Проекты будущих межпланетных перелетов доклад

Обновлено: 25.06.2024

Конечно, 2020-2030-е гг. станут периодом активного изучения и освоения земного спутника. Китайские миссии Чанъэ 5 и 6 (2019-2020) планируют вернуть на Землю лунные образцы. Россия запланировала целую череду космических запусков миссии Луна-25, 26, 27 и 28 (2021-2025). Последовательность запусков позволит освоиться на окололунной орбите, создать межпланетную станцию, спустить луноход и добыть лунные образцы.

На 2023 год запланировано формирование международной обитаемой станции LOP-G на окололунной орбите. В 2023 году может стартовать американская миссия Exploration Mission 2. Это будет пилотируемый облет вокруг Луны на космическом корабле Орион. Не будем также забывать туристический полет с японским миллиардером, организованный компанией SpaceX Илона Маска.

Солнце

Сейчас вокруг Солнца вращается космический зонд Паркер, который с каждым гравитационным маневром сумеет сократить дистанцию до 6.2 млн. км и приблизиться к солнечной фотосфере. Также в 2020-м может стартовать спутник ЕКА Solar Orbiter. Его цель – исследовать внутреннюю гелиосферу звезды и механизм формирования солнечного ветра.

Венера

Красная планета в будущем должна стать земной колонией, поэтому в следующее десятилетие будут вестись подготовки и различные тесты, после чего в 2030-х гг. отправят первую группу людей. Но уже в 2020 году собираются стартовать сразу три миссии. Российская Экзомарс будет искать следы жизни на планете и изучит водную историю.

Юпитер

За лунным семейством крупнейшей планеты Солнечной системы готовится наблюдать миссия ЕКА JUICE, старт которой намечен на 2022 год. Главное внимание направлено на спутники Ганимед, Каллисто и Европу, так как они демонстрируют водную активность. Напомним, что Ганимед рассматривается в качестве потенциальной колонии.

В изучении Европы заинтересован и американский аппарат Europa Clipper, который может стартовать в 2023 году для изучения водных струй и предполагаемого подповерхностного океана.

Сатурн

Астероиды

В 2020 году американцы планируют запустить миссию NEA Scout к астероиду 1991 VG. Через год в сторону астероида Дидим отправится американский аппарат DART. Это интересная миссия, так как исследователи попытаются впервые воздействовать на космическое тело, чтобы изменить его траекторию полета.

Изучать 6 троянских астероидов на орбите Юпитера отправится миссия НАСА Lucy (2021), а за астероидом 2001 SN263 будет наблюдать бразильский аппарат ASTER. К орбите Психеи в 2022 году полетит американская миссия Psyche, а к Фаэтону – японская DESTINY+.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

МОУ СОШ №3
г. Усмань
Липецкая область
Научно-исследовательская работа
на тему:
"Космонавтика" - межпланетные полёты и космические проекты

Выполнил:
Сериков Евгений
Анатольевич
Ученик 10 класса

Актуальность темы:
Изучение и исследование космоса становится одной из самых актуальных тем в наше время. Во многих странах ведутся работы и создаются краткосрочные и долгосрочные программы.
Освоение космоса, космические исследования относятся к одному из основных направлений научно-технической революции. Рассмотрение этого направления в эколого-экономическом аспекте представляет определенный интерес для специалистов, разрабатывающих международные программы сотрудничества в области экологии, науки и техники.

Цель работы:
на основании изученной литературы показать некоторые технико-экологические и научные предпосылки создания ряда космических систем.
проанализировать условия наиболее рационального и экологически значимого способа использования космического пространства, как ресурса окружающей среды.

Задачи:
проанализировать космические транспортные средства и их оборудование.
изучить летательные аппараты для Луны, Марса и Венеры.
познакомиться с воздействиями запусков ракет на околоземную среду.
выяснить, как решаются проблемы загрязнения космического пространства.

Объект исследования:
космические транспортные средства.

Методы исследования:
изучение и анализ научно-популярной литературы по данному вопросу.
использование мониторинга для оценки качества состояния околоземной среды
использование современных компьютерных технологий для создания мультимедийной презентации данной работы.
обобщение технических характеристик ракетно-космических систем.

Долгосрочная программа космической деятельности России.

Оборудование космических кораблей

Как заманчиво стать астрономом,
Со Вселенною близко знакомым!
Это было бы вовсе не дурно:
Наблюдать за орбитой Сатурна,
Любоваться созвездием Лиры,
Обнаруживать чёрные дыры
И трактат сочинить непременно -
"Изучайте глубины Вселенной!"

В результате проведенной научно-исследовательской работы я понял всю важность и сложность поднятой мной темы: космонавтика нужна науке - она грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, самого человека. Действительно, осваивая космос, человек должен помнить о том, каких трудов стоит приостановить прогрессивное ухудшение экологической обстановки на Земле.

С каждым днем все более расширяется сфера прикладного использования космонавтики. Служба погоды, навигация, спасение людей, всемирное телевидение, всеобъемлющая связь, сверхчистые лекарства и полупроводники с орбиты, самая передовая технология - это уже сегодняшний день. А что же будет завтра? А завтра - электростанции в космосе, удаление вредных веществ с поверхности планеты, заводы на околоземной орбите и Луне. И многое - многое другое.
За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира. И не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не может обойтись без освоения всего околоземного пространства.
Наши достижения в космосе не будут преданы забвению и получат дальнейшее развитие в новых идеях.
Космонавтика жизненно необходима всему человечеству!
Я убежден, что старт для исследования нашей Вселенной заложен во Всероссийской Олимпиаде «Созвездие"!

На полет даже к самым близким звездам потребовались бы десятки тысяч лет, если использовать обычный космический корабль

Астрономы не так давно объявили убедительные доказательства того, что похожая на Землю планета возле Проксимы Центавра, звезды, ближайшей к нашему Солнцу, является ближайшей к нам экзопланетой, найденной на сегодняшний день. Хотя звездная система является нашим космическим соседом, она находится на расстоянии 4,2 световых года или около 40 триллионов километров от Земли. Учитывая такие огромные расстояния, сможем ли мы когда-нибудь посетить вновь открытую планету?

Но если мы собираемся путешествовать за пределы нашей солнечной системы, нам понадобится что-то гораздо более быстрое, возможно, что-то вроде гигантской ракеты-носителя проекта Daedalus, показанной здесь в масштабе с ракетой Сатурн V на иллюстрации. Вот семь способов, которыми автоматы или даже люди-исследователи могут посетить систему Проксима Центавра или другие планетные системы.

Ракета-носитель проекта Daedalus в сравнении с ракетой Сатурн-V

Проект Дедал

Project Daedalus — это концептуальный проект межзвездного корабля, разработанный в 1970-х годах группой технических специалистов для Британского межпланетного общества. Целью полета была выбрана Звезда Барнарда — красный карлик на расстоянии 6 световых лет, во многом похожий на Проксиму Центавра, где, как сообщают астрономы, обнаружены признаки потенциально обитаемой планеты.

Результатом пятилетней работы стало проектирование космического корабля Daedalus, двухступенчатой ядерной ракеты, которая позволила бы ускорить 400-тонный роботизированный зонд примерно до 12 процентов скорости света. Это позволило бы кораблю совершить путешествие на 6 световых лет до Звезды Барнарда примерно за 50 лет.

Дедал был бы слишком большим (длина 200 метров, диаметр 190, масса топлива 50000 тонн), чтобы оторваться от поверхности Земли, поэтому его пришлось бы строить на орбите, а это значит, что такой космический корабль не может быть построен без технологии строительства в космосе, которой сегодня не существует.

Проект Икар

Концепции проекта Дедал 1970-х годов являются источником вдохновения для проекта Icarus (2009-2014), совместного проекта Британского межпланетного общества и Межзвездной организации Icarus, международной сети ученых, инженеров и энтузиастов, которые надеются с каждым годом развивать возможности межзвездного космического полета к 2100 году.

Проект Икар предназначен для достижения любой звезды в пределах 22 световых лет от Земли, которая имеет потенциально обитаемую экзопланету, а это означает, что если планета будет подтверждена вокруг Проксимы Центавра, то и она может стать целью назначения.

Проект Икар направлен на обновление Дедала новыми технологиями и идеями. Среди предлагаемых усовершенствований — ракетные двигатели с термоядерным синтезом, в которых используется другое ядерное топливо, которое будет взорвано лазерами вместо электронных лучей — технология, которая может быть основана на недавних достижениях в области синтеза с лазерным зажиганием.

Космический корабль Икар © Adrian Mann

Космический корабль Икар также может быть меньше, чем Project Daedalus, благодаря достижениям в области электронной миниатюризации и робототехники, а также будущим нанотехнологиям, что означает, что космическому кораблю потребуется меньше топлива для достижения полной скорости (10-20% от скорости света).

Космический парус

Легкие паруса, использующие давление света для движения полезной нагрузки, уже рассматриваются для межпланетных космических зондов, и в 2010 году экспериментальный японский космический корабль IKAROS успешно использовал свой легкий парус шириной 20 метров для маневрирования в течение шестилетнего путешествие на Венеру.

Но хотя космические паруса, управляемые солнечным светом, уже являются эффективным способом исследования Солнечной системы, они недостаточно быстры, чтобы преодолеть межзвездные расстояния за разумное время.

Ответ может заключаться в том, чтобы использовать мощные лазеры для разгона паруса до очень высоких скоростей с всплесками света в начале пути, пока космический корабль не окажется слишком далеко от лазерного источника, чтобы получать большую тягу от светового луча.

Поскольку движущие лазеры будут строиться на Земле или на орбите, межзвездному космическому кораблю на легких парусах не нужно будет нести топливо для полета, и поэтому масса космического корабля может быть небольшой.

Космический парус

Легкие парусные космические корабли с лазерным приводом являются основой проекта Breakthrough Starshot, который был объявлен в 2016 году инвестором Юрием Мильнером и физиком Стивеном Хокингом. Проект нацелен на создание работающего прототипа к 2036 году с конечной стоимостью миссии около 10 миллиардов долларов и активно развивается в настоящее время.

Это позволило бы космическому кораблю совершить путешествие на расстояния в 4 световых года в систему Альфа Центавра — трехзвездную систему, включающую в себя звезду Проксима Центавра и ее возможную планету — в срок между 20 и 30 годами.

Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда

Концепция прямоточного двигателя Бассарда, предложенная физиком Робертом Бассардом в 1960 году, сочетает высокую тягу термоядерных ракет с низкими требованиями к топливу космического паруса.

Межзвёздный космический корабль с прямоточным двигателем Бассарда

Вместо того, чтобы нести свое собственное топливо, прямоточный двигатель Бассарда должен будет собирать газ, найденный в межзвездном пространстве, известном как межзвездная среда, используя огромное воронкообразное электромагнитное поле, которое простирается на тысячи километров перед космическим кораблем.

Водород из межзвездной среды будет затем сжат и использован в качестве топлива в термоядерной ракете в задней части космического корабля. Теоретически космический корабль, оснащенный прямоточным двигателем Бассарда, может продолжать ускоряться до тех пор, пока на его пути достаточно межзвездного газа, чтобы обеспечить необходимую тягу, и может достичь скорости в 10% от скорости света.

Ещё одним недостатком прямоточного двигателя Бассарда является ограниченность скорости, которой может достичь оснащённый им космический корабль (не более 35,7 тыс. км/с). Это зависит от того, что при улавливании каждого атома водорода корабль будет терять определённый импульс, который удастся компенсировать тягой двигателя только если скорость не превышает некоторого предела.

Для преодоления этого ограничения необходимо как можно более полное использование кинетической энергии всех улавливаемых атомов, что является очень сложной задачей.

Ракета с антивеществом и черная дыра

Помимо легких космических парусов, гигантских лазеров и термоядерных ракет, было предложено еще несколько экзотических вариантов межзвездного путешествия, таких как ракеты, приводимые в действие чрезвычайно сильной (и чрезвычайно эффективной) реакцией аннигиляции вещества и антивещества.

Следует отметить, что общее количество антивещества, которое было создано людьми, составляет менее 20 нанограммов. Согласно докладу исследователей, космический корабль с двигателем на антивеществе мог бы достичь половины скорости света. Однако сам корабль весил бы около 400 тонн и потребовал бы 170 тонн топлива из антивещества.

Другое предложение использовать экзотическую физику для управления космическим кораблем — это двигатель Шварцшильда Кугельблица, который будет использовать микроскопическую искусственную черную дыру, содержащуюся в его двигателях, в качестве источника энергии.

Звездолет с SK-приводом

Каждая из таких искусственных черных дыр просуществует всего несколько лет, поэтому новые черные дыры нужно будет создавать по требованию, возможно, сжимая гранулы материи с помощью гамма-лазеров.

Согласно исследовательской работе 2009 года, звездолет с SK-приводом, приводимый в движение микроскопической черной дырой с массой современного супертанкера, может разогнаться до 10% скорости света в течение 20 дней. Черная дыра просуществует около 3,5 лет, прежде чем полностью распадется, и за свою жизнь она сможет выработать более 160 петаватт энергии, или 160 квадриллионов ватт.

Анабиоз и корабль поколений

Даже со сверхскоростными ракетами, движущимися со скоростью 10 или более процентов скорости света, понадобится очень много времени с точки зрения жизни одного человека, чтобы достичь самых ближайших звезд, не говоря уже о более отдаленных.

Полет быстрее света?

Куда бы мы ни смотрели во Вселенной, всем управляет теория относительности. Как показал Альберт Эйнштейн, невозможно ни разогнать массу до скорости света в космосе, ни превзойти нее.

Но уравнения Эйнштейна могут содержать несколько уловок, которые когда-нибудь позволят науке обойти известные законы физики и достичь путешествия быстрее света — Святой Грааль для многих поколений любителей научной фантастики.

Самая известная научная концепция для путешествий быстрее скорости света — это привод Алькубьерре (варп-двигатель), предложенный физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году.

Космический корабль с варп-двигателем, который сжимает пространство перед кораблем, и расширяет за ним

Предлагаемый привод работает с использованием интенсивных гравитационных сил, генерируемых двумя вращающимися кольцами плотной экзотической материи, чтобы уменьшить физические размеры пространства перед космическим кораблем при одновременном расширении пространства позади него со скоростью, которая может превышать скорость света.

Другая фантастическая идея для путешествия быстрее света включают использование червоточин — что также теоретически возможно, но неизвестно, как она может быть осуществлена на практике.

Однако концепция путешествий со скоростью, превышающей скорость света, изобилует неизвестными и очевидными противоречиями, такими как нарушение принципа причинности, когда одни события вызваны другими событиями, которые произошли раньше, а не наоборот. Таким образом, вполне вероятно, что подобные предложения окажутся невозможными, даже если они будут когда-нибудь технически осуществимы.

Главной задачей, которая сегодня стоит перед космологами и инженерами является создание принципиально нового двигателя, который позволил бы землянам преодолевать огромные космические расстояния за сравнительно небольшое время. При этом о совершении межгалактических перелетов речь пока, безусловно, не ведется. Для начала человечество могло бы исследовать нашу родную галактику – Млечный путь.

Млечный путь состоит из большого количества звезд, вокруг которых вращаются планеты. Ближайшая к Солнцу звезда носит название Альфа Центавра. Эта звезда удалена от Земли на 4,3 световых года или 40 триллионов километров. Если предположить, что ракета с обыкновенным двигателем вылетит с нашей планеты сегодня, то она сможет преодолеть это расстояние только через 40 тысяч лет! Конечно же, такая космическая миссия выглядит полным абсурдом. Марк Миллис, бывший глава проекта NASA по созданию новейших технологий в области создания двигателей и основатель фонда Tau Zero, считает, что человечеству необходимо долго и методично идти к созданию нового типа двигателя. В наши дни существует уже огромное количество теорий насчет того, каким будет этот двигатель, но какая из теорий сработает, мы не знаем. Потому Миллис считает бессмысленным делать акцент только на одной какой-то технологии.

Сегодня ученые пришли к заключению, что космические корабли будущего смогут летать при помощи использования термоядерного двигателя, солнечного паруса, двигателя на антиматерии или двигателя искривления пространства-времени (или варп-двигателя, который хорошо известен поклонникам сериала Star Trek). Последний двигатель в теории должен сделать возможными полеты быстрее скорости света, а значит, и небольшие путешествия во времени.

При этом все перечисленные технологии только лишь описаны, как их реализовать на практике пока что не знает никто. По этой же причине нет ясности, какая же именно технология подает больше всего надежд на реализацию. Правда некоторое количество солнечных парусов уже успело слетать в космос, но для осуществления пилотируемой миссии межзвездных перелетов потребуется огромный парус размерами с Архангельскую область. Принцип работы солнечного паруса практически не отличается от ветряного, только вместо потоков воздуха он ловит сверхсфокусированные лучи света, испускаемые мощной лазерной установкой, вращающейся вокруг Земли.

В августе текущего года компания Icarus Interstellar собирается провести научную конференцию Starship Congress, на которой ведущие мировые эксперты в данной области обсудят не только возможности, но и последствия межзвездных полетов. Организаторы отмечают, что на конференции будет организована и практическая часть, на которой будут рассмотрены как краткосрочные, так и долгосрочные перспективы освоения человеком дальнего космоса.

На сегодняшний день открыто и подтверждено существование около 850 экзопланет, многие из которых – это суперземли, то есть планеты, обладающие массой, которая сравнима с земной. Специалисты считают, что недалек тот день, когда астрономы смогут подтвердить наличие экзопланеты, которая бы как две капли воды походила на нашу собственную. В этом случае финансирование проектов по созданию новых ракетных двигателей возросло бы в разы. Свою роль в освоении космоса должна сыграть и добыча полезных ископаемых с астероидов, что сейчас звучит уже не так необычно, как те же межзвездные полеты. Человечество должно научиться использовать ресурсы не только Земли, но и всей Солнечной системы, полагают эксперты.

Специалисты агентства DARPA надеются на то, что результаты, которые будут получены при работе над этим проектом, смогут быть использованы министерством обороны США в различных областях, таких как системы жизнеобеспечения, энергетика, вычислительная техника.

Читайте также: