотни миллионов долларов, предотвращая застревания исследовательских аппаратов. NASA надеется построить полностью рабочий прототип в течение трех лет.

4. Крошечная субмарина для Европы

Спутник Юпитера Европа представляет огромный интерес для ученых, поскольку в этом замороженном мире под ледяной оболочкой существует соленый океан, который очень похож на земной. Но толщина ледяной оболочка составляет более 15 километров в некоторых местах, поэтому добраться до воды проблематично. NASA разработало погружной зонд DADU (Deeper Access, Deeper Understanding). Во-первых, этот зонд очень легкий, и его доставка на Европу не обойдется в астрономическую сумму. Во-вторых, размер зонда очень маленький, поэтому он сможет проникнуть сквозь толщу льда через трещины. План NASA подразумевает, что посадочный модуль пробурит отверстие сквозь лед и запустит в него зонд на тросе (непрерывно обеспечивая его энергией). DADU будет оснащен температурными датчиками, сонаром и устройством для забора проб воды.

5. Дискотечный шар в космосе

Разработанный студентами Университета Колорадо DANDE (Drag and Atmospheric Neutral Density Explorer), стал победителем в конкурсе экспериментальных космических аппаратов. Это психоделический дискотечный шар был сделан для оценки силы торможения в термосфере (предпоследний слой земной атмосферы) на высоте 320-480 километров. Через шесть лет после создания DANDE студенты, участвующие в проекте, увидели, как их мечты воплотились в реальность 29 сентября 2013 года, когда Falcon 9 SpaceX SpaceX вывел DANDE на орбиту.

6. Космическое жилище Бигелоу

Bigelow Aerospace - финансируемый частными инвесторами (в основном основателем Робертом Бигелоу) стартап, специализирующийся на космических жилищах будущего. Похожие на дирижабли структуры не очень эстетичны, но в космосе аэродинамические формы просто не нужны. Bigelow BA 330, который разрабатывается в данный момент, превосходит по размерам капсулу МКС Destiny - его длина 14 метров, по сравнению с длиной Destiny в 8 метров, поэтому потенциальные астронавты смогут разместиться с большим удобством.

Все важные приборы и инструменты находятся в центре капсулы, а не вдоль стен, как в МКС. На Земле Bigelow упакован в миниатюрный корпус, а в космосе он "раздуется" до рабочих размеров. Бигелоу планирует соединить два таких транспортных средства и арендовать их в качестве коммерческой космической станции.

7. Звездолет за 100 лет

Земля очень велика. Но, чтобы стать по настоящему развитой цивилизацией, людям нужно отбросить земные оковы и заселить космос. Хотя это может показаться очень отдаленным будущим, но межзвездное приключение планируется уже сейчас. 100-летняя программа звездолета (100YSS) уже получила денежные гранты от NASA и DARPA, а также ее поддерживает небезызвестный проект SETI. Цель проекта является сделать межзвездные путешествия возможными в течение 100 лет. Одна из концепций, которые могут получить дальнейшее развитие в рамках проекта, была разработана еще в 1970-е годы и получила название "Дедал". Сопоставимый с авианосцем "Нимиц" по размеру, этот гигантский космический ковчег будет бродить галактику в поисках приемлемого места, чтобы основать Землю-II.

8. SOAR

Известная строительством спутников франко-итальянская компания Thales Alenia Space совместно с Swiss Space Systems предложила новый вариант орбитального полета. SOAR по сути является шаттлом, который на суб-орбиту будет выводить лайнер Airbus A300. Изначально аппарат был сделан как беспилотный спутник, но был переделан под пилотируемый вариант. SOAR, который стоил $ 290 млн, предлагает возможность использовать уникальную платформу в качестве лаборатории микрогравитации. Как правило, он используется для миссий МКС.

9. Nautilus-X

Nautilus-X, разработанный NASA, выглядит как будто он был собран из кусочков кухонной посуды, но на этой космической станции может вполне комфортно разместиться экипаж из шести человек в течение двух лет. Non-Atmospheric Universal Transport Intended for Lengty United States Exploration (Nautilus-X) - универсальная и мобильная космическая станция, которая может доставлять экипажи астронавтов по всей Солнечной системе. К сожалению, она не сможет приземляться на поверхности других планет.

Стоимость станции составляет всего $ 3,7 млрд, что примерно соответствует совокупным расходам на крошечный марсоход Curiosity и зонд Rosetta. Также предполагается, что Nautilus-X сможет стать преемником Международной космической станции стоимостью $ 150 млрд. Отличительной чертой станции является тор вокруг нее, с помощью вращения которого будет создаваться искусственная гравитация.

10. Облачный город на Венере

На поверхности Венеры не всегда творился ад. Возможно, что на ней миллиарды лет назад процветала жизнь. Так может стать снова, если концепт "облачного города" NASA претворится в жизнь. Поскольку Венера ближе к Земле, чем Марс, вполне возможно, что космическая станция будет изначально отправлена именно туда. Воздушный город NASA будет плавать в 50 километрах над поверхностью Венеры. На этой высоте условия очень похожи на земные, а также колонисты будут защищены от смертельного излучения Солнца. Дирижабль легче воздуха сможет плавать в атмосфере Венеры в течение всего 30 дней, а дорога туда и обратно займет больше года.

Человек осваивает не только космос, но и морские глубины. И сегодня не менее интересны, чем космические корабли.

Космический аппарат, используемый для полетов по околоземной орбите, в том числе под управлением человека.

Все космические корабли можно разделить на два класса: пилотируемые и запускаемые в режиме управления с поверхности Земли.

В начале 20-х гг. XX в. К. Э. Циолковский в очередной раз предсказывает будущее освоение космического пространства землянами. В его работе «Космический корабль» встречается упоминание о так называемых небесных кораблях, основное предназначение которых - реализация полетов человека в космос.
Первые космические корабли серии «Восток» создавались под чутким руководством генерального конструктора ОКБ-1 (ныне ракетно-космическая корпорация «Энергия») С. П. Королева. Первый пилотируемый космический корабль «Восток» смог доставить в космическое пространство человека 12 апреля 1961 г. Этим космонавтом был Ю. А. Гагарин.

Основными задачами, поставленными в эксперименте, были:

1) изучение воздействия условий орбитального полета на человека, в том числе и на его работоспособность;

2) проверка принципов конструирования космических кораблей;

3) отработка конструкций и систем в реальных условиях.

Общая масса корабля составляла 4,7 т, диаметр - 2,4 м, длина - 4,4 м. Среди бортовых систем, которыми был оснащен корабль, можно выделить следующие: системы управления (автоматический и ручной режимы); система автоматической ориентации на Солнце и ручной - на Землю; система жизнеобеспечения; система терморегулирования; система приземления.

В дальнейшем наработки, полученные при реализации программы космических кораблей «Восток», позволили создать намного более совершенные . На сегодняшний день «армада» космических кораблей очень наглядно представлена американским многоразовым транспортным космическим кораблем «Шаттл», или Space Shuttle.

Нельзя не упомянуть про советскую разработку, которая в настоящее время не используется, но могла бы составить серьезную конкуренцию американскому кораблю.

«Буран» - так называлась программа Советского Союза по созданию многоразовой космической системы. Работы по программе «Буран» начались в связи с необходимостью создания многоразовой космической системы как средства сдерживания потенциального противника в связи с началом американского проекта в январе 1971 г.

Для реализации проекта было создано НПО «Молния». В кратчайшие сроки в 1984 г. при поддержке более тысячи предприятий со всего Советского Союза был создан первый полномасштабный экземпляр со следующими техническими характеристиками: его длина составила более 36 м при размахе крыльев в 24 м; стартовая масса - более 100 т при массе полезного груза до
30 т.

«Буран» имел в носовом отсеке герметичную кабину, которая могла вместить около десяти человек и большую часть аппаратуры для обеспечения полета на орбите, спуска и посадки. Корабль был оснащен двумя группами двигателей в конце хвостового отсека и в передней части корпуса для маневрирования, впервые была использована объединенная двигательная установка, которая включала топливные баки окислителя и горючего, термостатирования наддува, забора жидкости в невесомости, аппаратуру системы управления и пр.

Первый и единственный полет космический корабль «Буран» совершил 15 ноября 1988 г. в беспилотном, полностью автоматическом режиме (для справки: «Шаттл» до сих пор совершает посадку только на ручном управлении). К сожалению, полет корабля совпал с тяжелыми временами, которые начались в стране, и в связи с окончанием «холодной войны» и отсутствием достаточных средств программа «Буран» была закрыта.

Начало серии американских космических кораблей типа «Шаттл» было положено в 1972 г., хотя ему предшествовал проект многоразового двухступенчатого летательного аппарата, каждая ступень которого была похожа на реактивный .

Первая ступень выполняла функцию ускорителя, которая после выхода на орбиту заканчивала свою часть задачи и возвращалась на Землю с экипажем, а вторая - являлась орбитальным кораблем и после выполнения программы также возвращалась на место старта. Это было время гонки вооружений, и создание корабля такого типа считалось главным звеном в этой гонке.

Для запуска корабля американцы используют ускоритель и собственный двигатель корабля, топливо для которого размещено во внешнем топливном баке. Отработавшие ускорители после приземления на используются повторно, с ограниченным количеством стартов. Конструктивно корабль серии «Шаттл» состоит из нескольких основных элементов: воздушно-космический самолет «Орбитер», ракетные ускорители многоразового пользования и топливный бак (одноразовый).

Первый полет космического корабля из-за большого количества недоработок и конструктивных изменений состоялся лишь в 1981 г. В период с апреля 1981 по июль 1982 г. была проведена серия орбитальных летных испытаний корабля «Колумбия» во всех режимах полета. К сожалению, в серии полетов кораблей серии «Шаттл» не обошлось без трагедий.

В 1986 г. во время 25-го по счету запуска корабля «Челленджер» произошел взрыв топливного бака из-за несовершенства конструкции аппарата, в результате которого погибли все семь членов экипажа. Лишь в 1988 г., после внесения ряда изменений в программу полетов, был осуществлен запуск космического корабля «Дискавери». На смену «Челленджеру» в эксплуатацию был введен новый корабль «Эндевор», который осуществляет свои рейсы с 1992 г.

Космонавтика в России во многом наследует космические программы Советского Союза. Главным органом управления космической отрасли в России является государственная корпорация «Роскосмос».

Данная организация контролирует ряд предприятий, а также научных объединений, подавляющее большинство которых было создано во времена СССР. Среди них:

• Центр управления полетами. Научно-исследовательское подразделение института машиностроения (ФГУП ЦНИИмаш). Основано в 1960-м году и базируется в наукограде под названием Королев. В задачи ЦУПа входит контроль и управления полетами космических аппаратов, которые могут обслуживаться одновременно в количестве до двадцати аппаратов. Кроме того, в ЦУПе проводятся расчеты и исследования, направленные на повышение качества управления аппаратами и решения некоторых задач в сфере управления.
• Звездный городок — закрытый поселок городского типа, который основан в 1961-м году на территории Щелковского района. Однако в 2009-м году был выделен в отдельный округ и выведен из состава Щелково. На территории в 317,8 га расположены жилые дома для всего персонала, работников Роскосмоса и их семей, а также всех космонавтов, которые здесь же проходят космическую подготовку в ЦПК. На 2016-й год число жителей городка составляет более 5600.
• Центр подготовки космонавтов, названный именем Юрия Гагарина. Основан в 1960-м году и располагается в Звездном городке. Подготовка космонавтов обеспечена рядом тренажеров, двумя центрифугами, самолетом-лабораторией и трехэтажной гидролабораторией. Последняя позволяет создать условия невесомости, аналогичные условиям на МКС. При этом используется полноразмерный макет космической станции.
• Космодром «Байконур». Основан в 1955-м году на территории в 6717 км² около города Казалы, Казахстан. На данный момент арендуется Россией (до 2050-го года) и является лидером по числу запусков – 18 ракет-носителей за 2015-й год, в то время как Мыс Канаверал отстает на один запуск, а космодром Куру (ЕКА, Франция) насчитывает 12 запусков за год. Содержание космодрома включает две суммы: аренда – 115 млн долларов, поддержание рабочего состояния — 1,5 млрд долларов.
• Космодром «Восточный» начал создаваться в 2011-м году в Амурской области, около города Циолковский. Помимо создания второго «Байконура» на территории России, «Восточный» предназначен также для проведения коммерческих полетов. Космодром расположен неподалеку от развитых железнодорожных узлов, автомагистралей, а также аэродромов. Кроме того, в связи с удачным расположением «Восточного», отделяющиеся части ракет-носителей будут падать в малонаселенных районах или вовсе в нейтральных водах. Стоимость создания космодрома будет составлять около 300 млрд рублей, на 2016-й год потрачена треть этой суммы. 28-го апреля 2016-го года произошел первый запуск ракеты, которая вывела три спутника на орбиту Земли. Запуск пилотируемого корабля запланирован на 2023-й год.
• Космодром «Плесецк». Основан в 1957-м году около города Мирный, Архангельская область. Занимает 176 200 гектаров. «Плесецк» предназначен для проведения запусков стратегических оборонных комплексов, непилотируемых космических научных и коммерческих аппаратов. Первый запуск с космодрома состоялся 17-го марта 1966-го года, когда стартовала ракета-носитель «Восток-2», со спутником «Космос-112» на борту. В 2014-м году произошел запуск новейшей ракеты-носителя под названием «Ангара».

Запуск с космодрома «Байконур»

Хронология развития отечественной космонавтики

Развитие отечественной космонавтики берет свое начало в 1946-м году, когда было основано Опытноконструкторское бюро №1, цель которого – разработка баллистических ракет, ракет-носителей, а также спутников. В 1956-1957-м годах трудами бюро была спроектирована ракета-носитель межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, при помощи которой 4 октября 1957 года на орбиту Земли был выведен первый искусственный спутник «Спутник-1». Запуск состоялся на научно-исследовательском полигоне «Тюра-Там», который был разработан специально для этой цели, и который позже будет назван «Байконур».

3-го ноября 1957-го года произошел запуск второго спутника, на этот раз с живым существом на борту – собакой по имени Лайка.

Лайка — первое живое существо на орбите земли

С 1958-го года начались запуски межпланетных компактных станций для изучения , в рамках одноименной программы. 12-го сентября 1959-го года впервые человеческий космический аппарат («Луна-2») достиг поверхности другого космического тела – Луны. К сожалению, «Луна-2» упал на поверхность Луны со скоростью в 12000 км/ч, в результате чего конструкция мгновенно перешла в газовое состояние. В 1959-м году «Луна-3» получил снимки обратной стороны Луны, что позволило СССР дать наименования большинству ее элементов ландшафта.

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

Первый многоразовый космический корабль был разработан в США еще в 1963 году. Проект Boeing X-20 Dyna-Soar представлял собой многоцелевой военный орбитальный самолет. Dyna-Soar был самым инновационным космическим проектом того времени, однако строительство первых машин было вскоре прекращено, а проект закрыт.

Спираль

В середине 60-х годов в СССР началась разработка проекта "Спираль" в ответ на американский Dyna-Soar. Предполагалось, что орбитальный самолет будет разгоняться пассажирским авиалайнером до скорости около 6 Маха. В 1969 году разработка была приостановлена и продолжилась в середине 70-х. Были проведены испытательные полеты на дозвуковом Миг-105.11, однако вскоре проект закрылся окончательно.

Space Shuttle

Первый челнок по легендарной программе Space Shuttle был запущен 12 апреля 1981 года. Конструкция машины состояла из трех ступеней: многоразовых твердотопливных ракетных ускорителей, топливного бака с жидким водородом и кислородом и самого орбитального аппарата. По задумке инженеров, шаттлы должны были доставлять грузы между Землей и орбитальными станциями. За всю историю программы было доставлено около 1400 тонн различных грузов. Программа завершилась в 2011 году. Всего было произведено 135 запусков пяти шаттлов: Колумбия, Челленджер, Дискавери, Атлантис и Индевор. Колумбия и Челленджер погибли в результате катастроф.

Буран

В ответ на американский "Шаттл", в Советском Союзе с 1976 года началась разработка программы Энергия-Буран. Первый и единственный полет по этой программе был осуществлен 15 ноября 1988 года без участия пилотов. В 1993 году программа была официально закрыта.

Заря

В 1985-1989 годах в Советском Союзе велась разработка многоразового космического корабля "Заря". В 1987 году был создан эскизный проект машины. Главная отличительная особенность от других кораблей того времени заключалась в механике посадки при помощи реактивных двигателей. Однако из-за сокращения финансирования, проект был остановлен.

Avatar

Индийская программа Avatar была анонсирована в мае 1998 года. По словам инженеров, машина обеспечит максимально дешевую транспортировку грузов на орбиту. Avatar будет пользоваться обычными аэродромами для взлета и посадки. Строительством первого прототипа космолета занимается частная компания CIM Technologies.

Skylon

Британский проект Skylon компании Reaction Engines Limited стартовал в 2000 году. Сейчас он находится в поиске финансирования. По словам инженеров, корабли системы Skylon позволят заметно сократить расходы на транспортировку грузов на околоземную орбиту. Космолет будет способен перевозить около 200 тонн грузов. В 2013 году Британское правительство согласилось выделить 60 млн. фунтов стерлингов на поддержку проекта.

Шеньлунь

Китайский многоразовый космолет Шеньлунь («Космический самолёт «Дракон»») разрабатывается с начала 2000-х годов. Он будет запускаться с бомбардировщика H-6K. Первый суборбитальный полет "Дракон" совершил 8 января 2011.

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

Разработка проекта началась еще в 1980 году и привлекла внимание множества экспертов, однако его развитие набрало обороты только в 2012 году. На данный момент разрабатываются челноки для взлета с самолетов-носителей М-55 «Геофизика» и ЗМ-Т. Проект МАКС предполагает вывод на орбиту туристов и малых коммерческих грузов.

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.