Hvordan fungerer en almindelig rumraket? Kosmisk hastighed i laboratoriet. Fortsættelse

Korznikov citerer beregninger om, at rumfartøjet ved en hastighed på mere end 0,1 C ikke vil have tid til at ændre flyvevejen og undgå en kollision. Han mener, at rumfartøjet ved underlyshastigheder vil kollapse, før det når sit mål. Efter hans mening er interstellar rejse kun mulig ved væsentligt lavere hastigheder (op til 0,01 C). Fra 1950-60 I USA blev et rumfartøj med en nuklear pulsraketmotor udviklet til at udforske det interplanetariske rum, Orion.

Interstellar flyvning - rejs mellem stjerner med bemandede køretøjer eller automatiske stationer. Ifølge NASA Ames Research Centers direktør Simon P. Warden kan et dybtrumsmotordesign udvikles inden for 15 til 20 år.

Lad flyvningen dertil og flyvningen tilbage bestå af tre faser: ensartet accelereret acceleration, flyvning med konstant hastighed og ensartet accelereret deceleration. Lad rumfartøjet bevæge sig halvvejs med enhedsacceleration, og lad det bremse den anden halvdel med samme acceleration (). Skibet vender derefter rundt og gentager accelerations- og decelerationsstadierne.

Ikke alle typer motorer er velegnede til interstellar flyvning. Beregninger viser, at ved at bruge det rumsystem, der tages i betragtning i dette arbejde, er det muligt at nå stjernen Alpha Centauri... på omkring 10 år." Som en af ​​mulighederne for at løse problemet foreslås det at bruge elementære partikler, der bevæger sig med lys eller nær lyshastighed, som arbejdsstof i en raket.

Hvad er hastigheden af ​​moderne rumfartøjer?

Udstødningspartikelhastigheden er fra 15 til 35 kilometer i sekundet. Derfor opstod der ideer om at forsyne interstellare skibe med energi fra en ekstern kilde. På dette øjeblik dette projekt er ikke gennemførligt: ​​Motoren skal have en udstødningshastighed på 0,073 s (specifik impuls 2 millioner sekunder), mens dens tryk skal nå 1570 N (det vil sige 350 pund).

Sammenstød med interstellart støv vil ske ved hastigheder nær lys og vil ved fysisk påvirkning ligne mikroeksplosioner. Science fiction-værker nævner ofte metoder til interstellar rejse baseret på bevægelse hurtigere hastighed lys i et vakuum. Den største besætning bestod af 8 astronauter (inklusive 1 kvinde), som lancerede den 30. oktober 1985 på det genanvendelige rumfartøj Challenger.

Afstanden til den nærmeste stjerne (Proxima Centauri) er omkring 4.243 lysår, det vil sige cirka 268 tusind gange mere afstand fra Jorden til Solen. Rumskibsflyvninger indtager en betydelig plads i science fiction.

I denne situation vil flyvetiden i jordens referenceramme være cirka 12 år, mens der ifølge uret på skibet vil gå 7,3 år. Egnetheden af ​​forskellige typer motorer til interstellar flyvning blev især diskuteret på et møde i British Interplanetary Society i 1973 af Dr. Tony Martin.

I løbet af arbejdet blev der foreslået projekter for store og små rumskibe ("generationsskibe"), der er i stand til at nå stjernen Alpha Centauri i henholdsvis 1800 og 130 år. I 1971 blev det i en rapport af G. Marx ved et symposium i Byurakan foreslået at bruge røntgenlasere til interstellare flyvninger. I 1985 foreslog R. Forward designet af en interstellar sonde accelereret af mikrobølgeenergi.

Plads hastighedsgrænse

Hovedkomponenten i massen af ​​moderne raketter er massen af ​​brændstof, der kræves af raketten til acceleration. Hvis vi på en eller anden måde kan bruge miljøet omkring raketten som arbejdsvæske og brændstof, kan vi reducere rakettens masse betydeligt og derved opnå høje hastigheder.

I 1960'erne foreslog Bussard designet af en interstellar ramjetmotor (MRJE). Det interstellare medium består hovedsageligt af brint. I 1994 foreslog Geoffrey Landis et design til en interstellar ionsonde, der ville modtage energi fra en laserstråle på stationen.

Raketskibet ifølge Daedalus-projektet viste sig at være så stort, at det skulle bygges i ydre rum. En af ulemperne ved interstellare skibe er behovet for at bære et elnet med sig, hvilket øger massen og dermed reducerer hastigheden. Så en elektrisk raketmotor har en karakteristisk hastighed på 100 km/s, hvilket er for langsomt til at flyve til fjerne stjerner på en acceptabel tid.

Præsenteret til læsernes opmærksomhed hurtigste raketter i verden gennem hele skabelseshistorien.

Hastighed 3,8 km/s

Det hurtigste mellemdistance-ballistiske missil med en maksimal hastighed på 3,8 km i sekundet åbner ranglisten over de hurtigste missiler i verden. R-12U var en modificeret version af R-12. Raketten adskilte sig fra prototypen i mangel af en mellembund i oxidationstanken og nogle mindre designændringer - der er ingen vindbelastninger i akslen, hvilket gjorde det muligt at lette tankene og tørre rum i raketten og eliminere behovet til stabilisatorer. Siden 1976 begyndte R-12 og R-12U missilerne at blive taget ud af drift og erstattet med Pioneer mobile jordsystemer. De blev trukket ud af tjeneste i juni 1989, og mellem den 21. maj 1990 blev 149 missiler ødelagt på Lesnaya-basen i Hviderusland.

Hastighed 5,8 km/s

En af de hurtigste amerikanske løfteraketter med en maksimal hastighed på 5,8 km i sekundet. Det er det første udviklede interkontinentale ballistiske missil, der er vedtaget af USA. Udviklet som en del af MX-1593-programmet siden 1951. Det dannede grundlaget for det amerikanske luftvåbens atomarsenal fra 1959-1964, men blev derefter hurtigt trukket ud af drift på grund af fremkomsten af ​​det mere avancerede Minuteman-missil. Det tjente som grundlag for skabelsen af ​​Atlas-familien af ​​løfteraketter, som har været i drift siden 1959 til i dag.

Hastighed 6 km/s

UGM-133 EN Trident II- Amerikansk tre-trins ballistisk missil, et af de hurtigste i verden. Hende maksimal hastighed er 6 km i sekundet. "Trident-2" er blevet udviklet siden 1977 parallelt med den lettere "Trident-1". Taget i brug i 1990. Lanceringsvægt - 59 tons. Maks. kastevægt - 2,8 tons med en affyringsrækkevidde på 7800 km. Den maksimale flyverækkevidde med et reduceret antal sprænghoveder er 11.300 km.

Hastighed 6 km/s

Et af de hurtigste fastdrivende ballistiske missiler i verden, i tjeneste med Rusland. Den har en skadesradius på mindst 8000 km og en omtrentlig hastighed på 6 km/s. Raketten er blevet udviklet siden 1998 af Moscow Institute of Thermal Engineering, som udviklede den i 1989-1997. jordbaseret missil "Topol-M". Til dato er der blevet udført 24 testlanceringer af Bulava, femten af ​​dem blev betragtet som succesrige (under den første opsendelse blev en massedimensionel prototype af raketten opsendt), to (den syvende og ottende) var delvist vellykkede. Den sidste testopsendelse af raketten fandt sted den 27. september 2016.

Hastighed 6,7 km/s

Minuteman LGM-30 G- et af de hurtigste landbaserede interkontinentale ballistiske missiler i verden. Dens hastighed er 6,7 km i sekundet. LGM-30G Minuteman III har en anslået flyverækkevidde på 6.000 kilometer til 10.000 kilometer, afhængigt af typen af ​​sprænghoved. Minuteman 3 har været i amerikansk tjeneste fra 1970 til i dag. Det er det eneste silobaserede missil i USA. Den første opsendelse af raketten fandt sted i februar 1961, modifikationer II og III blev opsendt i henholdsvis 1964 og 1968. Raketten vejer omkring 34.473 kilo og er udstyret med tre solide drivgasmotorer. Det er planen, at missilet skal være i drift indtil 2020.

Hastighed 7 km/s

Det hurtigste antimissilmissil i verden, designet til at ødelægge meget manøvredygtige mål og hypersoniske missiler i høj højde. Test af 53T6-serien af ​​Amur-komplekset begyndte i 1989. Dens hastighed er 5 km i sekundet. Raketten er en 12 meter spids kegle uden udragende dele. Dens krop er lavet af højstyrkestål ved hjælp af kompositvikling. Designet af raketten gør, at den kan modstå store overbelastninger. Interceptoren starter med 100 gange acceleration og er i stand til at opfange mål, der flyver med hastigheder på op til 7 km i sekundet.

Hastighed 7,3 km/s

Det kraftigste og hurtigste atommissil i verden med en hastighed på 7,3 km i sekundet. Det er først og fremmest hensigten at ødelægge de mest befæstede kommandoposter, ballistiske missilsiloer og luftbaser. De nukleare sprængstoffer fra et missil kan ødelægge Stor by, en meget stor del af USA. Hit-nøjagtigheden er omkring 200-250 meter. Missilet er anbragt i verdens stærkeste siloer. SS-18 bærer 16 platforme, hvoraf den ene er lastet med lokkefugle. Når de går ind i et højt kredsløb, går alle "Satan" hoveder "i en sky" af falske mål og bliver praktisk talt ikke identificeret af radarer."

Hastighed 7,9 km/s

Det interkontinentale ballistiske missil (DF-5A) med en maksimal hastighed på 7,9 km i sekundet åbner de tre hurtigste i verden. Den kinesiske DF-5 ICBM gik i drift i 1981. Den kan bære et kæmpestort 5 MT sprænghoved og har en rækkevidde på over 12.000 km. DF-5 har en afbøjning på cirka 1 km, hvilket betyder, at missilet har ét formål - at ødelægge byer. Sprænghovedets størrelse, afbøjning og det faktum, at det kun tager en time at forberede sig fuldt ud til affyring betyder alle, at DF-5 er et straffevåben, designet til at straffe eventuelle angribere. 5A-versionen har øget rækkevidde, forbedret 300m afbøjning og evnen til at bære flere sprænghoveder.

R-7 Hastighed 7,9 km/s

R-7- Sovjet, det første interkontinentale ballistiske missil, et af de hurtigste i verden. Dens tophastighed er 7,9 km i sekundet. Udviklingen og produktionen af ​​de første kopier af raketten blev udført i 1956-1957 af OKB-1-virksomheden nær Moskva. Efter vellykkede opsendelser blev den brugt i 1957 til at opsende verdens første kunstige jordsatellitter. Siden da er løfteraketter af R-7-familien blevet aktivt brugt til at opsende rumfartøjer til forskellige formål, og siden 1961 har disse løfteraketter været meget brugt i bemandet rumflyvning. Baseret på R-7 blev en hel familie af løfteraketter skabt. Fra 1957 til 2000 blev mere end 1.800 løfteraketter baseret på R-7 lanceret, hvoraf mere end 97% havde succes.

Hastighed 7,9 km/s

RT-2PM2 "Topol-M" (15Zh65)- det hurtigste interkontinentale ballistiske missil i verden med en maksimal hastighed på 7,9 km i sekundet. Maksimal rækkevidde - 11.000 km. Bærer et termonuklear sprænghoved med en kraft på 550 kt. Den silo-baserede version blev taget i brug i 2000. Affyringsmetoden er mørtel. Rakettens fastholdende motor med fast drivmiddel giver den mulighed for at få fart meget hurtigere end tidligere typer raketter af en lignende klasse skabt i Rusland og Sovjetunionen. Dette gør det meget sværere for missilforsvarssystemer at opsnappe det under den aktive fase af flyvningen.

I kampen for at overvinde "kondensationstærsklen" måtte aerodynamikforskere opgive brugen af ​​en ekspanderende dyse. Supersoniske vindtunneller af en fundamentalt ny type blev skabt. En cylinder er placeret ved indgangen til et sådant rør højt tryk, som er adskilt fra det af en tynd plade - en membran. Ved udløbet er røret forbundet med et vakuumkammer, hvorved der skabes et højt vakuum i røret.

Hvis membranen er brudt, for eksempel ved en kraftig stigning i trykket i cylinderen, vil gasstrømmen strømme gennem røret ind i vakuumkammerets sjældne rum, forudgået af en kraftig stødbølge. Derfor kaldes disse installationer stødvindtunneler.

Som med et rør af ballontypen, er vindtunnelernes anslagstid meget kort, idet den kun udgør nogle få tusindedele af et sekund. At udføre de nødvendige målinger til sådanne kort tid det er nødvendigt at bruge komplekse højhastigheds elektroniske enheder.

Chokbølgen bevæger sig i røret med meget høj hastighed og uden en speciel dyse. I vindtunneller skabt i udlandet var det muligt at opnå hastigheder luftstrøm op til 5200 meter i sekundet ved en temperatur på selve flowet på 20.000 grader. Ved så høje temperaturer stiger lydens hastighed i en gas også, og meget mere. På trods af luftstrømmens høje hastighed viser dens overskridelse af lydhastigheden sig derfor at være ubetydelig. Gassen bevæger sig med høj absolut hastighed og lav hastighed i forhold til lyd.

For at reproducere høje supersoniske flyvehastigheder var det nødvendigt enten at øge hastigheden af ​​luftstrømmen yderligere eller reducere lydhastigheden i den, det vil sige at reducere lufttemperaturen. Og så huskede aerodynamikere igen den ekspanderende dyse: med dens hjælp kan du trods alt gøre begge dele på samme tid - det accelererer gasstrømmen og afkøler den samtidig. Den ekspanderende supersoniske dyse i dette tilfælde viste sig at være den pistol, hvorfra aerodynamikere dræbte to fluer med et smæk. I stødrør med en sådan dyse var det muligt at opnå luftstrømningshastigheder 16 gange højere end lydens hastighed.

VED SATELLITHASTIGHED

Du kan kraftigt øge trykket i stødrørscylinderen og derved bryde igennem membranen forskellige veje. For eksempel som de gør i USA, hvor der bruges en kraftig elektrisk udladning.

En højtrykscylinder placeres i røret ved indløbet, adskilt fra resten af ​​en membran. Bag cylinderen er der en ekspanderende dyse. Før testenes start steg trykket i cylinderen til 35-140 atmosfærer, og i vakuumkammeret, ved udgangen af ​​røret, faldt det til en milliontedel af atmosfærisk tryk. Derefter blev der udført en superkraftig udledning i cylinderen elektrisk lysbue nuværende styrke på en million! Kunstigt lyn i en vindtunnel øgede kraftigt trykket og temperaturen af ​​gassen i cylinderen, membranen fordampede øjeblikkeligt, og luftstrømmen skyndte sig ind i vakuumkammeret.

Inden for en tiendedel af et sekund var det muligt at gengive en flyvehastighed på omkring 52.000 kilometer i timen, eller 14,4 kilometer i sekundet! Således var det i laboratorier muligt at overvinde både den første og anden kosmiske hastighed.

Fra det øjeblik blev vindtunneller et pålideligt hjælpemiddel ikke kun for luftfarten, men også for raketer. De giver os mulighed for at løse en række problemer med moderne og fremtidig rumnavigation. Med deres hjælp kan du teste modeller af raketter, kunstige jordsatellitter og rumskibe, og gengive den del af deres flyvning, som de passerer i den planetariske atmosfære.

Men de opnåede hastigheder bør kun være i begyndelsen af ​​skalaen for et imaginært kosmisk speedometer. Deres udvikling er kun det første skridt i retning af skabelsen af ​​en ny gren af ​​videnskaben - rumaerodynamik, som blev bragt til live af behovene for hurtigt udviklende raketteknologi. Og der er allerede betydelige nye succeser i den videre udvikling af kosmiske hastigheder.

Da luften under en elektrisk udladning er ioniseret til en vis grad, kan du prøve at bruge elektromagnetiske felter for yderligere at accelerere det resulterende luftplasma. Denne mulighed blev praktisk taget realiseret i et andet hydromagnetisk stødrør med lille diameter designet i USA, hvor hastigheden af ​​stødbølgen nåede 44,7 kilometer i sekundet! Indtil videre kan rumfartøjsdesignere kun drømme om en sådan bevægelseshastighed.

Der er ingen tvivl om, at yderligere fremskridt inden for videnskab og teknologi vil åbne op for større muligheder for fremtidens aerodynamik. Allerede nu begynder moderne fysiske installationer, for eksempel installationer med højhastighedsplasmajets, at blive brugt i aerodynamiske laboratorier. For at reproducere fotonraketters flyvning i et fordærvet interstellart medium og for at studere rumskibes passage gennem klynger af interstellar gas, vil det være nødvendigt at bruge resultaterne afgi.

Og naturligvis længe før de første rumskibe forlader grænserne, deres miniature kopier Mere end én gang i vindtunneller vil de opleve alle strabadserne ved en lang rejse til stjernerne.

P.S. Hvad tænker britiske videnskabsmænd ellers på: Kosmisk hastighed sker dog ikke kun i videnskabelige laboratorier. Så lad os sige, hvis du er interesseret i at oprette websteder i Saratov - http://galsweb.ru/, så vil de her oprette det for dig i virkelig kosmisk hastighed.

Illustration copyright Thinkstock

Den nuværende hastighedsrekord i rummet har stået i 46 år. Korrespondenten spekulerede på, hvornår han ville blive slået.

Vi mennesker er besat af fart. Så først i de sidste par måneder blev det kendt, at studerende i Tyskland satte hastighedsrekord for en elbil, og det amerikanske luftvåben planlægger at forbedre hypersoniske fly, så de når hastigheder fem gange lydens hastighed, dvs. over 6100 km/t.

Sådanne fly vil ikke have en besætning, men ikke fordi folk ikke kan bevæge sig med sådanne høj hastighed. Faktisk har folk allerede bevæget sig med hastigheder, der er flere gange hurtigere end lydens hastighed.

Men er der en grænse, ud over hvilken vores hurtigt farende kroppe ikke længere vil være i stand til at modstå overbelastningen?

Den nuværende hastighedsrekord deles ligeligt af tre astronauter, der deltog i rummission"Apollo 10" - Tom Stafford, John Young og Eugene Cernan.

I 1969, da astronauter kredsede rundt om Månen og vendte tilbage, nåede kapslen, de var i, en hastighed, der på Jorden ville være 39,897 km/t.

"Jeg tror, ​​at vi for hundrede år siden næsten ikke kunne forestille os, at en person kunne bevæge sig i rummet med en hastighed på næsten 40 tusinde kilometer i timen," siger Jim Bray fra luft- og rumfartsorganisationen Lockheed Martin.

Bray er direktør for det beboelige modulprojekt for Orion-rumfartøjet, som udvikles af den amerikanske rumfartsorganisation NASA.

Ifølge udviklerne skulle Orion-rumfartøjet - multi-formål og delvist genbrugeligt - sende astronauter i lav kredsløb om Jorden. Det er meget muligt, at det med dens hjælp vil være muligt at slå den hastighedsrekord, der blev sat for en person for 46 år siden.

Den nye supertunge raket, en del af Space Launch System, er planlagt til at foretage sin første bemandede flyvning i 2021. Dette vil være en forbiflyvning af en asteroide placeret i månens kredsløb.

Den gennemsnitlige person kan modstå omkring fem Gs kraft, før han besvimer.

Så skulle månederlange ekspeditioner til Mars følge. Nu, ifølge designerne, bør den sædvanlige maksimale hastighed for Orion være cirka 32 tusinde km/t. Den hastighed, Apollo 10 opnår, kan dog overgås, selvom den grundlæggende konfiguration af Orion-rumfartøjet bibeholdes.

"Orion er designet til at flyve til en række forskellige mål gennem hele sin levetid," siger Bray. "Det kunne være meget hurtigere end det, vi i øjeblikket planlægger."

Men selv Orion vil ikke repræsentere toppen af ​​menneskets hastighedspotentiale. "Der er i det væsentlige ingen grænse for den hastighed, hvormed vi kan rejse udover lysets hastighed," siger Bray.

Lysets hastighed er en milliard km/t. Er der noget håb om, at vi vil være i stand til at bygge bro mellem 40 tusinde km/t og disse værdier?

Overraskende nok er hastighed som en vektorstørrelse, der angiver bevægelseshastigheden og bevægelsesretningen, ikke et problem for mennesker i fysisk forstand, så længe den er relativt konstant og rettet i én retning.

Følgelig kan mennesker - teoretisk set - kun bevæge sig lidt langsommere i rummet end "universets hastighedsgrænse", dvs. lysets hastighed.

Illustration copyright NASA Billedtekst Hvordan vil en person føle sig i et skib, der flyver med næsten lys hastighed?

Men selv hvis vi overvinder de betydelige teknologiske forhindringer forbundet med højhastigheds-rumfartøjer, vil vores skrøbelige, for det meste vandområder stå over for nye farer forbundet med virkningerne af høj hastighed.

Kun imaginære farer kan opstå, hvis mennesker er i stand til at rejse hurtigere end lysets hastighed gennem udnyttelse af smuthuller i moderne fysik eller gennem banebrydende opdagelser.

Sådan modstår du overbelastning

Men hvis vi har til hensigt at køre med hastigheder over 40 tusinde km/t, bliver vi nødt til at nå det og derefter sætte farten ned, langsomt og med tålmodighed.

Hurtig acceleration og lige så hurtig deceleration udgør en dødelig fare for den menneskelige krop. Dette fremgår af alvoren af ​​skader som følge af bilulykker, hvor hastigheden falder fra flere titusinder af kilometer i timen til nul.

Hvad er årsagen til dette? I den egenskab af universet, som kaldes inerti eller evnen af ​​en fysisk krop med masse til at modstå ændringer i sin hviletilstand eller bevægelse i fravær eller kompensation af ydre påvirkninger.

Denne idé er formuleret i Newtons første lov, som siger: "Enhver krop fortsætter med at blive opretholdt i sin tilstand af hvile eller ensartet og retlinet bevægelse, indtil og medmindre den tvinges af påførte kræfter til at ændre denne tilstand."

Vi mennesker er i stand til at udholde enorme overbelastninger uden alvorlige skader, dog kun i få øjeblikke.

"At holde sig i ro og bevæge sig med en konstant hastighed er normalt for den menneskelige krop," forklarer Bray. "Vi burde hellere være bekymrede over en persons tilstand i accelerationsøjeblikket."

For omkring et århundrede siden førte udviklingen af ​​robuste fly, der kunne manøvrere med hastighed, piloter til at rapportere mærkelige symptomer forårsaget af ændringer i hastighed og flyveretning. Disse symptomer omfattede midlertidigt tab af synet og en følelse af enten tyngde eller vægtløshed.

Årsagen er g-kræfterne, målt i enheder af G, som er forholdet mellem lineær acceleration og acceleration frit fald på Jordens overflade under påvirkning af tiltrækning eller tyngdekraft. Disse enheder afspejler effekten af ​​tyngdeacceleration på massen af ​​for eksempel en menneskekrop.

En overbelastning på 1 G er lig med vægten af ​​et legeme, der befinder sig i Jordens gravitationsfelt og tiltrækkes af planetens centrum med en hastighed på 9,8 m/sek (ved havoverfladen).

G-kræfter oplevet vertikalt fra top til tå eller omvendt er virkelig dårlige nyheder for piloter og passagerer.

Ved negative overbelastninger, dvs. langsommere, blod strømmer fra tæerne til hovedet, en følelse af overmætning opstår, som når man laver et håndstående.

Illustration copyright SPL Billedtekst For at forstå, hvor mange Gs-astronauter kan modstå, trænes de i en centrifuge

"Rødt slør" (den følelse en person oplever, når blod strømmer til hovedet) opstår, når de blodhævede, gennemskinnelige nedre øjenlåg rejser sig og dækker øjnenes pupiller.

Og omvendt, under acceleration eller positive g-kræfter, strømmer blodet fra hovedet til fødderne, øjnene og hjernen begynder at mangle ilt, da blod ophobes i underekstremiteterne.

Først bliver synet tåget, dvs. tab af farvesyn opstår, og det, der kaldes et "grå slør", ruller ind, derefter opstår fuldstændigt synstab eller "sort slør", men personen forbliver ved bevidsthed.

Overdreven overbelastning fører til fuldstændigt tab af bevidsthed. Denne tilstand kaldes overbelastningssynkope. Mange piloter døde, fordi et "sort slør" faldt over deres øjne, og de styrtede ned.

Den gennemsnitlige person kan modstå omkring fem Gs kraft, før han mister bevidstheden.

Piloter, der er iført specielle anti-g-dragter og trænet til at spænde og slappe af deres torsomuskler på en særlig måde for at holde blodet flydende fra hovedet, er i stand til at styre flyet ved omkring ni Gs.

Efter at have nået en stabil marchhastighed på 26.000 km/t i kredsløb, oplever astronauterne ikke mere hastighed end passagerer på kommercielle flyvninger

"I korte perioder kan den menneskelige krop modstå meget større g-kræfter end ni G'er," siger Jeff Swiatek, administrerende direktør for Aerospace Medical Association med base i Alexandria, Va. "Men evnen til at modstå høje g-kræfter over lange perioder er meget få".

Vi mennesker er i stand til at udholde enorme overbelastninger uden alvorlige skader, dog kun i få øjeblikke.

Den kortsigtede udholdenhedsrekord blev sat af US Air Force Captain Eli Beeding Jr. på Holloman Air Force Base i New Mexico. I 1958, da han bremsede på en speciel slæde med en raketmotor, efter at have accelereret til 55 km/t på 0,1 sekund, oplevede han en overbelastning på 82,3 G.

Dette resultat blev registreret af et accelerometer fastgjort til hans bryst. Beeding fik også en "sort sky" over øjnene, men han slap med kun blå mærker under denne bemærkelsesværdige udstilling af menneskelig udholdenhed. Sandt nok, efter løbet tilbragte han tre dage på hospitalet.

Og nu ud i rummet

Astronauter oplevede, afhængigt af transportmidlet, også ret høje overbelastninger - fra tre til fem G - under henholdsvis start og ved tilbagevenden til atmosfærens tætte lag.

Disse overbelastninger tolereres relativt let, takket være den smarte idé at fastgøre rumrejsende til sæder i liggende stilling med retning af flyveretningen.

Når de når en stabil marchhastighed på 26.000 km/t i kredsløb, føler astronauterne ikke mere fart end passagerer på kommercielle flyvninger.

Hvis overbelastninger ikke udgør et problem for lange ekspeditioner på Orion-rumfartøjet, så er alt mere kompliceret med små rumsten - mikrometeoritter.

Illustration copyright NASA Billedtekst For at beskytte mod mikrometeoritter skal Orion have en form for rumpanser

Disse partikler, på størrelse med et riskorn, kan nå imponerende, men alligevel ødelæggende hastigheder på op til 300 tusinde km/t. For at sikre skibets integritet og dets besætnings sikkerhed er Orion udstyret med et ydre beskyttende lag, hvis tykkelse varierer fra 18 til 30 cm.

Derudover leveres yderligere afskærmningsskjolde, ligesom der også anvendes genial placering af udstyr inde i skibet.

”For ikke at miste flysystemer, der er livsvigtige for alt rumskib", vi skal nøjagtigt beregne tilgangsvinklerne for mikrometeoritter," siger Jim Bray.

Vær sikker: mikrometeoritter er ikke den eneste hindring for rummissioner, hvor høje hastigheder af menneskelig flyvning i vakuum vil spille en stadig vigtigere rolle.

Under ekspeditionen til Mars skal andre praktiske problemer løses, for eksempel at forsyne besætningen med mad og imødegå den øgede kræftfare som følge af udsættelse for menneskelige legeme kosmisk stråling.

Reduktion af rejsetiden vil mindske alvoren af ​​sådanne problemer, således at rejsehastigheden bliver stadig mere ønskelig.

Næste generations rumflyvning

Dette behov for hurtighed vil kaste nye forhindringer i vejen for rumrejsende.

NASAs nye rumfartøj, der truer med at bryde Apollo 10's hastighedsrekord, vil stadig stole på tidstestet kemiske raketfremdrivningssystemer brugt siden de første rumflyvninger. Men disse systemer har alvorlige hastighedsbegrænsninger på grund af frigivelsen af ​​små mængder energi pr. brændstofenhed.

Den mest foretrukne, selvom den undvigende, energikilde til et hurtigt rumfartøj er antistof, modstykket og modpoden til almindeligt stof

For at øge flyvehastigheden markant for mennesker, der skal til Mars og videre, erkender forskere, at der er behov for helt nye tilgange.

"De systemer, vi har i dag, er ganske i stand til at bringe os derhen," siger Bray, "men vi vil alle gerne være vidne til en revolution inden for motorer."

Eric Davis, en senior forskningsfysiker ved Institute for Advanced Study i Austin, Texas, og en seksårig deltager i NASA's Breakthrough Propulsion Physics Program forskningsprojekt, afsluttet i 2002, identificerede de tre mest lovende midler, set fra traditionel fysiks synspunkt, der kan hjælpe menneskeheden med at opnå hastigheder, der er rimeligt tilstrækkelige til interplanetariske rejser.

Kort sagt taler vi om fænomenerne energifrigivelse under spaltning af stof, termonuklear fusion og udslettelse af antistof.

Den første metode involverer fission af atomer og bruges i kommercielle atomreaktorer.

Den anden, termonuklear fusion, involverer at skabe tungere atomer fra simple atomer– denne form for reaktion fodrer Solen med energi. Dette er en teknologi, der fascinerer, men som er svær at fatte; det er "altid 50 år mere" - og sådan vil det altid være, som branchens gamle motto lyder.

"Det er meget avancerede teknologier," siger Davis, "men de er baseret på traditionel fysik og har været solidt etableret siden begyndelsen af ​​atomalderen." Ifølge optimistiske skøn er fremdriftssystemer baseret på begreberne atomær fission og termonuklear fusion i teorien i stand til at accelerere et skib til 10% af lysets hastighed, dvs. op til meget respektable 100 millioner km/t.

Illustration copyright US Air Force Billedtekst At flyve med supersonisk hastighed er ikke længere et problem for mennesker. En anden ting er lysets hastighed, eller i det mindste tæt på den...

Den mest foretrukne, selv om den er svær at opnå, energikilde til et hurtigt rumfartøj er antistof, modstykket og modpoden til almindeligt stof.

Når to typer stof kommer i kontakt, ødelægger de hinanden, hvilket resulterer i frigivelse af ren energi.

Teknologier, der gør det muligt at producere og opbevare – indtil videre ekstremt ubetydelige – mængder antistof findes i dag.

Samtidig vil produktionen af ​​antistof i nyttige mængder kræve nye specielle kapaciteter af den næste generation, og ingeniører bliver nødt til at deltage i et konkurrencedygtigt kapløb for at skabe et passende rumfartøj.

Men, som Davis siger, meget gode ideer er allerede under udarbejdelse på tegnebrætterne.

Rumfartøjer drevet af antistofenergi ville være i stand til at accelerere i måneder eller endda år og nå større procentdele af lysets hastighed.

Samtidig vil overbelastninger om bord forblive acceptable for skibets indbyggere.

Samtidig vil sådanne fantastiske nye hastigheder være fyldt med andre farer for den menneskelige krop.

Energiby

Ved hastigheder på flere hundrede millioner kilometer i timen bliver ethvert støvkorn i rummet, fra spredte brintatomer til mikrometeoritter, uundgåeligt en højenergikugle, der er i stand til at gennembore et skibs skrog.

"Når du bevæger dig med meget høje hastigheder, betyder det, at de partikler, der kommer mod dig, bevæger sig med samme hastighed," siger Arthur Edelstein.

Sammen med sin afdøde far, William Edelstein, professor i radiologi ved Medicin skole Johns Hopkins University, arbejdede han på videnskabeligt arbejde, som så på virkningerne af eksponering (for mennesker og teknologi) for kosmiske brintatomer under ultrahurtig rumrejse i rummet.

Brinten vil begynde at nedbrydes til subatomære partikler, som vil trænge ind i skibet og udsætte både besætning og udstyr for stråling.

Alcubierre-motoren vil drive dig frem som en surfer, der rider på en bølge Eric Davis, forskningsfysiker

Ved 95 % af lysets hastighed ville udsættelse for sådan stråling betyde næsten øjeblikkelig død.

Rumskibet vil varme op til smeltetemperaturer, som intet tænkeligt materiale kan modstå, og vandet i besætningsmedlemmernes kroppe vil straks koge.

"Det er alle ekstremt irriterende problemer," bemærker Edelstein med dyster humor.

Han og hans far beregnede groft, at for at skabe et hypotetisk magnetisk afskærmningssystem, der kunne beskytte skibet og dets ombordværende mod dødelig brintregn, kunne rumskibet rejse med en hastighed, der ikke oversteg halvdelen af ​​lysets hastighed. Så har folk om bord en chance for at overleve.

Mark Millis, en translationel fremdriftsfysiker og tidligere direktør for NASA's Breakthrough Propulsion Physics Program, advarer om, at denne potentielle hastighedsgrænse for rumfart forbliver et fjerntliggende problem.

"Baseret på den fysiske viden, der er akkumuleret til dato, kan vi sige, at det vil være ekstremt svært at nå hastigheder på over 10% af lysets hastighed," siger Millis. "Vi er ikke i fare endnu. En simpel analogi: hvorfor bekymre dig om, at vi kan drukne, hvis vi ikke engang er kommet i vandet endnu."

Hurtigere end lys?

Hvis vi antager, at vi så at sige har lært at svømme, vil vi så kunne mestre at svæve gennem kosmisk tid - for at udvikle denne analogi yderligere - og flyve med superluminal hastighed?

Hypotesen om en medfødt evne til at overleve i et superluminalt miljø, selvom den er tvivlsom, er ikke uden visse glimt af uddannet oplysning i buldmørket.

Et sådant spændende rejsemiddel er baseret på teknologier, der ligner dem, der bruges i "warp drive" eller "warp drive" fra Star Trek-serien.

Driftsprincippet for dette kraftværk, også kendt som "Alcubierre-motoren" * (opkaldt efter den mexicanske teoretiske fysiker Miguel Alcubierre), er, at den tillader skibet at komprimere normal rumtid foran sig, som beskrevet af Albert Einstein, og udvide den bag sig.

Illustration copyright NASA Billedtekst Den nuværende hastighedsrekord holdes af tre Apollo 10-astronauter - Tom Stafford, John Young og Eugene Cernan.

I det væsentlige bevæger skibet sig i en vis mængde rum-tid, en slags "krumningsboble", der bevæger sig hurtigere end lysets hastighed.

Skibet forbliver således ubevægeligt i normal rumtid i denne "boble", uden at blive udsat for deformation og undgå overtrædelser af den universelle lyshastighedsgrænse.

"I stedet for at flyde gennem vandet i normal rumtid," siger Davis, "vil Alcubierre-kørslen bære dig som en surfer, der kører på et surfbræt langs toppen af ​​en bølge."

Der er også en vis fangst her. For at implementere denne idé er der brug for en eksotisk form for stof, der har negativ masse til at komprimere og udvide rum-tid.

"Fysik siger ikke noget imod negativ masse," siger Davis, "men der er ingen eksempler på det, og vi har aldrig set det i naturen."

Der er en anden fangst. I et papir offentliggjort i 2012 foreslog forskere fra University of Sydney, at "kædeboblen" ville akkumulere højenergiske kosmiske partikler, da den uundgåeligt begyndte at interagere med universets indhold.

Nogle partikler vil trænge ind i selve boblen og pumpe skibet med stråling.

Fanget ved underlys hastigheder?

Er vi virkelig dømt til at sidde fast i underlyshastigheder på grund af vores sarte biologi?!

Dette handler ikke så meget om at sætte en ny verdens (galaktisk?) hastighedsrekord for mennesker, men om udsigten til at transformere menneskeheden til et interstellært samfund.

Ved halvdelen af ​​lysets hastighed – og det er grænsen, som vores krop ifølge Edelsteins forskning kan modstå – ville en rundtur til den nærmeste stjerne tage mere end 16 år.

(Tidsudvidelseseffekter, som ville få rumskibsbesætningen til at opleve mindre tid i deres koordinatsystem end for de mennesker, der forbliver på Jorden i deres koordinatsystem, ville ikke have dramatiske konsekvenser ved halvdelen af ​​lysets hastighed.)

Mark Millis er håbefuld. I betragtning af at menneskeheden har opfundet G-dragter og mikrometeorbeskyttelse, der gør det muligt for mennesker at rejse sikkert i den store blå afstand og stjernespækkede sorte i rummet, er han overbevist om, at vi kan finde måder at overleve uanset hastighedsgrænser, vi når i fremtiden.

"De samme teknologier, der kan hjælpe os med at opnå utrolige nye rejsehastigheder," reflekterer Millis, "vil give os nye, endnu ukendte muligheder for at beskytte besætninger."

Oversætterens noter:

*Miguel Alcubierre kom med ideen til sin boble i 1994. Og i 1995 foreslog den russiske teoretiske fysiker Sergei Krasnikov konceptet med en enhed til rumrejser hurtigere end lysets hastighed. Ideen blev kaldt "Krasnikov-røret".

Dette er en kunstig krumning af rum-tid efter princippet om et såkaldt ormehul. Hypotetisk ville skibet bevæge sig i en lige linje fra Jorden til en given stjerne gennem buet rumtid og passere gennem andre dimensioner.

Ifølge Krasnikovs teori vil rumrejsende vende tilbage på samme tid, når han tog afsted.

Udforskning af rummet er længe blevet ret almindeligt for menneskeheden. Men flyvninger til lavt kredsløb om Jorden og til andre stjerner er utænkelige uden enheder, der gør det muligt at overvinde tyngdekraften - raketter. Hvor mange af os ved: hvordan en løfteraket fungerer og fungerer, hvor opsendelsen finder sted, og hvad dens hastighed er, hvilket gør det muligt for den at overvinde planetens tyngdekraft og i luftløst rum. Lad os se nærmere på disse spørgsmål.

Enhed

For at forstå, hvordan en løfteraket fungerer, skal du forstå dens struktur. Lad os begynde at beskrive noderne fra top til bund.

CAC

Enheden, der sender en satellit eller et lastrum i kredsløb, adskilles altid fra transportøren, som er beregnet til at transportere besætningen, ved dens konfiguration. Sidstnævnte har et særligt nødredningssystem helt øverst, som tjener til at evakuere rummet fra astronauterne i tilfælde af en løfteraketfejl. Det her ikke-standard form Tårnet, der er placeret helt i toppen, er en miniatureraket, der giver dig mulighed for at "trække" kapslen med mennesker op under ekstraordinære omstændigheder og flytte den til en sikker afstand fra ulykkesstedet. Dette er vigtigt i den indledende fase af flyvningen, hvor det stadig er muligt at udføre en faldskærmsnedstigning af kapslen.rum, bliver SAS's rolle mindre vigtig.I jordensnære rum en funktion, der gør det muligt at adskille nedstigningskøretøjet fra løfteraketten vil tillade at redde astronauter.

Lastrum

Under SAS er der et rum med en nyttelast: et bemandet køretøj, en satellit, et lastrum. Baseret på løfterakettens type og klasse kan massen af ​​lasten, der sendes i kredsløb, variere fra 1,95 til 22,4 tons. Al gods, der transporteres af skibet, er beskyttet af hovedbeklædningen, som kasseres efter at have passeret gennem de atmosfæriske lag.

Hovedmotor

Folk langt fra rummet tror, ​​at hvis en raket ender i luftløst rum, i hundrede kilometers højde, hvor vægtløsheden begynder, så er dens mission slut. Faktisk, afhængigt af opgaven, kan målbanen for den last, der sendes ud i rummet, være meget længere væk. For eksempel skal telekommunikationssatellitter transporteres i kredsløb i en højde på mere end 35 tusinde kilometer. For at opnå den nødvendige fjernelse kræves en fremdriftsmotor, eller som det ellers kaldes, et øvre trin. For at nå den planlagte interplanetariske eller afgangsbane skal flyvehastighedstilstanden ændres mere end én gang, udføre visse handlinger, så denne motor skal startes og slukkes gentagne gange, dette er dens forskel fra andre lignende raketkomponenter.

Flertrins

I en løfteraket er kun en lille brøkdel af dens masse optaget af den transporterede nyttelast, alt andet er motorer og brændstoftanke, som er placeret i forskellige stadier af enheden. Et designtræk ved disse enheder er muligheden for deres adskillelse efter brændstofudtømning. Hvorefter de brænder op i atmosfæren uden at nå jorden. Sandt nok, som nyhedsportalen reactor.space siger, i de sidste år Der blev udviklet en teknologi, der gør det muligt at returnere de adskilte stadier uskadt til et udpeget punkt og sende dem ud i rummet igen. I raketvidenskab, når der skabes flertrinsskibe, bruges to skemaer:

• Den første er langsgående, hvilket giver dig mulighed for at placere flere identiske motorer med brændstof rundt om kroppen, som samtidig tændes og nulstilles synkront efter brug.


• Den anden er tværgående, hvilket gør det muligt at arrangere trinene i stigende rækkefølge, den ene højere end den anden. I dette tilfælde tændes de først, efter at det nederste, brugte trin er nulstillet.

Men ofte giver designere fortrinsret til en kombination af tværgående og langsgående design. En raket kan have mange stadier, men at øge deres antal er rationelt op til en vis grænse. Deres vækst medfører en stigning i massen af ​​motorer og adaptere, der kun fungerer på et bestemt tidspunkt af flyvningen. Derfor er moderne løfteraketter ikke udstyret med mere end fire trin. Grundlæggende består fasebrændstoftanke af reservoirer, hvori forskellige komponenter pumpes: oxidationsmiddel (flydende oxygen, nitrogentetroxid) og brændstof (flydende brint, heptyl). Kun med deres interaktion kan raketten accelereres til den nødvendige hastighed.

Hvor hurtigt flyver en raket i rummet?

Afhængigt af de opgaver, løfteraketten skal udføre, kan dens hastighed variere, idet den er opdelt i fire værdier:

• Den første plads. Det giver dig mulighed for at stige op i kredsløb, hvor det bliver en satellit af Jorden. Hvis vi oversætter til konventionelle værdier, er det lig med 8 km/s.


• Den anden plads. Hastighed 11,2 km/s. gør det muligt for skibet at overvinde tyngdekraften til forskning af vores planeter solsystem.


• Den tredje er kosmisk. Holder sig til en hastighed på 16.650 km/s. du kan overvinde solsystemets tyngdekraft og forlade dets grænser.


• Den fjerde plads en. Efter at have udviklet en hastighed på 550 km/s. raketten er i stand til at flyve ud over galaksen.

Men uanset hvor høje hastigheder rumfartøjer har, er de for lave til interplanetariske rejser. Med sådanne værdier vil det tage 18.000 år at komme til den nærmeste stjerne.

Hvad er navnet på det sted, hvor raketter sendes ud i rummet?

For at erobre rummet med succes er der brug for specielle affyringsramper, hvorfra raketter kan sendes ind plads. I daglig brug kaldes de kosmodromer. Men dette enkle navn inkluderer et helt kompleks af bygninger, der besætter store territorier: affyringsrampen, lokaler til endelig test og samling af raketten, bygninger til relaterede tjenester. Alt dette er placeret i en afstand fra hinanden, så i tilfælde af en ulykke ville andre strukturer i kosmodromen ikke blive beskadiget.

Konklusion

Jo mere rumteknologien forbedres, jo mere kompleks bliver strukturen og driften af ​​en raket. Måske vil der om nogle år blive skabt nye enheder til at overvinde Jordens tyngdekraft. Og den næste artikel vil blive afsat til driftsprincipperne for en mere avanceret raket.