Міжзоряні кораблі майбутнього. Космічні кораблі майбутнього: проекти, проблеми, перспективи

Сучасні ракетні двигуни непогано справляються із завданням виведення техніки на орбіту, але непридатні для тривалих космічних подорожей. Тому вже не перший десяток років вчені працюють над створенням альтернативних космічних двигунів, які б розганяли кораблі до рекордних швидкостей. Давайте розглянемо сім основних ідей із цієї галузі.

EmDrive

Щоб рухатися, треба від чогось відштовхнутися – це правило вважається одним із непорушних стовпів фізики та космонавтики. Від чого конкретно відштовхуватися – від землі, води, повітря чи реактивного струменя газу, як у випадку ракетних двигунів – не так важливо.

Добре відомий уявний експеримент: уявіть, що космонавт вийшов у відкритий космос, але трос, що зв'язує його з кораблем, несподівано порвався і людина починає повільно відлітати геть. Все, що має, – це ящик з інструментами. Які його дії? Правильна відповідь: йому потрібно кидати інструменти убік від корабля. Згідно із законом збереження імпульсу, людину відкине від інструмента рівно з тією ж силою, з якою і інструмент від людини, тому вона поступово переміщатиметься до корабля. Це і є реактивна потяг - єдиний можливий спосіб рухатися в порожньому космічному просторі. Щоправда, EmDrive, як свідчать експерименти, має деякі шанси це непорушне твердження спростувати.

Автор цього двигуна - британський інженер Роджер Шаер, який заснував власну компанію Satellite Propulsion Research в 2001 році. Конструкція EmDrive дуже екстравагантна і є формою металеве відро, запаяне з обох кінців. Усередині цього відра розташований магнетрон, що випромінює електромагнітні хвилі, – такий самий, як у звичайній мікрохвильовій печі. І його виявляється достатньо, щоб створювати дуже маленьку, але цілком помітну потяг.

Сам автор пояснює роботу свого двигуна через різницю тиску електромагнітного випромінювання у різних кінцях "відра" – у вузькому кінці воно менше, ніж у широкому. Завдяки цьому створюється потяг, спрямований у бік вузького кінця. Можливість такої роботи двигуна неодноразово заперечувалась, але в усіх експериментах установка Шаєра показує наявність тяги в передбачуваному напрямку.

Серед експериментаторів, які випробували "відро" Шаєра, такі організації, як NASA, Технічний університет Дрездена та Китайська академія наук. Винахід перевіряли в різних умовах, у тому числі і у вакуумі, де воно показало наявність тяги в 20 мікроньютонів.

Це дуже мало щодо хімічних реактивних двигунів. Але, враховуючи те, що двигун Шаєра може працювати як завгодно довго, тому що не потребує запасу палива (роботу магнетрону можуть забезпечувати сонячні батареї), потенційно він здатний розганяти космічні кораблі до величезних швидкостей, що вимірюються у відсотках від швидкості світла.

Щоб повністю довести працездатність двигуна, необхідно провести ще безліч вимірів і позбавитися побічних ефектів, які можуть породжуватись, наприклад, зовнішніми магнітними полями. Проте вже висуваються й альтернативні можливі пояснення аномальної тяги двигуна Шаєра, яка загалом порушує звичні закони фізики.

Наприклад, висуваються версії, що двигун може створювати тягу завдяки взаємодії з фізичним вакуумом, який на квантовому рівні має ненульову енергію і заповнений віртуальними елементарними частинками, що постійно народжуються і зникають. Хто в результаті виявиться правий – автори цієї теорії, сам Шаєр чи інші скептики, ми дізнаємося у найближчому майбутньому.

Сонячне вітрило

Як говорилося вище, електромагнітне випромінювання чинить тиск. Це означає, що теоретично його можна перетворювати на рух – наприклад, за допомогою вітрила. Аналогічно тому, як кораблі минулих століть ловили у свої вітрила вітер, космічний корабель майбутнього ловив би у свої вітрила сонячне чи будь-яке інше зоряне світло.

Проблема, однак, у тому, що тиск світла вкрай низький і зменшується зі збільшенням відстані від джерела. Тому, щоб бути ефективним, такий вітрило повинен мати дуже малу вагу та дуже велику площу. А це збільшує ризик руйнування всієї конструкції під час зустрічі з астероїдом чи іншим об'єктом.

Спроби будівництва та запуску сонячних вітрильників у космос вже мали місце – 1993 року тестування сонячного вітрила на кораблі "Прогрес" провела Росія, а 2010 року успішні випробування на шляху до Венери здійснила Японія. Але ще жоден корабель не використовував вітрило як основне джерело прискорення. Дещо перспективніше в цьому відношенні виглядає інший проект - електричне вітрило.

Електричне вітрило

Сонце випромінює як фотони, а й електрично заряджені частинки речовини: електрони, протони і іони. Всі вони формують так званий сонячний вітер, який щомиті забирає з поверхні світила близько одного мільйона тонн речовини.

Сонячний вітер поширюється на мільярди кілометрів та відповідальний за деякі природні явища на нашій планеті: геомагнітні бурі та північне сяйво. Земля від сонячного вітру захищається з допомогою власного магнітного поля.

Сонячний вітер, як і повітряний вітер, цілком придатний для подорожей, треба лише змусити його дмухати в вітрила. Проект електричного вітрила, створений у 2006 році фінським ученим Пеккою Янхуненом, зовні має мало спільного із сонячним. Цей двигун складається з кількох довгих тонких тросів, схожих на спиці колеса без обода.

Завдяки електронній гарматі, що випромінює проти напрямку руху, ці троси набувають позитивного зарядженого потенціалу. Оскільки маса електрона приблизно 1800 разів менше, ніж маса протона, то створювана електронами тяга нічого очікувати відігравати принципову роль. Не важливі для такого вітрила та електрони сонячного вітру. А ось позитивно заряджені частинки – протони та альфа-випромінювання – відштовхуватимуться від тросів, створюючи тим самим реактивну тягу.

Хоча цей потяг буде приблизно в 200 разів меншим, ніж такий у сонячного вітрила, зацікавило Європейське космічне агентство. Справа в тому, що електричне вітрило набагато простіше сконструювати, зробити, розгорнути та експлуатувати в космосі. Крім того, за допомогою гравітації вітрило дозволяє також подорожувати до джерела зоряного вітру, а не лише від нього. Оскільки площа поверхні такого вітрила набагато менше, ніж у сонячного, то для астероїдів і космічного сміття він вразливий куди менше. Можливо, перші експериментальні кораблі на електричному вітрилі ми побачимо вже наступні кілька років.

Іонний двигун

Потік заряджених частинок речовини, тобто іонів, випромінюють не лише зірки. Іонізований газ можна створити і штучно. У звичайному стані частинки газу електрично нейтральні, але коли його атоми або молекули втрачають електрони, вони перетворюються на іони. У загальній своїй масі такий газ все ще не має електричного заряду, але його окремі частинки стають зарядженими, а отже, можуть рухатися в магнітному полі.

В іонному двигуні інертний газ (зазвичай використовується ксенон) іонізується за допомогою високоенергетичних потоків електронів. Вони вибивають електрони з атомів, і ті набувають позитивного заряду. Далі іони прискорюються в електростатичному полі до швидкостей близько 200 км/с, що в 50 разів більше, ніж швидкість витікання газу з хімічних реактивних двигунів. Проте сучасні іонні двигуни мають дуже маленьку тягу – близько 50–100 мільйонів. Такий двигун не зміг би навіть зрушити зі столу. Але він має серйозний плюс.

Великий питомий імпульс дозволяє значно скоротити витрати палива у двигуні. Для іонізації газу використовується енергія, отримана від сонячних батарей, тому іонний двигун здатний працювати дуже довго – три роки без перерви. За такий термін він встигне розігнати космічний апарат до швидкостей, які хімічним двигунам не снилися.

Іонні двигуни вже не раз борознили простори Сонячної системи у складі різних місій, але зазвичай як допоміжні, а не основні. Сьогодні як про можливу альтернативу іонним двигунам все частіше говорять про плазмові двигуни.

Плазмовий двигун

Якщо ступінь іонізації атомів стає високою (близько 99%), такий агрегатний стан речовини називається плазмою. Досягти стану плазми можна лише за високих температур, у плазмових двигунах іонізований газ розігрівається до кількох мільйонів градусів. Розігрів здійснюється за допомогою зовнішнього джерела енергії – сонячних батарей або, що реальніше, невеликого ядерного реактора.

Гаряча плазма потім викидається через сопло ракети, створюючи тягу в десятки разів більшу, ніж у іонному двигуні. Одним із прикладів плазмового двигуна є проект VASIMR, який розвивається ще з 70-х років минулого століття. На відміну від іонних двигунів, плазмові в космосі ще не були випробувані, але з ними пов'язують великі надії. Саме плазмовий двигун VASIMR є одним із основних кандидатів для пілотованих польотів на Марс.

Термоядерний двигун

Приборкати енергію термоядерного синтезу люди намагаються з середини ХХ століття, але поки що це зробити так і не вдалося. Проте керований термоядерний синтез все одно дуже привабливий, адже це джерело величезної енергії, що отримується з досить дешевого палива – ізотопів гелію та водню.

На даний момент існує декілька проектів конструкції реактивного двигуна на енергії термоядерного синтезу. Найперспективнішою з них вважається модель на основі реактора з магнітним утриманням плазми. Термоядерний реактор у такому двигуні буде негерметичною циліндричною камерою розміром 100-300 метрів у довжину і 1-3 метри в діаметрі. У камеру подається паливо у вигляді високотемпературної плазми, яка при достатньому тиску вступає в реакцію ядерного синтезу. Котушки магнітної системи, що розташовані навколо камери, повинні утримувати цю плазму від контакту з обладнанням.

Зона термоядерної реакції розташовується вздовж осі такого циліндра. За допомогою магнітних полів екстремально гаряча плазма відбувається через сопло реактора, створюючи величезну тягу, набагато більшу, ніж у хімічних двигунів.

Двигун на антиматерії

Вся навколишня речовина складається з ферміонів - елементарних частинок з напівцілим спином. Це, наприклад, кварки, у тому числі складаються протони і нейтрони в атомних ядрах, і навіть електрони. При цьому кожен ферміон має свою античастинку. Для електрона такий виступає позитрон, для кварку – антикварк.

Античастинки мають ту ж масу і той же спин, що і їх звичайні "товариші", відрізняючись знаком усіх інших квантових параметрів. Теоретично античастинки здатні становити антиречовину, але досі ніде у Всесвіті антиречовина не зареєстрована. Для фундаментальної науки є питання, чому його немає.

Але в лабораторних умовах можна отримати кілька антиречовини. Наприклад, нещодавно було проведено експеримент порівняно властивостей протонів та антипротонів, які зберігалися в магнітній пастці.

При зустрічі антиречовини та звичайної речовини відбувається процес взаємної анігіляції, що супроводжується виплеском колосальної енергії. Так, якщо взяти за кілограм речовини та антиречовини, то кількість виділеної при їх зустрічі енергії буде порівнянна з вибухом "Цар-бомби" - найпотужнішої водневої бомби в історії людства.

Причому значна частина енергії у своїй виділиться як фотонів електромагнітного випромінювання. Відповідно виникає бажання використовувати цю енергію для космічних переміщень шляхом створення фотонного двигуна, схожого на сонячне вітрило, тільки в даному випадку світло буде генеруватися внутрішнім джерелом.

Але щоб ефективно використати випромінювання в реактивному двигуні, необхідно вирішити завдання створення "дзеркала", яке було б здатне ці фотони відобразити. Адже кораблю якимось чином треба відштовхнутися, щоби створити тягу.

Ніякий сучасний матеріал просто не витримає народженого у разі подібного вибуху випромінювання і миттєво випарується. У своїх фантастичних романах брати Стругацькі вирішили цю проблему шляхом створення "абсолютного відбивача". У реальному житті нічого подібного поки що зробити не вдалося. Це завдання, як і питання створення великої кількості антиречовини та її тривалого зберігання – справа фізики майбутнього.

Історія

За часів холодної війни космос був однією з арен для боротьби між Радянським Союзом та США. Геополітичне протистояння наддержав - головний стимул у роки для розвитку космічної галузі. На здійснення програм освоєння космосу було кинуто дуже багато ресурсів. Зокрема, на реалізацію проекту «Аполлон», головною метою якого була висадка людини на поверхню Місяця, уряд США витратив близько двадцяти п'яти мільярдів доларів. Для 70-х років минулого століття ця сума була просто величезною. Місячна програма СРСР, якій не судилося здійснитися, обійшлася бюджету Радянського Союзу 2,5 млрд. рублів. Розробка вітчизняного космічного корабля багаторазового використання "Буран" коштувала шістнадцять мільярдів рублів. При цьому "Бурану" доля приготувала здійснити лише один космічний політ.

Набагато більше пощастило його американському аналогу. "Спейс шатл" здійснив сто тридцять п'ять запусків. Але американський шатл виявився не вічний. Корабель, створений за державною програмою «Космічна транспортна система», 8 липня 2011 року здійснив свій останній космічний старт, який завершився рано вранці 21 липня того ж року. За час реалізації програми американці народили шість «шатлів», один з яких був прототипом, що ніколи не здійснював космічних польотів. Два кораблі взагалі зазнали катастрофи.

Відрив від землі «Аполлона 11»

З погляду економічної доцільності програму «Спейс шатл» навряд чи можна назвати успішною. Космічні кораблі одноразового використання виявилися набагато економічнішими за своїх, здавалося б, більш технологічно просунутих багаторазових побратимів. Та й безпека польотів на «шатлах» викликала сумніви. За час їхньої експлуатації, внаслідок двох катастроф, жертвами стали чотирнадцять астронавтів. Але причина таких неоднозначних підсумків космічних подорожей легендарного корабля полягає у його технічному недосконалості, а складності самої концепції космічних апаратів багаторазового використання.

У результаті, російські космічні кораблі одноразового використання «Союз», розроблені ще в 60-ті роки минулого століття, стали єдиним типом апаратів, які здійснюють пілотовані польоти на Міжнародну космічну станцію (МКС). Потрібно відразу відзначити, що це аж ніяк не говорить про їхню перевагу над «Спейс шатлом». Кораблі «Союз», як і безпілотні «космічні вантажівки» «Прогрес», створені на їх базі, мають низку концептуальних недоліків. Вони дуже обмежені у вантажопідйомності. А ще використання подібних апаратів призводить до нагромадження орбітального сміття, що залишилося після їх експлуатації. Космічні польоти на кораблях типу «Союз» незабаром стануть частиною історії. У той же час, на сьогоднішній день не існує реальних альтернатив. Величезний потенціал, закладений у концепції кораблів багаторазового використання, найчастіше залишається технічно нереалізованим навіть у час.

Перший проект радянського багаторазового орбітального літака ОС-120 «Буран», запропонованого НВО "Енергія" в 1975 році і був аналогом американського Space Shuttle

Нові космічні кораблі США

У липні 2011 року американський президент Барак Обама заявив: політ на Марс є новою і, наскільки можна вважати, головною метою американських астронавтів на найближчі десятиліття. Однією із програм, що здійснюються NASA в рамках освоєння Місяця та польоту на Марс, стала масштабна космічна програма «Сузір'я».

В її основі - створення нового пілотованого космічного корабля «Оріон», ракет-носіїв «Арес-1» та «Арес-5», а також місячного модуля «Альтаїр». Незважаючи на те, що в 2010 році уряд США ухвалив рішення про згортання програми «Сузір'я», NASA отримало можливість продовжити розробку «Оріона». Перший безпілотний випробувальний політ корабля планується реалізувати у 2014 році. Передбачається, що під час польоту апарат відійде на шість тисяч кілометрів від Землі. Це приблизно в п'ятнадцять разів далі, ніж МКС. Після тестового польоту корабель візьме курс на землю. В атмосферу новий апарат зможе входити зі швидкістю 32 тис. км/год. За цим показником "Оріон" на півтори тисячі кілометрів перевершує легендарний "Аполло". Перший безпілотний експериментальний політ «Оріона» має продемонструвати його потенційні можливості. Випробування корабля має стати важливим кроком до здійснення його пілотованого запуску, який намічено на 2021 рік.

Згідно з планами NASA, у ролі ракет-носіїв «Оріона» виступатимуть «Дельта-4» та «Атлас-5». Від розробки «Ареса» було вирішено відмовитися. Крім того, для освоєння далекого космосу американці проектують нову надважку ракету-носій SLS.

"Оріон" - корабель частково багаторазового використання і концептуально знаходиться ближче до апарату "Союз", ніж до космічного човника "шатл". Частково багаторазовими є більшість перспективних космічних кораблів. Така концепція передбачає, що після здійснення посадки поверхню Землі житлову капсулу корабля можна буде повторно використовуватиме запуску у космічний простір. Це дозволяє поєднати функціональну практичність багаторазових космічних кораблів із економічністю експлуатації апаратів типу «Союз» або «Аполло». Таке рішення-перехідний етап. Ймовірно, у далекому майбутньому всі космічні апарати стануть багаторазовими. Тож американський «Спейс шатл» та радянський «Буран» у якомусь сенсі випередили свій час.

«Оріон» – багатоцільовий капсульний частково багаторазовий пілотований космічний корабель США, який розробляється з середини 2000-х років у рамках програми «Сузір'я»

Схоже, слова «практичність» і «передбачливість» якнайкраще характеризують американців. Уряд США вирішив не звалювати всі свої космічні амбіції на плечі одного Оріона. В даний час відразу кілька приватних компаній на замовлення NASA розробляють власні космічні кораблі, покликані замінити апарати, що використовуються сьогодні. У рамках «Програми розвитку комерційних пілотованих кораблів» (CCDev) компанія Boeing розробляє частково багаторазовий пілотований космічний корабель CST-100. Апарат призначений для коротких подорожей на навколоземну орбіту. Його головним завданням стане доставка екіпажу та вантажів на МКС.

Екіпаж корабля може становити до семи осіб. При цьому під час проектування CST-100 особлива увага була приділена комфорту астронавтів. Житловий простір апарату значно ширший від кораблів минулого покоління. Запуск його, ймовірно, буде здійснюватися за допомогою ракет-носіїв "Атлас", "Дельта" або "Фалькон". При цьому «Атлас-5» є найбільш підходящим варіантом. Посадка корабля здійснюватиметься за допомогою парашута та повітряних подушок. Згідно з планами компанії Boeing, у 2015-му році на CST-100 чекає серія випробувальних запусків. Перші два польоти будуть безпілотними. Головне їх завдання-виведення апарату на орбіту та тестування систем безпеки. Під час третього польоту планується пілотована стиковка з МКС. У разі успіху випробувань CST-100 дуже скоро буде здатний прийти на заміну російським кораблям «Союз» і «Прогрес», які монопольно здійснюють пілотовані польоти на Міжнародну космічну станцію.

CST-100 – пілотований транспортний космічний корабель

Ще одним приватним кораблем, який виконуватиме доставку вантажів та екіпажу на МКС, стане апарат, розроблений компаніями SpaceX, що входить до складу Sierra Nevada Corporation. Частково багаторазовий моноблочний корабель «Дракон» розроблений за програмою NASA «Комерційне орбітальне транспортування» (COTS). Планується побудувати три його модифікації: пілотовану, вантажну та автономну. Екіпаж пілотованого корабля, як і у випадку з CST-100, може становити сім осіб. У вантажній модифікації корабель братиме на борт чотири особи та дві з половиною тонни вантажу.

А в майбутньому "Дракон" хочуть використати і для польотів на Червону планету. Для чого розроблять спеціальну версію корабля – «Ред драгон». Згідно з планами американського космічного керівництва, безпілотний політ апарату на Марс відбудеться в 2018 році, а перший випробувальний пілотований політ корабля США розраховують здійснити вже через кілька років.

Одна з особливостей «Дракона» – його багаторазовість. Після здійснення польоту частина енергетичних систем та паливні баки спускатимуться на Землю разом із житловою капсулою корабля і можуть бути знову використані для космічних польотів. Ця конструктивна здатність вигідно відрізняє новий корабель від більшої частини перспективних розробок. У найближчому майбутньому «Дракон» та CST-100 доповнюватимуть один одного і виступатимуть у ролі «підстрахування». Якщо один тип корабля з якоїсь причини не зможе виконувати поставлені перед ним завдання, інший візьме на себе частину його роботи.

Dragon SpaceX – приватний транспортний космічний корабель (КК) компанії SpaceX, розроблений на замовлення NASA у рамках програми «Комерційне орбітальне транспортування» (COTS), призначений для доставки корисного вантажу і, в перспективі, людей на МКС

«Дракон» на орбіту вивели вперше у 2010-му році. Безпілотний випробувальний політ завершився успішно, і вже за кілька років, а саме 25 травня 2012 року, апарат пристикувався до МКС. На кораблі на той час не було системи автоматичного стикування, і для її здійснення довелося використовувати маніпулятор космічної станції.

Цей політ розглядався як перша в історії стикування приватного корабля до Міжнародної космічної станції. Відразу обмовимося: навряд чи «Дракон» та низка інших космічних кораблів, які розробляють приватні компанії, можна назвати приватними в повному розумінні слова. Наприклад, на розробку «Дракона» NASA виділило 1,5 млрд доларів. Інші приватні проекти також отримують фінансову підтримку NASA. Тому йдеться не так про комерціалізацію космосу, як про нову стратегію розвитку космічної галузі, засновану на кооперації держави та приватного капіталу. Колись секретні космічні технології, раніше доступні лише державі, відтепер – надбання низки приватних компаній, залучених до сфери космонавтики. Обставина це - саме собою потужний стимул для зростання технологічних можливостей приватних компаній. До того ж, такий підхід дозволив влаштувати у приватну сферу велику кількість фахівців космічної галузі, звільнених раніше державою у зв'язку із закриттям програми «Спейс шатл».

Коли йдеться про програму розробки космічних кораблів приватними компаніями, чи не найбільший інтерес представляє проект компанії SpaceDev, який отримав назву «Дрім Чейзер». У його розробці також брали участь дванадцять партнерів компанії, три американські університети та сім центрів NASA.

Концепт багаторазового пілотованого космічного корабля Dream Chaser, який розробляє американська компанія SpaceDev, підрозділом Sierra Nevada Corporation

Цей корабель сильно відрізняється від решти перспективних космічних розробок. Багаторазовий "Дрім Чейзер" зовні нагадує мініатюрний "Спейс шатл" і здатний здійснювати посадку, як звичайний літак. І все одно основні завдання корабля схожі із завданнями «Дракона» та CST-100. Апарат послужить для доставки вантажів і екіпажу (до семи осіб) на низьку навколоземну орбіту, куди він виводитиметься за допомогою ракети-носія «Атлас-5». Цього року корабель має здійснити свій перший безпілотний політ, а до 2015 року планується підготувати до запуску його пілотовану версію. Ще одна важлива деталь. Проект Дрім Чейзер створюється на базі американської розробки 1990-х років - орбітального літака HL-20. Проект останнього став аналогом радянської орбітальної системи "Спіраль". Всі три апарати мають схожий зовнішній вигляд і передбачувані функціональні можливості. Звідси випливає цілком закономірне питання. Чи варто Радянському Союзу згортати наполовину готову авіаційно-космічну систему «Спіраль»?

Що ж у нас?

2000-го року РКК «Енергія» розпочала проектування багатоцільового космічного комплексу «Кліпер». Цей багаторазовий космічний апарат, що зовні чимось нагадує зменшений у розмірах «шаттл», передбачалося використовувати для вирішення найрізноманітніших завдань: доставка вантажу, евакуація екіпажу космічної станції, космічний туризм, польоти на інші планети. На проект покладалися певні надії. Як завжди, добрі наміри накрилися мідним тазом відсутності фінансування. 2006-го року проект було закрито. При цьому технології, розроблені в рамках проекту Кліпер, передбачається використовувати для проектування Перспективної пілотованої транспортної системи (ППТС), також відомої як проект Русь.

Крилатий варіант "Кліпера" в орбітальному польоті. Малюнок веб-майстра на основі 3D-моделі «Кліпера»

©Вадим Лукашевич

Саме ППТС (звісно, ​​це поки що лише «робоча» назва проекту), як вважають російські фахівці, судиться стати вітчизняною космічною системою нового покоління, здатною замінити стрімко застарілі «Союзи» та «Прогреси». Як і у випадку з Кліпером, розробкою космічного корабля займається РКК Енергія. Базовою модифікацією комплексу стане «Пілотований транспортний корабель нового покоління» (ПТК ПК). Його головним завданням, знову ж таки, буде доставка вантажів та екіпажу на МКС. У віддаленій перспективі – розробка модифікацій, здатних здійснювати польоти на Місяць та виконувати тривалі дослідні місії. Сам корабель обіцяє стати частково багаторазовим. Житлова капсула може бути використана повторно після здійснення посадки. Двигуно-агрегатний відсік – ні. Цікава особливість корабля – можливість посадки без використання парашута. Для гальмування та м'якого приземлення на поверхню Землі застосовуватиметься реактивна система.

На відміну від «Союзів», що злітають із території космодрому «Байконур» у Казахстані, нові кораблі запускатимуть із нового космодрому «Східний», що будується на території Амурської області. Екіпаж становитиме шість осіб. Пілотований апарат також здатний брати вантаж – п'ятсот кілограмів. У безпілотній версії корабель зможе доставляти на навколоземну орбіту «гостинці» солідніше-вагою дві тонни.

Одна з основних проблем проекту ППТС - відсутність ракет-носіїв, які мають необхідні характеристики. Сьогодні головні технічні аспекти космічного корабля опрацьовані, але відсутність ракети-носія ставить його розробників у скрутне становище. Передбачається, що нова ракета-носій стане технологічно близькою до «Ангари», розробленої ще 1990-х років.

Макет ППТС на виставці МАКС-2009

©sdelanounas.ru

Як не дивно, але ще однією серйозною проблемою є мета проектування ППТС (читай: російська дійсність). Росія навряд чи зможе собі дозволити здійснення програм з освоєння Місяця та Марса, аналогічні за своїми масштабами тим, які втілюють у життя США. Навіть у разі успіху розробки космічного комплексу, найімовірніше, його єдиним реальним завданням буде доставка вантажів та екіпажу на МКС. Але початок льотних випробувань ППТС відкладено до 2018 року. На той час перспективні американські апарати, швидше за все, вже зможуть взяти на себе ті функції, які виконують російські кораблі «Союз» і «Прогрес».

Туманні перспективи

Сучасний світ позбавлений романтики космічних польотів-це факт. Звичайно, не йдеться про запуск супутників і космічний туризм. За ці сфери космонавтики можна не перейматися. Польоти на Міжнародну космічну станцію мають значення для космічної галузі, але термін перебування МКС на орбіті обмежений. Станцію планується ліквідувати 2020-го року. Сучасний пілотований космічний апарат – це насамперед складова частина певної програми. Немає сенсу розробляти новий корабель, не маючи уявлення про завдання його експлуатації. Нові космічні апарати США проектуються не лише для доставки вантажів та екіпажів на МКС, а й з метою польотів на Марс та Місяць. Однак ці завдання настільки далекі від повсякденних земних турбот, що найближчими роками нам навряд чи варто очікувати значних проривів у галузі космонавтики.

Людство освоює космічний простір пілотованими кораблями вже понад півстоліття. На жаль, за цей час воно, образно кажучи, недалеко попливло. Якщо порівняти Всесвіт з океаном, ми лише бродимо біля кромки прибою по щиколотку у воді. Одного разу, щоправда, зважилися поплавати трохи глибше (місячна програма "Аполлон"), і з того часу живемо спогадами про цю подію як про найвище досягнення.

До цих пір космічні кораблі в основному служать транспортом доставки на та назад на Землю. Максимальна тривалість автономного польоту, досяжна багаторазовим човником "Спейс Шаттл", становить лише 30 днів, та й те теоретично. Але, можливо, космічні кораблі майбутнього стануть набагато досконалішими і універсальнішими?

Вже місячні експедиції "Аполлонів" наочно показали, що вимоги до майбутніх космольотів можуть разюче відрізнятися від завдань для "космічних таксі". Місячна кабіна "Аполлона" мала дуже мало спільного з обтічними кораблями і не була розрахована на політ у планетній атмосфері. Деяке уявлення про те, як виглядатимуть космічні кораблі майбутнього, фото американських астронавтів дають наочно.

Найсерйозніший чинник, який стримує епізодичне дослідження людиною Сонячної системи, не кажучи вже про організацію на планетах та їх супутниках наукових баз, – радіація. Проблеми виникають навіть із місячними місіями, що тривають від сили тиждень. А півторарічний політ на Марс, який, здавалося, ось-ось відбудеться, відсувається дедалі далі. Дослідження автоматами показали смертельно небезпечний для людини по всій трасі міжпланетного перельоту. Тож космічні кораблі майбутнього неминуче мають серйозний протирадіаційний захист у поєднанні зі спеціальними медико-біологічними заходами для екіпажу.

Зрозуміло, що чим швидше він дістанеться місця призначення, тим краще. Але для швидкого польоту потрібні потужні двигуни. А для них, у свою чергу, високоефективне паливо, яке не займало б багато місця. Тому хімічні маршеві двигуни вже найближчим часом поступляться місцем ядерним. Якщо ж вченим вдасться приборкання антиречовини, тобто переведення маси у світлове випромінювання, космічні кораблі майбутнього знайдуть У цьому випадку йтиметься вже про досягнення релятивістських швидкостей та міжзоряних експедиціях.

Ще однією серйозною перешкодою на шляху освоєння людиною Всесвіту стане тривале забезпечення її життєдіяльності. Лише за добу людський організм споживає чимало кисню, води та їжі, виділяє тверді та рідкі відходи, видихає вуглекислий газ. Брати з собою на борт повний запас кисню та продуктів безглуздо через їхню величезну вагу. Проблему вирішує бортова замкнута Проте досі всі експерименти на цю тему не мали успіху. А без замкнутої СЖО немислимі космічні кораблі майбутнього, що роками летять крізь простір; картинки художників, звичайно, вражають уяву, але не відображають реального стану справ.

Отже, всі проекти космольотів та зорельотів поки що далекі від реального втілення. І людству доведеться змиритися з вивченням Всесвіту космонавтами під прикриттям та отриманням інформації від автоматичних зондів. Але це, звичайно, тимчасово. Космонавтика не стоїть на місці, і непрямі ознаки показують, що у цій сфері діяльності людства назріває великий прорив. Отже, можливо, космічні кораблі майбутнього будуть побудовані та здійснять перші польоти вже у XXI столітті.

У цій статті буде порушено таку тему, як космічні кораблі майбутнього: фото, опис та технічні характеристики. Перед тим, як перейти безпосередньо до теми, пропонуємо читачеві короткий екскурс в історію, який допоможе оцінити сучасний стан космічної галузі.

Космос у період холодної війни був однією з арен, на яких велося протистояння між США та СРСР. Головним стимулом розвитку космічної галузі у роки було саме геополітичне протистояння наддержав. Величезні ресурси було кинуто на програми освоєння космосу. Наприклад, на реалізацію проекту під назвою "Аполлон", основною метою якого є висадка на поверхню Місяця людини, уряд Сполучених Штатів витратив приблизно 25 млрд доларів. Ця сума для 1970-х була просто гігантською. Бюджету Радянського Союзу місячна програма, якої здійснитися так і не судилося, коштувала 2,5 млрд рублів. 16 млн рублів коштувала розробка космічного корабля "Буран". При цьому йому судилося здійснити лише один космічний політ.

Програма "Спейс шатл"

Його американському аналогу пощастило набагато більше. "Спейс шатл" здійснив 135 запусків. Однак "шатл" цей виявився не вічний. Останній його запуск відбувся 8 липня 2011 року. Американці за час здійснення програми випустили 6 "шатлів". Один з них був прототипом, який ніколи не здійснював космічних польотів. 2 інших взагалі зазнали катастрофи.

Програму "Спейс шатл" з економічної точки зору навряд чи можна вважати успішною. Набагато економічнішими виявилися кораблі одноразового використання. До того ж, викликала сумніви безпека польотів на "шатлах". Внаслідок двох катастроф, що сталися в період їх експлуатації, жертвами стали 14 астронавтів. Однак причина таких неоднозначних підсумків подорожей полягає не в технічному недосконалості кораблів, а складності самої концепції призначених для багаторазового використання космічних апаратів.

Значення космічних апаратів "Союз" сьогодні

У результаті "Союз", космічні кораблі одноразового використання з Росії, які були розроблені ще в 1960-ті роки, стали єдиними апаратами, які сьогодні здійснюють пілотовані польоти на МКС. Слід зазначити, що це не означає їхньої переваги над "Спейс шатлом". Вони мають ряд істотних недоліків. Наприклад, вантажопідйомність їх обмежена. Також використання такого роду апаратів призводить до того, що накопичується орбітальне сміття, яке залишається після їх експлуатації. Незабаром космічні польоти на "Союзі" стануть історією. На сьогоднішній день немає реальних альтернатив. Все ще перебувають у стадії розробки космічні кораблі майбутнього, фото яких представлені у цій статті. Закладений у концепції багаторазового використання кораблів величезний потенціал найчастіше навіть у час залишається технічно нереализуемым.

Заява Барака Обами

Барак Обама у липні 2011 року заявив про те, що головною метою астронавтів із США на найближчі десятиліття є політ на Марс. Космічна програма "Сузір'я" стала однією з програм, які NASA здійснює в рамках польоту на Марс та освоєння Місяця. Для цього, звичайно, потрібні нові космічні кораблі майбутнього. Яка ж ситуація з їх розробкою?

Космічний корабель "Оріон"

Основні надії покладаються на створення "Оріона" - нового космічного корабля, а також ракет-носіїв "Арес-5" та "Арес-1" та місячного модуля "Альтаїр". У 2010 році уряд Сполучених Штатів вирішив згорнути програму "Сузір'я", але, незважаючи на це, NASA таки отримав можливість подальшої розробки "Оріона". Найближчим часом планується здійснити перший випробувальний безпілотний політ. Передбачається, що апарат під час цього польоту відійде від Землі на 6 тис. км. Це приблизно в 15 разів більше, ніж відстань, на якій знаходиться від нашої планети МКС. Корабель після тестового польоту візьме курс на землю. Новий апарат у повітря може входити, розвиваючи швидкість 32 тис. км/год. "Оріон" за цим показником перевищує на 1,5 тис. км/год легендарний "Аполло". На 2021 рік намічено здійснення першого пілотованого запуску.

У ролі ракет-носіїв цього корабля, згідно з планами NASA, виступатимуть "Атлас-5" та "Дельта-4". Вирішили відмовитися від розробки "Ареса". Для освоєння далекого космосу, крім того, американці проектують SLS – нову ракету-носій.

Концепція "Оріона"

"Оріон" є кораблем частково багаторазового використання. Він знаходиться концептуально ближче до "Союзу", ніж до "Шатла". Більшість космічних кораблів майбутнього є частково багаторазовими. Ця концепція передбачає те, що рідку капсулу корабля після посадки на Землю можна використовувати повторно. Це дозволить поєднати економічність експлуатації "Аполло" та "Союзу" з функціональною практичністю багаторазових кораблів. Це рішення є перехідним етапом. Очевидно, у далекій перспективі стануть багаторазовими всі космічні кораблі майбутнього. Такою є тенденція розвитку космічної галузі. Тому можна сказати, що радянський "Буран" – прототип космічного корабля майбутнього, як і американський "Спейс шатл". Вони сильно випередили свій час.

CST-100

Слова "передбачливість" і "практичність", схоже, характеризують американців якнайкраще. Уряд цієї країни ухвалив рішення не звалювати на плечі "Оріона" усі космічні амбіції. Сьогодні на замовлення NASA відразу кілька приватних фірм розробляють свої космічні кораблі майбутнього, які мають замінити апарати, що використовуються сьогодні. Компанія Boeing, наприклад, розробляє CST-100 - частково багаторазовий і пілотований корабель. Він призначений для коротких мандрівок на орбіту Землі. Основним завданням його буде доставка вантажів та екіпажу на МКС.

Заплановані запуски CST-100

До семи осіб може становити екіпаж корабля. Під час розробки CST-100 було приділено особливу увагу комфорту космонавтів. Було суттєво збільшено його житловий простір порівняно з кораблями минулого покоління. Ймовірно, запуск CST-100 здійснюватиметься з використанням ракет-носіїв "Фалькон", "Дельта" або "Атлас". "Атлас-5" при цьому є найкращим варіантом. За допомогою повітряних подушок та парашута здійснюватиметься посадка корабля. Згідно з планами фірми Boeing, CST-100 у 2015 році чекає ціла серія випробувальних запусків. Безпілотними будуть перші 2 польоти. Основне завдання їх – вивести на орбіту апарат та протестувати системи безпеки. Пилотоване стикування з МКС планується під час третього польоту. CST-100 у разі успішних випробувань дуже скоро прийде на заміну "Прогресу" та "Союзу" - російським кораблям, які монопольно здійснюють сьогодні пілотовані польоти на МКС.

Розробка "Дракона"

Іншим приватним кораблем, покликаним виконувати доставку екіпажу та вантажів на МКС, буде розроблений фірмою SpaceX апарат. Це "Дракон" - моноблочний корабель, частково багаторазовий. Планується побудувати 3 модифікації даного апарату: автономну, вантажну та пілотовану. Як і у CST-100, екіпаж може становити до семи осіб. Корабель у вантажній модифікації може брати на борт 4 особи та 2,5 тонни вантажу.

"Дракон" хочуть у майбутньому використати також для польоту на Марс. Для цього створюється спеціальна версія цього корабля під назвою "Ред драгон". Безпілотний політ цього апарату на Червону планету відбудеться згідно з планами космічного керівництва США у 2018 році.

Конструктивна особливість "Дракона" та перші польоти

Багаторазовість є однією з особливостей "Дракона". Паливні баки та частина енергетичних систем після польоту спускатимуться разом із житловою капсулою на Землю. Потім їх можна використати знову для космічних польотів. Ця конструктивна особливість вигідно відрізняє "Дракон" від більшості інших перспективних розробок. "Дракон" і CST-100 в найближчому майбутньому доповнюватимуть один одного і служитимуть як "підстрахування". Якщо один із цих типів корабля не зможе з якоїсь причини виконати завдання, поставлені перед ним, то частина його роботи візьме на себе інший.

Вперше "Дракон" було виведено на орбіту у 2010 році. Успішно завершився випробувальний безпілотний політ. А 2012 року, 25 травня, цей апарат пристикувався до МКС. До того моменту на кораблі системи автоматичного стикування не було передбачено і довелося для її здійснення скористатись маніпулятором космічної станції.

"Дрім Чейзер"

"Дрім Чейзер" - ще одна назва космічних кораблів майбутнього. Не можна не згадати про цей проект компанії SpaceDev. Також у його розробці взяли участь 12 партнерів компанії, 3 університети США та 7 центрів NASA. Цей корабель істотно відрізняється від інших космічних розробок. Він нагадує зовні "Спейс шатл" у мініатюрі і може здійснювати посадку так само, як і звичайний літак. Основні його завдання схожі на завдання, що стоять перед CST-100 і "Драконом". Апарат призначений для доставки екіпажу та вантажів на навколоземну орбіту, а виводитись туди він буде за допомогою "Атласу-5".

А що ж у нас?

А чим може відповісти Росія? Які російські космічні кораблі майбутнього? РКК "Енергія" у 2000 році розпочала проектування космічного комплексу "Кліпер", що є багатоцільовим. Цей космічний апарат багаторазовий, що нагадує чимось зовні "шатл", зменшений у розмірах. Він призначений для вирішення різних завдань, таких як доставка вантажу, космічний туризм, евакуація станції екіпажу, польоти на інші планети. Певні сподівання покладалися цей проект.

Передбачалося, що космічні кораблі майбутнього Росії незабаром будуть сконструйовані. Однак через відсутність фінансування довелося з цими надіями розпрощатися. Проект закрили у 2006 році. Технології, розроблені за ці роки, планується використовувати для проектування ППТС, відомої також як проект "Русь".

Особливості ППТС

Найкращі космічні кораблі майбутнього, як вважають фахівці з Росії, – це ППТС. Саме цій космічній системі судилося стати новим поколінням космічних апаратів. Вона буде здатна замінити "Прогреси" та "Союзи", що стрімко застарівають. Розробкою цього корабля, як минулого "Кліпера", займається сьогодні РКК "Енергія". ПТК ПК стане базовою модифікацією цього комплексу. Основне завдання його, знову ж таки, полягатиме в доставці екіпажу та вантажів на МКС. Однак у віддаленій перспективі знаходиться розробка модифікацій, які будуть здатні літати на Місяць, а також виконувати різні дослідні місії тривалі за часом.

Сам корабель має стати частково багаторазовим. Буде повторно використана рідка капсула після посадки, а ось рухово-агрегатний відсік - не буде. Цікавою особливістю даного корабля є можливість посадки без парашута. Реактивна система буде застосовуватися для гальмування та приземлення на земну поверхню.

Новий космодром

На відміну від "Союзів", які злітають з розташованого в Казахстані космодрому "Байконур", нові кораблі планується запускати з космодрому "Східний", що будується в Амурській області. 6 людей складе екіпаж. Апарат може брати вантаж вагою до 500 кг. Корабель у безпілотній версії може доставляти вантажі до 2 тонн вагою.

Проблеми, які стоять перед розробниками ППТС

Однією з основних проблем, що стоять перед проектом ППТС є відсутність ракет-носіїв з необхідними характеристиками. Основні технічні моменти космічного апарату сьогодні опрацьовані, однак у дуже скрутне становище ставить його розробників відсутність ракети-носія. Передбачається, що вона буде близька за характеристиками до Ангари, яка була розроблена ще в 90-і роки.

Іншою серйозною проблемою, як це не дивно, є мета проектування ППТС. Чи Росія сьогодні може дозволити собі здійснення амбітних програм з освоєння Марса і Місяця, аналогічних тим, які втілюють у життя Сполучені Штати. Навіть якщо космічний комплекс буде успішно розроблений, швидше за все, єдиним його завданням залишиться доставка екіпажу та вантажів на МКС. До 2018 року відкладено початок випробувань ППТС. Перспективні апарати зі США до цього часу, швидше за все, вже візьмуть на себе функції, які сьогодні виконують російські кораблі "Прогрес" і "Союз".

Туманні перспективи космічних польотів

Фактом є те, що світ сьогодні залишається позбавленим романтики космічних польотів. Йдеться, звичайно, не про космічний туризм і запуск супутників. Можна не перейматися цими сферами космонавтики. Польоти на МКС дуже важливі для космічної галузі, проте термін перебування на орбіті самої МКС обмежений. 2020 року планується ліквідувати цю станцію. А пілотовані космічні кораблі майбутнього є складовою конкретної програми. Не можна розробляти новий апарат у разі відсутності уявлень про завдання, що стоять перед ним. Не лише для доставки екіпажів та вантажів МКС проектуються нові космічні кораблі майбутнього до США, але також для польотів на Місяць та Марс. Однак ці завдання від повсякденних земних турбот настільки далекі, що нам навряд чи варто очікувати найближчими роками значних проривів у сфері космонавтики. Космічні загрози залишаються фантастикою, тому немає сенсу конструювати бойові космічні кораблі майбутнього. І, звичайно, у держав Землі безліч інших турбот, крім боротьби один з одним за місце на орбіті та інших планетах. Будівництво таких апаратів, як військові космічні кораблі майбутнього, тому також є недоцільним.