Berurusan dengan graviti dalam pelancaran ruang bukanlah tugas yang mudah. Roket konvensional sangat mahal, menghasilkan banyak serpihan dan, dalam praktiknya, sangat berbahaya. Nasib baik, sains tidak berhenti, dan semakin banyak cara alternatif muncul yang menjanjikan kita cara yang lebih cekap, lebih murah dan lebih selamat untuk menakluki angkasa lepas. Hari ini kita akan membincangkan bagaimana manusia akan terbang ke angkasa akan datang.
Tetapi sebelum kita mulai, harus diperhatikan bahawa enjin jet kimia (CRM), yang kini digunakan sebagai dasar untuk semua pelancaran ruang, adalah alat penting untuk pengembangan sektor ruang angkasa, sehingga penggunaannya akan berlanjutan selama beberapa dekad hingga ada dijumpai dan, yang paling penting, berulang kali menguji teknologi yang mampu memberikan peralihan tanpa rasa sakit ke tahap pelancaran ruang dan penerbangan yang baru.
Tetapi sekarang, apabila kos pelancaran dapat berjumlah beberapa ratus juta dolar, menjadi jelas bahawa HRD adalah jalan buntu. Ambil contoh Sistem Pelancaran Angkasa terkini. Sistem inilah yang dianggap oleh agensi aeroangkasa NASA sebagai asas untuk penerokaan ruang dalam. Pakar telah mengira bahawa kos satu pelancaran SLS adalah sekitar $ 500 juta. Sekarang bahawa ruang bukan hanya menjadi masalah negara tetapi juga syarikat swasta, alternatif yang lebih murah telah mula ditawarkan. Sebagai contoh, Falcon Heavy SpaceX akan menelan belanja sekitar $ 83 juta untuk dilancarkan. Tetapi masih sangat, sangat mahal. Dan kita belum menyentuh mengenai masalah pelancaran ruang yang mesra alam berdasarkan CRD, yang, tanpa keraguan, menyebabkan bahaya besar terhadap alam sekitar.
Berita baiknya ialah para saintis dan jurutera sudah mencadangkan kaedah dan kaedah alternatif pelancaran ruang, dan ada di antaranya yang berpotensi menjadi teknologi yang berkesan dalam beberapa dekad yang akan datang. Semua alternatif ini dapat diringkaskan di bawah beberapa kategori: jenis alternatif pelancaran jet, sistem pengangkutan pegun dan dinamik, dan sistem pelepasan. Sudah tentu, mereka tidak menyatukan semua idea yang dicadangkan, tetapi dalam artikel ini kita akan menganalisis idea yang paling menjanjikan.
Jenis pelancaran jet alternatif
Teras jet laser
Pengalihan aliran plasma untuk meningkatkan daya tuju
Video promosi:
Peluru berpandu yang digunakan hari ini memerlukan sejumlah besar bahan pendorong pepejal atau cecair, dan selalunya jarak dan keberkesanannya dibatasi oleh berapa banyak bahan bakar yang dapat mereka bawa. Namun, ada pilihan yang akan mengatasi keterbatasan ini di masa depan. Penyelesaiannya mungkin pemasangan laser khas yang akan menghantar roket ke angkasa.
Ahli fizik Rusia Yuri Rezunkov dari Institut Pembangunan Instrumen Optoelektronik dan Alexander Schmidt dari Institut Fisikoteknik Ioffe baru-baru ini menerangkan proses "laser ablasi", yang mana tujahan pesawat akan dihasilkan menggunakan radiasi laser yang dihasilkan oleh alat laser di luar kapal angkasa. Hasil daripada pendedahan kepada radiasi ini, bahan permukaan penerima akan terbakar dan aliran plasma akan dibuat. Aliran ini akan memberikan daya tuju yang diperlukan yang mampu mempercepat kapal angkasa hingga kecepatan berpuluh kali lebih besar daripada kelajuan suara.
Sekiranya kita menghilangkan semua kaedah yang luar biasa ini, sebelum membuat sistem sedemikian, kita perlu menyelesaikan dua masalah: laser dalam kes ini mesti sangat kuat. Begitu kuat sehingga dapat menguap logam secara harfiah pada jarak beberapa ratus kilometer. Oleh itu masalah lain - laser ini boleh digunakan sebagai senjata untuk memusnahkan kapal angkasa lain.
Pelancaran stratosfera dan pesawat ruang angkasa
Kurang konseptual dan lebih realistik nampaknya kaedah melancarkan kapal angkasa dengan bantuan traktor udara yang membawa muatan khas.
Siapa kata kaedah Virgin Galactic hanya boleh digunakan untuk pelancongan angkasa lepas? Syarikat itu merancang untuk menggunakan peranti LauncherOne sebagai sistem pengangkutan untuk melancarkan satelit kompak dengan berat sehingga 100 kilogram ke orbit Bumi. Memandangkan kepantasan sistem ruang angkasa sekarang, idea ini sangat menarik.
Contoh lain sistem pelancaran adalah kapal angkasa XCOR Aerospace Lynx Mark III (gambar di atas) dan kapal angkasa Orbital Sciences Pegasus II (gambar di bawah).
Salah satu kelebihan pelancaran ruang dari ruang udara ialah roket tidak perlu melalui atmosfer yang sangat padat. Kesannya, beban pada peranti itu sendiri akan berkurang. Selain itu, pesawat lebih mudah dimulakan. Ia kurang rentan terhadap perubahan cuaca atmosfera. Pada akhirnya, ciri pelancaran tersebut membuka lebih banyak kemungkinan dari segi skala yang dapat dipilih.
Pesawat ruang angkasa adalah pilihan lain. Pesawat yang dapat digunakan semula ini akan serupa dengan pesawat ulang-alik yang sudah berhenti dan Buran, tetapi tidak seperti pesawat yang terakhir, mereka tidak akan memerlukan penggunaan kenderaan pelancar besar untuk meluncur ke orbit. Salah satu projek yang paling menjanjikan dan maju dalam hal ini ialah kapal terbang British Skylon (gambar di atas) - pesawat satu tahap untuk memasuki orbit. Dorongan jet kapal angkasa akan dihasilkan oleh dua enjin jet udara, yang akan mempercepatnya dengan kelajuan 5 kali lebih tinggi daripada kelajuan suara dan mengangkatnya ke ketinggian hampir 30 kilometer. Walau bagaimanapun, ini hanya 20 peratus dari kelajuan dan ketinggian yang diperlukan untuk spacewalk, jadi pesawat ruang angkasa akan beralih ke apa yang disebut "mod roket" setelah mencapai ketinggian ketinggian.
Malangnya, masih banyak kesulitan teknologi dalam perjalanan pelaksanaan projek ini yang masih belum dapat diselesaikan. Sebagai contoh, pesawat ruang angkasa dijangka menghadapi perubahan yang tidak dirancang dalam lintasan pendakian mereka kerana tekanan dinamik yang tinggi dan suhu yang melampau yang pasti akan mempengaruhi bahagian pesawat yang paling sensitif. Dengan kata lain, kapal angkasa seperti itu boleh membahayakan.
Contoh lain pesawat ruang angkasa yang sedang dibangunkan adalah Dream Chaser, yang dikembangkan oleh Sierra Nevada Corporation untuk agensi aeroangkasa NASA (gambar di atas).
Sistem pengangkutan pegun dan dinamik
Sekiranya tidak menggunakan mesin terbang, maka struktur besar yang mencapai ketinggian yang luar biasa atau bahkan terus ke angkasa adalah penyelesaiannya.
Sebagai contoh, Geoffrey Landis, seorang saintis dan penulis fiksyen sains, mengemukakan idea untuk membina menara gergasi, yang puncaknya akan mencapai batas atmosfera bumi. Terletak kira-kira 100 kilometer di atas permukaan Bumi, ia dapat digunakan sebagai platform pelancaran roket konvensional. Pada ketinggian ini, roket secara praktikal tidak perlu menghadapi sebarang kesan atmosfera bumi.
Pilihan pembinaan lain yang telah menarik perhatian banyak wakil komuniti saintifik dan hampir saintifik adalah lif ruang. Sebenarnya, idea ini wujud sejak abad ke-19. Versi moden mencadangkan untuk meregangkan kabel tugas berat ke ketinggian 35.400 (yang berada di luar lokasi kebanyakan satelit komunikasi) kilometer di atas permukaan Bumi. Setelah melakukan semua pengimbangan yang diperlukan pada kabel, dicadangkan untuk memulakan kenderaan pengangkutan yang beroperasi pada daya tarikan laser dengan beban.
Ilustrasi lif ruang di Marikh
Idea lif angkasa memang berpotensi untuk mewujudkan revolusi sebenar dalam pengangkutan angkasa ke orbit dekat bumi. Tetapi sangat sukar untuk menerjemahkan idea ini ke dalam kehidupan sebenar. Ini akan memakan masa yang lama sebelum para saintis membuat bahan yang dapat menampung berat struktur seperti itu. Pilihan yang dipertimbangkan sekarang ialah nanotube karbon, atau lebih tepatnya struktur berdasarkan interaksi antara berlian mikroskopik dengan nanofiber ultra tipis. Tetapi walaupun kita mencari jalan untuk membina lif ruang, ia tidak akan menyelesaikan semua masalah. Getaran berbahaya, getaran sengit, perlanggaran dengan satelit dan serpihan ruang hanyalah beberapa tugas yang harus ditangani.
Alternatif lain yang dicadangkan adalah "roda gila" orbit. Flywheels adalah satelit berputar dengan kabel panjang yang menyimpang ke dua arah yang berbeza, hujungnya akan menghubungi atmosfer planet semasa putaran. Dalam kes ini, kelajuan putaran struktur akan mengimbangi sebahagian atau keseluruhan kelajuan orbit.
Portal Orion's Arm menerangkan bagaimana mereka berfungsi:
"Di bahagian bawah kabel, yang terletak di dekat planet seukuran Bumi, akan ada platform dok pada ketinggian 100-300 kilometer di atas permukaan (sementara panjang kabel dari pusat roda roda akan beberapa ribu kilometer). Ketinggian ini dipilih kerana di sini pengaruh atmosfer pada "roda roda" itu sendiri akan diminimumkan, begitu juga dengan kerugian graviti dari pengangkutan dok akan diminimumkan. Docking akan berlaku pada kelajuan yang sangat rendah dari kedua roda roda itu sendiri dan shuttle dok, biasanya di puncak lintasan suborbital parabola yang ditetapkan oleh kenderaan pelancaran. Dalam kes ini, pesawat ulang-alik akan relatif tidak bergerak dengan "roda roda" dan dapat ditangkap oleh cangkuk khas, dan kemudian ditarik ke kunci dok atau landasan pendaratan. Untuk kedudukan yang betul di orbit, "roda roda" akan menggunakan pendorong."
Oleh kerana roda roda akan terletak sepenuhnya di angkasa, tidak berlabuh ke Bumi, mereka tidak perlu mengalami tekanan fizikal yang sama dengan ruang angkasa, jadi idea ini pada akhirnya terbukti lebih dapat dilaksanakan.
Berkaitan dengan struktur dinamik, Mekanik Popular menerangkan sekurang-kurangnya dua pilihan utama:
"Struktur seperti" ruang pancut ruang angkasa "dan" gelung Lofstrom "akan mengekalkan integriti strukturnya kerana kesan elektrodinamik atau impuls bahagian yang bergerak di dalamnya, serta kargo dan penumpang yang memasuki orbit. Rotovator nampaknya merupakan konsep yang lebih menarik. Idea ini mencadangkan pembinaan struktur orbit yang besar dengan tether berputar di satah orbit supaya pada titik bulatan yang paling dekat dengan Bumi, kelajuan hujung tether relatif ke pusat bertentangan dengan kelajuan orbit. Oleh itu, kabel, melewati minimum, dapat mengambil objek yang diinginkan yang mempunyai kelajuan lebih rendah daripada yang pertama kosmik, dan melepaskannya pada titik jarak maksimum dengan kecepatan yang sudah lebih besar daripada yang pertama kosmik.
Ia akan kelihatan seperti "gif"
Alternatif lain untuk kabel ruang dan lif adalah menara kembung menegak yang boleh tumbuh setinggi 20-200 kilometer. Reka bentuk yang diusulkan oleh Brendan Quinn dan rakan-rakannya akan didirikan di puncak gunung dan sangat sesuai untuk penyelidikan atmosfera, pemasangan peralatan komunikasi televisyen dan radio, pelancaran kapal angkasa dan pelancongan. Menara itu sendiri akan dibuat berdasarkan beberapa bahagian gelongsor yang dikawal luaran pneumatik.
Memilih menara akan membantu mengelakkan masalah berkaitan dengan ruang angkasa. Ini mengenai kekuatan bahan binaan yang sesuai untuk bekerja di ruang angkasa, kesukaran menghasilkan kabel sepanjang 50,000 kilometer dan menangani ancaman meteorit di orbit Bumi rendah,”kata para penyelidik yang mencadangkan reka bentuk menara.
Untuk menguji idea mereka, mereka membina model menara sepanjang 7 meter dengan enam modul, masing-masing berdasarkan tiga tiub yang dipasang di sekitar petak silinder yang dipenuhi udara.
Menariknya, teknologi serupa dapat digunakan dalam pembinaan "dermaga ruang angkasa" yang dicadangkan oleh John Storrs Hall. Menurut konsep ini, dicadangkan untuk membangun struktur setinggi 100 kilometer dan panjang 300 kilometer. Dengan persediaan ini, lif akan bergerak terus ke tempat pelancaran. Pelancaran muatan ke orbit akan berlaku dengan pecutan hanya 10g.
Pilihan hibrid ini mengabaikan kelemahan pilihan yang diusulkan dengan menara orbital (ukuran dermaga jauh lebih kecil, oleh itu, lebih mudah untuk dibina) dan kesukaran yang harus dihadapi dengan pelancaran elektromagnetik (ketumpatan dan rintangan udara pada ketinggian 100 kilometer adalah satu juta kali lebih sedikit daripada pada tingkat laut),”kata Hall.
Sistem ketapel
Sekiranya semua idea yang dicadangkan untuk pembaca rata-rata mungkin kelihatan benar-benar fiksyen ilmiah, maka idea berikut lebih dekat dengan realiti daripada yang kelihatannya pada pandangan pertama. Alternatif lain untuk pelancaran roket adalah sistem ketapel, di mana kapal angkasa akan dilancarkan ke angkasa seperti meriam.
Cukup jelas bahawa dalam hal ini beban itu sendiri harus dirancang untuk kesan kekuatan yang melampau. Namun, sistem ketapel dapat menjadi alat yang sangat efektif untuk mengirim muatan ke angkasa, di mana ia akan diambil oleh kapal angkasa yang berada di sana.
Sistem ketapel dapat dibahagikan kepada tiga jenis utama: elektrik, kimia, dan mekanikal.
Elektrik
Jenis ini merangkumi senapang kereta api, atau katapel elektromagnetik, yang beroperasi berdasarkan prinsip pemecut elektromagnetik. Semasa pelancaran, kapal angkasa akan diletakkan di rel panduan khas dan dipercepat dengan tajam menggunakan medan magnet. Dalam kes ini, kekuatan pecutan akan mencukupi untuk mengeluarkan alat dari atmosfer bumi.
Walau bagaimanapun, ciri reka bentuk sistem sedemikian akan menjadikannya sangat besar dan mahal untuk dibina. Di samping itu, sistem sedemikian akan menghabiskan banyak tenaga elektrik. Walaupun kekuatannya, ketapel elektromagnetik masih perlu menghadapi beberapa masalah yang berkaitan dengan graviti dan atmosfera Bumi yang padat. Sekiranya ia digunakan, kemungkinan besar pada planet dengan graviti yang lebih rendah dan suasana yang jarang berlaku.
Bahan Kimia
Ia mencadangkan melancarkan objek ke angkasa dengan menggunakan senjata besar yang dibakar oleh gas yang mudah terbakar seperti hidrogen. Namun, seperti sistem pelemparan, kargo yang dihantar ke angkasa perlu mengalami peningkatan beban semasa pelancaran. Sebagai tambahan, sistem seperti itu tidak dapat digunakan untuk mengirim orang ke angkasa. Di samping itu, peralatan tambahan mesti digunakan yang membolehkan melancarkan kargo, seperti satelit padat, ke orbit kekal. Jika tidak, objek yang dilancarkan, setelah memperoleh ketinggian maksimum, akan jatuh kembali ke Bumi.
Projek HARP (Projek Penyelidikan Ketinggian Tinggi). Meriam ini menembakkan proyektil roket Martlet-2 hingga ketinggian 180 kilometer. Rekod itu masih disimpan
Pembangunan logik projek HARP adalah projek SHARP (Super High Altitude Research Project). Pada tahun 90-an abad yang lalu, para penyelidik dari Lawrence Livermore Lab melakukan demonstrasi pelancaran proyektil dengan kelajuan 3 kilometer sesaat (walaupun tidak tinggi, tetapi di darat). Pada akhirnya, para saintis sampai pada kesimpulan bahawa pembinaan sampel kerja sebenar senjata semacam itu memerlukan sekurang-kurangnya $ 1 bilion. Gambaran itu juga diperkuat oleh fakta bahawa para saintis gagal mencapai kelajuan proyektil yang dirancang 7 kilometer sesaat.
Mekanikal
Senapang mekanikal boleh berfungsi sebagai alternatif untuk senapang elektromagnetik dan kimia. Benar, tidak sepenuhnya tepat untuk memanggil senjata sistem seperti itu. Sebaliknya, ia adalah sejenis katapel. Contohnya ialah projek Slingatron HyperV Technologies Corp. Sistem itu sendiri adalah struktur berongga lingkaran. Objek yang diletakkan di dalam spiral dipercepat dengan memutar seluruh struktur di sekitar titik tetap.
Secara teori, slingatron mampu memberikan pecutan yang diperlukan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh pembangun, sistem ini tidak sesuai untuk melancarkan orang dan muatan besar ke orbit. Tetapi kaedah ini dapat digunakan untuk mengirim muatan kecil ke ruang angkasa, seperti bekalan air, bahan bakar dan bahan bangunan.
Paparan slingatron bersaiz penuh akan kelihatan seperti ini
Seperti apa masa depan?
Sangat sukar untuk meramalkan jawapan apa untuk soalan ini. Penemuan teknologi yang tidak dijangka dan kesan yang dibuat oleh mereka boleh menyebabkan fakta bahawa semua pilihan untuk pelancaran ruang tanpa roket yang dipertimbangkan hari ini akan setanding dengan kecekapan. Sekarang ini tidak berlaku, seperti dapat dilihat sekurang-kurangnya dari jadual perbandingan di sini.
Ambil potensi teknologi pemasangan molekul sebagai contoh. Setelah menguasai kawasan ini, kita tidak perlu lagi melancarkan apa-apa ke angkasa lepas. Kita hanya akan menangkap asteroid dalam sistem suria dan membuat daripadanya (atau lebih tepatnya bahan berguna yang terdapat di dalamnya) apa sahaja yang kita mahukan di ruang angkasa. Perkara yang paling menarik ialah kemajuan ke arah ini sudah dapat dilihat sekarang. Sebagai contoh, angkasawan NASA Barry Wilmore pernah memerlukan sepana yang boleh disesuaikan. Nampaknya, apa masalahnya - pergi ke kedai alat terdekat? Hanya kedai alat terdekat pada waktu itu tidak berada di sebelah Wilmore, kerana angkasawan itu berada di Stesen Angkasa Antarabangsa!NASA keluar dari situasi itu dengan baik - ia menghantar e-mel ke ISS gambarajah kunci yang diperlukan dan menawarkan Wilmore untuk mencetaknya sendiri pada pencetak 3D yang ada di dalamnya. Ini hanya satu contoh yang menunjukkan bahawa dalam waktu yang singkat kita tidak perlu melancarkan apa pun ke angkasa. Semuanya akan dibuat sudah siap.
Bagi sumber yang diperlukan, maka ini juga akan menjadi masalah. Tali pinggang asteroid penuh dengan bahan yang diperlukan: isipadu hampir separuh jisim Bulan kita. Suatu hari nanti kita akan sampai pada kesimpulan bahawa sekumpulan probe ruang seperti "Philae" hanya akan mendarat di asteroid atau meteorit seterusnya dan menghasilkan sumber mineral di atasnya. NASA mahu menjalankan misi pertama pada tahun 2020. Ia dirancang untuk menangkap asteroid kecil, memasukkannya ke orbit lunar yang stabil, dan ke sana untuk mendarat angkasawan di atasnya, yang dapat mempelajari batu batu ruang angkasa dan bahkan mengumpulkan sampel tanah yang menarik.
Mendapatkan orang ke angkasa adalah masalah yang berbeza, terutama ketika anda menganggap bahawa di masa depan ada rancangan untuk berpindah ke massa menghantar orang ke angkasa. Sebilangan idea yang dicadangkan, seperti ruang angkasa, mungkin benar-benar berfungsi. Tetapi hanya jika kita tidak bercakap mengenai penaklukan ruang dalam. Oleh itu, dalam perkara ini kita harus bergantung pada pelancaran roket tradisional untuk jangka masa panjang. Idea-idea mereka sudah disuarakan di peringkat negeri dan di persendirian. Ambil lagi Elon Musk yang sama dengan projek penjajahan Marsnya.
Kita juga harus mengambil kira hakikat bahawa tubuh manusia tidak benar-benar dirancang untuk tinggal lama di ruang angkasa. Oleh itu, sehingga kita mencapai teknologi yang berkesan yang memungkinkan untuk mewujudkan graviti buatan, robot boleh menjadi sebahagian penyelesaian untuk masalah ini. Robot boleh dihantar ke angkasa lepas dan dikendalikan dari jarak jauh dari Bumi dengan menggunakan augmented atau realiti maya.
Robot mempunyai peluang sebenar untuk menjadi kunci untuk memulakan penerokaan ruang angkasa kita yang mendalam. Sangat mungkin bahawa pada masa depan yang lebih jauh kita akan belajar bagaimana mendigitalkan otak kita dan menghantar maklumat ini kepada superkomputer di stesen angkasa jarak jauh, di mana ia akan dimuat ke dalam pelbagai avatar robot, dengan mana kita akan membuka jalan ke perbatasan ruang yang jauh.
NIKOLAY KHIZHNYAK
