Tên lửa và tàu vũ trụ. Cách tên lửa cất cánh: du hành vũ trụ bằng những từ ngữ đơn giản

Bài viết này sẽ giới thiệu đến người đọc một chủ đề thú vị như tên lửa vũ trụ, phương tiện phóng và tất cả những kinh nghiệm hữu ích mà phát minh này đã mang lại cho nhân loại. Nó cũng sẽ được thông báo về tải trọng được đưa vào không gian vũ trụ. Khám phá không gian bắt đầu cách đây không lâu. Ở Liên Xô, đó là giai đoạn giữa của kế hoạch 5 năm lần thứ ba, khi Chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc. Tên lửa vũ trụ đã được phát triển ở nhiều quốc gia, nhưng ngay cả Hoa Kỳ cũng không thể vượt qua chúng ta ở giai đoạn đó.

Đầu tiên

Chiếc đầu tiên trong vụ phóng thành công rời khỏi Liên Xô là một phương tiện phóng vào không gian với một vệ tinh nhân tạo trên tàu vào ngày 4 tháng 10 năm 1957. Vệ tinh PS-1 đã được phóng thành công lên quỹ đạo Trái đất tầm thấp. Cần lưu ý rằng để làm được điều này, phải mất sáu thế hệ và chỉ thế hệ thứ bảy của tên lửa vũ trụ Nga mới có thể phát triển tốc độ cần thiết để tiếp cận không gian gần Trái đất - tám km / giây. Nếu không thì không thể thắng được lực hút của Trái đất.

Điều này trở nên khả thi trong quá trình phát triển vũ khí đạn đạo tầm xa, trong đó động cơ tăng tốc được sử dụng. Đừng nhầm lẫn: tên lửa không gian và tàu vũ trụ là hai thứ khác nhau. Tên lửa là một phương tiện giao hàng, và một con tàu được gắn vào nó. Thay vào đó, có thể có bất cứ thứ gì - một tên lửa không gian có thể mang theo vệ tinh, thiết bị và đầu đạn hạt nhân, vốn luôn phục vụ và vẫn đóng vai trò là biện pháp răn đe đối với các cường quốc hạt nhân và động cơ để gìn giữ hòa bình.

Lịch sử

Những người đầu tiên chứng minh lý thuyết về việc phóng tên lửa vũ trụ là hai nhà khoa học Nga Meshchersky và Tsiolkovsky, những người đã mô tả lý thuyết về chuyến bay của nó vào năm 1897. Rất lâu sau đó, ý tưởng này đã được Oberth và von Braun từ Đức và Goddard từ Mỹ tiếp thu. Chính tại ba quốc gia này, người ta đã bắt đầu nghiên cứu các vấn đề về động cơ phản lực, chế tạo động cơ phản lực nhiên liệu rắn và nhiên liệu lỏng. Hơn hết, những vấn đề này đã được giải quyết ở Nga, ít nhất là động cơ nhiên liệu rắn đã được sử dụng rộng rãi trong Thế chiến thứ hai ("Katyusha"). Ở Đức, các động cơ phản lực đẩy chất lỏng đã trở nên tốt hơn, nước đã tạo ra tên lửa đạn đạo đầu tiên - V-2.

Sau chiến tranh, nhóm của Wernher von Braun, sau khi thực hiện các bản vẽ và phát triển, đã tìm thấy nơi trú ẩn ở Hoa Kỳ, và Liên Xô buộc phải bằng lòng với một số lượng nhỏ các tổ hợp tên lửa riêng lẻ mà không có bất kỳ tài liệu đi kèm nào. Phần còn lại họ tự phát minh ra. Công nghệ tên lửa phát triển nhanh chóng, làm tăng phạm vi và khối lượng của tải ngày càng lớn. Năm 1954, dự án bắt đầu được tiến hành, nhờ đó Liên Xô là nước đầu tiên thực hiện chuyến bay của một tên lửa vũ trụ. Đó là tên lửa đạn đạo hai tầng liên lục địa R-7, đã sớm được nâng cấp cho vũ trụ. Nó hóa ra là một thành công - đặc biệt đáng tin cậy, cung cấp nhiều kỷ lục trong khám phá không gian. Trong một hình thức hiện đại hóa, nó vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

"Sputnik" và "Mặt trăng"

Năm 1957, tên lửa không gian đầu tiên - cũng là R-7 - đã phóng Sputnik-1 nhân tạo lên quỹ đạo. Hoa Kỳ sau đó đã quyết định lặp lại một vụ phóng như vậy. Tuy nhiên, trong lần thử đầu tiên, tên lửa không gian của họ đã không đi vào không gian, nó đã phát nổ ngay từ đầu - thậm chí là sống. "Vanguard" được thiết kế bởi một đội thuần Mỹ, và anh ấy đã không đáp ứng được kỳ vọng. Sau đó Wernher von Braun tiếp quản dự án, và vào tháng 2 năm 1958, vụ phóng tên lửa vũ trụ đã thành công tốt đẹp. Trong khi đó, ở Liên Xô, R-7 đã được hiện đại hóa - một giai đoạn thứ ba đã được thêm vào nó. Kết quả là, tốc độ của tên lửa vũ trụ trở nên hoàn toàn khác - tên lửa vũ trụ thứ hai đã đạt được, nhờ đó nó có thể rời khỏi quỹ đạo Trái đất. Một vài năm nữa, dòng R-7 được hiện đại hóa và cải tiến. Động cơ của tên lửa không gian đã được thay đổi, họ đã thử nghiệm rất nhiều với giai đoạn thứ ba. Những lần thử tiếp theo đã thành công. Tốc độ của tên lửa vũ trụ khiến nó không chỉ có thể rời quỹ đạo Trái đất mà còn có thể nghĩ đến việc nghiên cứu các hành tinh khác của hệ Mặt trời.

Nhưng trước hết, sự chú ý của nhân loại gần như hoàn toàn đổ dồn vào vệ tinh tự nhiên của Trái đất - Mặt trăng. Năm 1959, trạm vũ trụ Liên Xô Luna-1 đã bay tới nó, được cho là sẽ hạ cánh khó khăn xuống bề mặt Mặt Trăng. Tuy nhiên, do tính toán không đủ chính xác, thiết bị đã đi qua một phần (sáu nghìn km) và lao về phía Mặt trời, nơi nó đã ổn định vào quỹ đạo. Vì vậy, người nổi tiếng của chúng tôi đã có vệ tinh nhân tạo đầu tiên của riêng mình - một món quà ngẫu nhiên. Nhưng vệ tinh tự nhiên của chúng ta không đơn độc được lâu, và cùng năm 1959, Luna-2 đã bay tới nó, hoàn thành nhiệm vụ một cách hoàn toàn chính xác. Một tháng sau, "Luna-3" gửi cho chúng tôi những bức ảnh về mặt trái của ánh sáng ban đêm. Và vào năm 1966, Luna 9 đã hạ cánh nhẹ nhàng ngay trong Biển Bão, và chúng tôi có được cái nhìn toàn cảnh về bề mặt Mặt Trăng. Chương trình mặt trăng tiếp tục trong một thời gian dài, cho đến thời điểm các phi hành gia Mỹ đáp xuống nó.

Yuri Gagarin

Ngày 12 tháng 4 đã trở thành một trong những ngày trọng đại nhất ở nước ta. Không thể truyền tải hết sức mạnh của niềm hân hoan, tự hào dân tộc, niềm hạnh phúc thực sự khi chuyến bay có người lái đầu tiên trên thế giới được công bố. Yuri Gagarin không chỉ trở thành anh hùng dân tộc mà còn được cả thế giới tán thưởng. Và do đó, ngày 12 tháng 4 năm 1961, một ngày khải hoàn đi vào lịch sử, đã trở thành Ngày Du hành vũ trụ. Người Mỹ khẩn trương cố gắng đáp ứng bước đi chưa từng có này để chia sẻ vinh quang không gian với chúng tôi. Một tháng sau, Alan Shepard cất cánh, nhưng con tàu không đi vào quỹ đạo, nó là một chuyến bay dưới quỹ đạo theo một vòng cung, và quỹ đạo của Hoa Kỳ chỉ quay ra vào năm 1962.

Gagarin bay vào vũ trụ trên tàu vũ trụ Vostok. Đây là một cỗ máy đặc biệt mà Korolev đã tạo ra một nền tảng không gian đặc biệt thành công có thể giải quyết nhiều vấn đề thực tế khác nhau. Đồng thời, vào đầu những năm 60, không chỉ một phiên bản bay vũ trụ có người lái đang được phát triển, mà một dự án trinh sát ảnh cũng đã được hoàn thành. "Vostok" nói chung có nhiều sửa đổi - hơn bốn mươi. Và ngày nay các vệ tinh từ loạt Bion đang hoạt động - đây là những hậu duệ trực tiếp của con tàu nơi thực hiện chuyến bay có người lái đầu tiên vào vũ trụ. Cùng năm 1961, German Titov đã có một chuyến thám hiểm khó khăn hơn nhiều, người đã dành cả ngày trong không gian. Hoa Kỳ chỉ có thể lặp lại thành tích này vào năm 1963.

"Phía đông"

Một ghế phóng đã được cung cấp cho các phi hành gia trên tất cả các tàu vũ trụ Vostok. Đây là một quyết định khôn ngoan, vì một thiết bị duy nhất thực hiện các nhiệm vụ cả khi khởi động (cứu hộ khẩn cấp phi hành đoàn) và hạ cánh nhẹ của phương tiện đang hạ cánh. Các nhà thiết kế đã tập trung nỗ lực của họ vào sự phát triển của một thiết bị chứ không phải hai. Điều này làm giảm rủi ro kỹ thuật; trong hàng không, hệ thống máy phóng đã được phát triển rất tốt vào thời điểm đó. Mặt khác, một lợi nhuận lớn về thời gian so với việc bạn thiết kế một thiết bị mới về cơ bản. Rốt cuộc, cuộc chạy đua không gian vẫn tiếp tục, và Liên Xô đã giành chiến thắng với cách biệt khá lớn.

Titov tiếp đất theo cách tương tự. Anh ta may mắn nhảy dù xuống gần đường sắt mà đoàn tàu đang đi, và các nhà báo đã ngay lập tức chụp ảnh anh ta. Hệ thống hạ cánh, đã trở nên đáng tin cậy và mềm mại nhất, được phát triển vào năm 1965, nó sử dụng máy đo độ cao gamma. Cô ấy vẫn phục vụ ngày hôm nay. Mỹ không có công nghệ này, đó là lý do tại sao tất cả các phương tiện di chuyển của họ, ngay cả Dragon SpaceX mới, không hạ cánh mà rơi xuống. Chỉ có xe đưa đón là một ngoại lệ. Và vào năm 1962, Liên Xô đã bắt đầu các chuyến bay nhóm trên tàu vũ trụ Vostok-3 và Vostok-4. Năm 1963, biệt đội du hành vũ trụ của Liên Xô được bổ sung với người phụ nữ đầu tiên - Valentina Tereshkova đã đi vào vũ trụ, trở thành người đầu tiên trên thế giới. Đồng thời, Valery Bykovsky lập kỷ lục về thời gian thực hiện chuyến bay một mình mà chưa ai đánh bại được cho đến nay - anh đã ở trong không gian 5 ngày. Năm 1964, con tàu nhiều chỗ ngồi Voskhod xuất hiện, Mỹ tụt hậu cả năm trời. Và vào năm 1965, Alexei Leonov đã đi vào không gian vũ trụ!

"Sao Kim"

Năm 1966, Liên Xô bắt đầu các chuyến bay liên hành tinh. Tàu vũ trụ "Venera-3" đã hạ cánh khó khăn xuống một hành tinh lân cận và chuyển đến đó quả địa cầu của Trái đất và cờ hiệu của Liên Xô. Năm 1975, Venera 9 hạ cánh nhẹ nhàng và truyền hình ảnh bề mặt hành tinh. Và Venera-13 tạo ảnh toàn cảnh màu và ghi âm. Sê-ri AMS (trạm liên hành tinh tự động) để nghiên cứu Sao Kim, cũng như không gian bên ngoài xung quanh, vẫn tiếp tục được cải tiến cho đến nay. Trên sao Kim, điều kiện khắc nghiệt, và thực tế không có thông tin đáng tin cậy về chúng, các nhà phát triển không biết gì về áp suất hoặc nhiệt độ trên bề mặt hành tinh, tất nhiên, tất cả những điều này, tất nhiên, làm phức tạp nghiên cứu.

Loạt xe đầu tiên thậm chí còn biết bơi - đề phòng trường hợp. Tuy nhiên, ban đầu các chuyến bay không thành công, nhưng sau đó Liên Xô đã thành công rất nhiều trong các chuyến du hành của sao Kim đến mức hành tinh này được gọi là tiếng Nga. Venera-1 là tàu vũ trụ đầu tiên trong lịch sử loài người, được thiết kế để bay đến các hành tinh khác và khám phá chúng. Nó được đưa ra vào năm 1961, liên lạc bị mất một tuần sau đó do cảm biến quá nóng. Trạm trở nên không thể kiểm soát được và chỉ có thể thực hiện chuyến bay đầu tiên trên thế giới đến gần Sao Kim (ở khoảng cách khoảng một trăm nghìn km).

Theo bước chân

"Venus-4" đã giúp chúng ta biết rằng trên hành tinh này trong bóng râm hai trăm bảy mươi mốt độ (phía ban đêm của sao Kim), áp suất lên tới hai mươi khí quyển, và bản thân khí quyển là chín mươi phần trăm carbon dioxide. Tàu vũ trụ này cũng phát hiện ra vầng hào quang hydro. "Venera-5" và "Venera-6" đã cho chúng ta biết rất nhiều về gió mặt trời (dòng plasma) và cấu trúc của nó gần hành tinh. Dữ liệu quy định của "Venera-7" về nhiệt độ và áp suất trong khí quyển. Mọi thứ hóa ra còn phức tạp hơn: nhiệt độ gần bề mặt là 475 ± 20 ° C, và áp suất cao hơn một bậc. Theo nghĩa đen, mọi thứ đã được làm lại trên con tàu vũ trụ tiếp theo, và sau một trăm mười bảy ngày, Venera-8 đã hạ cánh nhẹ nhàng xuống phía trong ngày của hành tinh này. Trạm này có một máy đo quang và nhiều dụng cụ bổ sung. Điều chính là kết nối.

Hóa ra ánh sáng của người hàng xóm gần nhất gần như không khác gì ánh sáng trên trái đất - giống như ánh sáng của chúng ta vào một ngày nhiều mây. Vâng, ở đó không chỉ có mây, thời tiết trong lành là có thật. Hình ảnh được nhìn thấy bởi thiết bị chỉ đơn giản là làm choáng váng người trên đất. Ngoài ra, đất và lượng amoniac trong khí quyển cũng được nghiên cứu và đo tốc độ gió. Và "Venus-9" và "Venus-10" đã có thể cho chúng ta thấy "người hàng xóm" trên TV. Đây là những bản ghi âm đầu tiên trên thế giới được truyền từ một hành tinh khác. Và bản thân những trạm này hiện là vệ tinh nhân tạo của sao Kim. Venera-15 và Venera-16 là những người cuối cùng bay đến hành tinh này, cũng trở thành vệ tinh, trước đó đã cung cấp cho nhân loại những kiến ​​thức hoàn toàn mới và cần thiết. Năm 1985, chương trình được tiếp tục bởi Vega-1 và Vega-2, không chỉ nghiên cứu sao Kim, mà còn nghiên cứu sao chổi Halley. Chuyến bay tiếp theo được lên kế hoạch vào năm 2024.

Vài điều về tên lửa vũ trụ

Vì các thông số và đặc tính kỹ thuật của tất cả các tên lửa khác nhau, chúng ta hãy xem xét một phương tiện phóng thế hệ mới, ví dụ, Soyuz-2.1A. Đây là một tên lửa hạng trung ba giai đoạn, một phiên bản sửa đổi của Soyuz-U, được đưa vào hoạt động rất thành công kể từ năm 1973.

Phương tiện phóng này được thiết kế để đảm bảo việc phóng tàu vũ trụ. Sau này có thể có mục đích quân sự, kinh tế và xã hội. Tên lửa này có thể đưa chúng vào các loại quỹ đạo khác nhau - địa tĩnh, chuyển tiếp địa, đồng bộ mặt trời, hình elip cao, trung bình, thấp.

Hiện đại hóa

Tên lửa đã được hiện đại hóa hoàn toàn, một hệ thống điều khiển kỹ thuật số khác về cơ bản đã được tạo ra ở đây, được phát triển trên cơ sở phần tử nội địa mới, với một máy tính kỹ thuật số trên bo mạch tốc độ cao với dung lượng RAM lớn hơn nhiều. Hệ thống điều khiển kỹ thuật số cung cấp cho tên lửa khả năng phóng tải trọng chính xác cao.

Ngoài ra, các động cơ đã được lắp đặt trên đó các đầu kim phun của giai đoạn thứ nhất và thứ hai đã được cải tiến. Một hệ thống đo xa khác đang hoạt động. Do đó, độ chính xác của việc phóng tên lửa, độ ổn định của nó và tất nhiên, khả năng điều khiển đã tăng lên. Khối lượng của tên lửa vũ trụ không tăng, và trọng tải hữu ích tăng thêm ba trăm kilôgam.

Thông số kỹ thuật

Giai đoạn thứ nhất và thứ hai của phương tiện phóng được trang bị động cơ tên lửa đẩy chất lỏng RD-107A và RD-108A của NPO Energomash được đặt theo tên của Viện sĩ Glushko, và một chiếc RD-0110 bốn buồng từ phòng thiết kế Khimavtomatika được lắp đặt trên chiếc thứ ba sân khấu. Nhiên liệu tên lửa là ôxy lỏng, là chất ôxy hóa thân thiện với môi trường, cũng như nhiên liệu ít độc hại - dầu hỏa. Chiều dài của tên lửa là 46,3 mét, khối lượng lúc đầu là 311,7 tấn và không có đầu đạn - 303,2 tấn. Khối lượng của cơ cấu xe phóng là 24,4 tấn. Các thành phần nhiên liệu nặng 278,8 tấn. Các chuyến bay thử nghiệm của Soyuz-2.1A bắt đầu vào năm 2004 tại sân bay vũ trụ Plesetsk và chúng đã thành công. Năm 2006, phương tiện phóng đã thực hiện chuyến bay thương mại đầu tiên - nó phóng tàu vũ trụ khí tượng châu Âu Metop lên quỹ đạo.

Phải nói rằng tên lửa có khả năng xuất tải trọng tải khác nhau. Các hãng vận chuyển nhẹ, vừa và nặng. Ví dụ, phương tiện phóng Rokot phóng tàu vũ trụ vào quỹ đạo thấp gần Trái đất - lên đến hai trăm km, và do đó nó có thể mang tải trọng 1,95 tấn. Nhưng Proton là một lớp nặng, nó có thể đưa 22,4 tấn vào quỹ đạo thấp, 6,15 tấn vào quỹ đạo chuyển tiếp địa lý và 3,3 tấn vào quỹ đạo địa tĩnh. Phương tiện phóng mà chúng tôi đang xem xét được thiết kế cho tất cả các địa điểm được sử dụng bởi Roskosmos: Kuru, Baikonur, Plesetsk, Vostochny và hoạt động trong khuôn khổ các dự án chung Nga-Châu Âu.

11.06.2010 00:10

Tàu vũ trụ Dawn của Mỹ mới đây đã lập kỷ lục tốc độ mới - 25,5 nghìn km / h, vượt qua đối thủ chính - tàu thăm dò Deep Space 1. Thành tích này có được nhờ động cơ ion siêu mạnh được lắp đặt trên thiết bị. Tuy nhiên, theo các chuyên gia NASA, điều này còn xa giới hạn khả năng của nó.

Tốc độ của tàu vũ trụ Dawn của Mỹ đạt mức cao kỷ lục vào ngày 5/6 - 25,5 nghìn km / h. Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, trong tương lai gần tốc độ của con tàu sẽ đạt mốc 100 nghìn km / h.

Như vậy, nhờ động cơ độc đáo, Dawn đã vượt qua người tiền nhiệm của nó là tàu thăm dò Deep Space 1, một tàu vũ trụ robot thử nghiệm được phóng vào ngày 24 tháng 10 năm 1998 bằng một phương tiện phóng. Đúng như vậy, Deep Space 1 vẫn giữ nguyên danh hiệu là trạm có động cơ hoạt động lâu nhất. Nhưng để vượt lên "đối thủ" ở hạng mục này, Bình minh có thể đã phải đến tháng 8.

Nhiệm vụ chính của tàu vũ trụ được phóng cách đây 3 năm là nghiên cứu tiểu hành tinh 4 Vesta mà thiết bị sẽ tiếp cận vào năm 2011, và hành tinh lùn Ceres. Các nhà khoa học hy vọng sẽ thu được dữ liệu chính xác nhất về hình dạng, kích thước, khối lượng, khoáng chất và thành phần nguyên tố của những vật thể này nằm giữa quỹ đạo của Sao Mộc và Sao Hỏa. Tổng quãng đường phải vượt qua của thiết bị Dawn là 4 tỷ 800 triệu km.

Vì không có không khí ngoài không gian nên sau khi tăng tốc, con tàu tiếp tục di chuyển với tốc độ đã đạt được. Trên Trái đất, điều này là không thể do ma sát giảm tốc. Việc sử dụng bộ đẩy ion trong điều kiện chân không cho phép các nhà khoa học thực hiện quá trình tăng dần tốc độ của tàu vũ trụ Dawn một cách hiệu quả nhất có thể.

Nguyên tắc hoạt động của động cơ cải tiến là ion hóa chất khí và tăng tốc nó bằng một trường tĩnh điện. Đồng thời, do tỷ lệ điện tích trên khối lượng cao, nó có thể tăng tốc các ion đến tốc độ rất cao. Do đó, có thể đạt được xung cụ thể rất cao trong động cơ, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ khối lượng phản ứng của khí ion hóa (so với phản ứng hóa học), nhưng cần nhiều năng lượng.

Ba động cơ của Dawn không hoạt động liên tục mà chỉ được bật trong thời gian ngắn tại một số điểm nhất định trong chuyến bay. Đến nay, họ đã làm việc tổng cộng 620 ngày và đã sử dụng hết hơn 165 kg xenon. Các phép tính đơn giản cho thấy tốc độ của tàu thăm dò tăng khoảng 100 km / h sau mỗi bốn ngày. Khi kết thúc sứ mệnh Dawn kéo dài 8 năm (mặc dù các chuyên gia không loại trừ thời gian gia hạn của nó), tổng thời gian hoạt động của các động cơ sẽ là 2000 ngày - gần 5,5 năm. Các chỉ số như vậy hứa hẹn rằng tốc độ của tàu vũ trụ sẽ đạt 38,6 nghìn km / h.

Điều này có vẻ giống như một lượng nhỏ so với nền của ít nhất là tốc độ vũ trụ đầu tiên mà vệ tinh Trái đất nhân tạo được phóng, nhưng đối với một phương tiện liên hành tinh không có bất kỳ máy gia tốc bên ngoài nào, không thực hiện các thao tác đặc biệt trong trường hấp dẫn của các hành tinh, chẳng hạn một kết quả thực sự đáng chú ý.

Đây là một tên lửa tại vũ trụ, nó bay ở giai đoạn 1, giai đoạn 2, và bây giờ con tàu được phóng lên quỹ đạo gần Trái đất với vận tốc vũ trụ đầu tiên là 8 km / s.
Có vẻ như công thức của Tsiolkovsky khá cho phép.

Từ sách giáo khoa: " để đạt được vận tốc đầu tiên trong vũ trụυ \ u003d υ 1 \ u003d 7,9 10 3 m / s tại u \ u003d 3 10 3 m / s (vận tốc của dòng khí thoát ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu là 2-4 km / s) khối lượng ban đầu của tên lửa một tầng phải cao hơn khối lượng cuối cùng khoảng 14 lần".
Một con số khá hợp lý, tất nhiên trừ khi chúng ta quên rằng tên lửa vẫn chịu tác dụng của một lực hấp dẫn không có trong công thức Tsiolkovsky.

Nhưng đây là phép tính tốc độ của Saturn-5 do SG Pokrovsky thực hiện: http://www.supernovum.ru/public/index.php?doc=5 (tệp "Lên Mặt Trăng" trong tệp đính kèm) và http: // supernovum .ru / public / index.php? doc = 150 (phiên bản cũ: tệp "DỰ TOÁN TỐC ĐỘ" trong ứng dụng). Với tốc độ như vậy (nhỏ hơn 1200 m / s), tên lửa không thể đạt vận tốc đầu trong vũ trụ.

Từ Wikipedia: "Trong hai phút rưỡi hoạt động, 5 động cơ F-1 đã đẩy tên lửa đẩy Saturn 5 lên độ cao 42 dặm (68 km), mang lại tốc độ 6164 dặm một giờ (9920 km / h)."Đây là 2750 m / s được người Mỹ tuyên bố.
Hãy ước lượng gia tốc: a = v / t = 2750/150 = 18,3 m / s ² .
Quá tải gấp ba lần bình thường khi cất cánh. Nhưng mặt khác, a = 2H / t ² = 2x68000 / 22500 = 6 m / s ² . Bạn sẽ không đi được xa với tốc độ đó.
Làm thế nào để giải thích kết quả thứ hai và sự khác biệt gấp ba lần?

Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta hãy lấy giây thứ mười của chuyến bay.
Sử dụng Photoshop để đo các pixel trong hình ảnh, chúng tôi nhận được các giá trị:
chiều cao = 4,2 km;
tốc độ = 950 m / s;
gia tốc = 94 bệnh đa xơ cứng ².
Ở giây thứ 10, gia tốc đã giảm, vì vậy tôi lấy giá trị trung bình với một số sai số là vài phần trăm (10% là một sai số rất tốt trong các thí nghiệm vật lý).
Bây giờ chúng ta hãy kiểm tra các công thức trên:
a = 2H / t² = 84 m / s²;
a = v / t = 95 m / s²
Như bạn có thể thấy, sự khác biệt là 10%. Và hoàn toàn không phải trong 300%, về điều mà tôi đã đặt câu hỏi.

Vâng, đối với những người không biết, hãy để tôi nói với bạn: trong vật lý, tất cả các điểm chất lượng phải đạt được bằng các công thức trường học đơn giản. Như bây giờ.

Tất cả các công thức phức tạp chỉ cần thiết để lắp chính xác các bộ phận khác nhau (nếu không, dòng điện tử sẽ đi qua gần mục tiêu trong cyclotron).

Và bây giờ chúng ta hãy nhìn từ phía bên kia: tốc độ trung bình H / t = 68000/150 = 450 m / s; nếu chúng ta giả sử rằng tốc độ tăng đều từ 0 (như trên đồ thị của tên lửa nghiệp dư), thì ở độ cao 68 km, nó bằng 900 m / giây. Kết quả thậm chí còn nhỏ hơn giá trị do Pokrovsky tính toán. Nó chỉ ra rằng trong mọi trường hợp, động cơ không cho phép bạn đạt được tốc độ tuyên bố. Bạn thậm chí có thể không đưa được vệ tinh vào quỹ đạo.

Khó khăn được khẳng định là do các cuộc thử nghiệm không thành công của tên lửa Bulava (từ năm 2004): hoặc là hỏng ở giai đoạn 1, hoặc bay sai hướng, hoặc thậm chí chỉ là rơi ở đầu.
Có thực sự không có vấn đề gì ở các sân bay vũ trụ không?
Một ví dụ điển hình là người Triều Tiên, người rõ ràng đã đánh cắp bản thiết kế của chúng tôi, đã tạo ra một phương tiện phóng và phóng một vệ tinh vào ngày 05/05/2009, theo dự kiến, nó rơi xuống Thái Bình Dương.
Và đây là lần phóng tàu con thoi Endeavour. Còn với tôi, đây là quỹ đạo rơi xuống Đại Tây Dương ...

Và kết thúc chuyến bay với vận tốc vũ trụ thứ nhất (7,76 km / s ở độ cao 500 km).

Công thức Tsiolkovsky được áp dụng cho thành phần vận tốc thẳng đứng. Nhưng để viên đạn bay trên quỹ đạo đứng yên, nó phải có vận tốc vũ trụ 1 nằm ngang, như Newton đã cân nhắc, suy ra công thức của ông:

Để đưa tên lửa đạt tốc độ vũ trụ thứ nhất, nó phải được gia tốc không chỉ theo phương thẳng đứng mà còn theo phương ngang. Những, cái đó. trên thực tế, tốc độ bay ra của các chất khí thấp hơn một lần rưỡi so với tốc độ đã công bố, giả sử rằng tên lửa bay lên với góc trung bình là 45 ° (một nửa lượng khí có tác dụng bay lên trên). Đó là lý do tại sao trong tính toán của các nhà lý thuyết, mọi thứ đều hội tụ - các khái niệm "phóng tên lửa vào quỹ đạo" và "nâng tên lửa lên độ cao quỹ đạo" được đánh đồng với nhau. Để đưa tên lửa vào quỹ đạo, người ta phải nâng nó lên độ cao của quỹ đạo và cho vận tốc vũ trụ 1 trong thành phần nằm ngang của chuyển động. Những, cái đó. làm hai công việc, không phải một (tiêu tốn gấp đôi năng lượng).

Than ôi, tôi vẫn chưa thể nói điều gì đó chắc chắn - đây là một vấn đề rất khó hiểu: đầu tiên là có lực cản của khí quyển, sau đó là không, khối lượng giảm, tốc độ tăng. Không thể đánh giá các phép tính lý thuyết phức tạp bằng cơ học trường đơn giản. Hãy để câu hỏi mở. Anh ta đã tăng chỉ vì hạt giống - để cho thấy rằng không phải mọi thứ đều đơn giản như thoạt nhìn.

Có vẻ như câu hỏi này sẽ vẫn bị treo. Có thể phản đối điều gì khi khẳng định rằng tàu con thoi trong bức ảnh đã đi vào quỹ đạo thấp của Trái đất và đường cong đi xuống là điểm bắt đầu của một vòng quay quanh Trái đất?

Nhưng một điều kỳ diệu đã xảy ra: vào ngày 24 tháng 2 năm 2011, lần phóng Discovery cuối cùng được quay từ một chiếc máy bay đang bay ở độ cao 9 km:

Quá trình quay bắt đầu từ thời điểm khởi động (báo cáo được quan sát trên màn hình trong cabin) và kéo dài 127 giây.
Hãy kiểm tra dữ liệu chính thức:

http://www.buran.ru/htm/shuttle.htm:Ở 125 giây bay, khi đạt tốc độ 1390 m / s và độ cao bay ~ 50 km, tên lửa đẩy chất rắn (STF) được tách ra.

Chúng tôi không thể nhìn thấy khoảnh khắc này. (Tôi tự hỏi điều gì có thể làm gián đoạn một cảnh quay thú vị vào một thời điểm quan trọng như vậy?) . Nhưng chúng ta thấy cái chính: độ cao thực sự là 50 km (so với độ cao của máy bay so với mặt đất), tốc độ khoảng 1 km / giây.

Dễ dàng ước tính tốc độ bằng cách đo khoảng cách từ một đám khói được xác định rõ ở độ cao khoảng 25 km ( của anh ấy L kéo dài theo chiều dọc lên không quá 8 km). Ở giây thứ 79, khoảng cách từ điểm cao nhất của nó là 2,78L và 3.24Chiều dài L (chúng tôi sử dụng L, vì chúng tôi cần chuẩn hóa các khung hình khác nhau - Thay đổi thu phóng), ở giây thứ 96 lần lượt là 3,47L và 5,02L. Những, cái đó. trong 17 giây, con thoi tăng 0,7L và di chuyển 1,8L. Vectơ bằng 1,9L = 15 km (nhiều hơn một chút, vì nó hơi quay ra xa chúng ta).

Mọi thứ sẽ ổn thôi. Có, chỉ có quỹ đạo hoàn toàn không phải là quỹ đạo được hiển thị trên hồ sơ chuyến bay. Phần 125 giây (bộ phận TTU) gần như thẳng đứng và chúng tôi thấy đạn đạo quỹ đạo mà lẽ ra phải được nhìn thấy ở độ cao hơn 100 km, theo cả hồ sơ và sự phản đối của đối thủ trên bức ảnh Nỗ lực.
Hãy nhìn lại nó: chiều cao của rìa dưới của các đám mây là 57 pixel, tối đa của quỹ đạo là 344 pixel, cao hơn chính xác là 6 lần. Và rìa dưới của những đám mây ở độ cao nào? Chà, không quá 8 km. Những, cái đó. cùng trần bay 50 km.

Vì vậy, tàu con thoi thực sự bay đến căn cứ của nó theo quỹ đạo đạn đạo được hiển thị trong ảnh (có thể dễ dàng tin rằng góc cất cánh bên dưới những đám mây không vượt quá 60 độ), và hoàn toàn không bay vào không gian.

Bản quyền hình ảnh Thinkstock

Kỷ lục tốc độ hiện tại trong không gian đã được giữ trong 46 năm. Phóng viên tự hỏi khi nào anh ta sẽ bị đánh.

Con người chúng ta bị ám ảnh bởi tốc độ. Vì vậy, chỉ trong vài tháng gần đây, người ta biết rằng sinh viên ở Đức đã lập kỷ lục về tốc độ cho một chiếc ô tô điện, và Không quân Hoa Kỳ có kế hoạch cải tiến máy bay siêu thanh theo cách chúng phát triển tốc độ gấp 5 lần tốc độ âm thanh, tức là. trên 6100 km / h.

Những chiếc máy bay như vậy sẽ không có phi hành đoàn, nhưng không phải vì con người không thể di chuyển với tốc độ cao như vậy. Trên thực tế, con người đã di chuyển với tốc độ nhanh hơn nhiều lần so với tốc độ âm thanh.

Tuy nhiên, có giới hạn nào mà cơ thể gấp gáp nhanh chóng của chúng ta sẽ không thể chịu được quá tải không?

Kỷ lục tốc độ hiện tại được nắm giữ ngang bằng với ba phi hành gia từng tham gia sứ mệnh không gian Apollo 10 - Tom Stafford, John Young và Eugene Cernan.

Vào năm 1969, khi các phi hành gia bay quanh mặt trăng và quay trở lại, viên nang mà họ đang ở trong đó đã đạt tới tốc độ trên Trái đất là 39,897 km / h.

Jim Bray thuộc tổ chức hàng không vũ trụ Lockheed Martin cho biết: “Tôi nghĩ rằng một trăm năm trước, chúng ta khó có thể tưởng tượng rằng một người có thể du hành trong không gian với tốc độ gần 40.000 km / h”.

Bray là giám đốc của dự án mô-đun có thể ở cho tàu vũ trụ đầy hứa hẹn "Orion" (Orion), đang được phát triển bởi Cơ quan Vũ trụ Hoa Kỳ NASA.

Theo quan niệm của các nhà phát triển, tàu vũ trụ Orion - đa mục đích và có thể tái sử dụng một phần - sẽ đưa các phi hành gia vào quỹ đạo thấp của Trái đất. Rất có thể với sự trợ giúp của nó, người ta có thể phá kỷ lục tốc độ được thiết lập cho một người cách đây 46 năm.

Tên lửa siêu nặng mới, một phần của Hệ thống Phóng Không gian, dự kiến ​​thực hiện chuyến bay có người lái đầu tiên vào năm 2021. Đây sẽ là một chuyến bay của một tiểu hành tinh trong quỹ đạo Mặt Trăng.

Một người bình thường có thể xử lý khoảng năm giờ G trước khi vượt cạn.

Sau đó, các cuộc thám hiểm kéo dài hàng tháng đến sao Hỏa sẽ tiếp nối. Giờ đây, theo các nhà thiết kế, tốc độ tối đa thông thường của Orion phải vào khoảng 32.000 km / h. Tuy nhiên, tốc độ mà Apollo 10 đã phát triển có thể bị vượt qua ngay cả khi cấu hình cơ bản của tàu vũ trụ Orion được giữ nguyên.

Bray cho biết: “Orion được thiết kế để bay tới nhiều mục tiêu khác nhau trong suốt vòng đời của nó.

Nhưng ngay cả "Orion" sẽ không đại diện cho đỉnh cao tiềm năng tốc độ của con người. Bray nói: “Về cơ bản, không có giới hạn nào khác đối với tốc độ mà chúng ta có thể di chuyển ngoài tốc độ ánh sáng.

Tốc độ ánh sáng là một tỷ km / h. Có hy vọng rằng chúng ta sẽ có thể thu hẹp khoảng cách giữa 40.000 km / h và những giá trị này không?

Đáng ngạc nhiên, tốc độ như một đại lượng vectơ chỉ tốc độ chuyển động và hướng chuyển động không phải là vấn đề đối với con người theo nghĩa vật lý, miễn là nó tương đối không đổi và hướng theo một hướng.

Do đó, con người - về mặt lý thuyết - có thể di chuyển trong không gian chỉ chậm hơn một chút so với "giới hạn vận tốc của vũ trụ", tức là tốc độ ánh sáng.

Bản quyền hình ảnh NASA Chú thích hình ảnh Một người sẽ cảm thấy thế nào trong một con tàu đang bay với tốc độ gần ánh sáng?

Nhưng ngay cả khi giả sử chúng ta vượt qua những rào cản công nghệ đáng kể liên quan đến việc chế tạo tàu vũ trụ tốc độ nhanh, thì các vật thể mỏng manh, chủ yếu là nước của chúng ta sẽ phải đối mặt với những nguy hiểm mới do tác động của tốc độ cao.

Hiện tại, có thể chỉ là những mối nguy hiểm tưởng tượng nếu con người có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng thông qua việc khai thác các kẽ hở trong vật lý hiện đại hoặc thông qua các khám phá phá vỡ mô hình.

Làm thế nào để chịu được quá tải

Tuy nhiên, nếu chúng ta có ý định đi với tốc độ vượt quá 40.000 km / h, chúng ta sẽ phải đạt được nó và sau đó giảm tốc độ, từ từ và kiên nhẫn.

Tăng tốc nhanh và giảm tốc nhanh đều tiềm ẩn nguy cơ chết người đối với cơ thể con người. Điều này được chứng minh bằng mức độ nghiêm trọng của các vết thương trên cơ thể do tai nạn ô tô, trong đó tốc độ giảm từ vài chục km / h về không.

Lý do cho điều này là gì? Trong tính chất đó của Vũ trụ, được gọi là quán tính hay khả năng của một vật thể có khối lượng chống lại sự thay đổi trạng thái nghỉ ngơi hoặc chuyển động của nó khi không có hoặc có sự bù đắp của các tác động bên ngoài.

Ý tưởng này được hình thành trong định luật đầu tiên của Newton, trong đó nói rằng: "Mọi vật thể tiếp tục được giữ ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động đều và thẳng, cho đến khi bị các lực tác dụng ép thay đổi trạng thái này."

Tuy nhiên, con người chúng ta có thể chịu đựng lực G rất lớn mà không bị thương nặng, tuy nhiên, chỉ trong một thời gian ngắn.

“Trạng thái nghỉ ngơi và chuyển động với tốc độ không đổi là bình thường đối với cơ thể con người - Bray giải thích - Chúng ta nên lo lắng về trạng thái của con người tại thời điểm tăng tốc”.

Khoảng một thế kỷ trước, sự phát triển của các loại máy bay bền bỉ có thể cơ động với tốc độ cao đã khiến các phi công báo cáo về các triệu chứng kỳ lạ do thay đổi tốc độ và hướng bay gây ra. Các triệu chứng này bao gồm mất thị lực tạm thời và cảm giác nặng hoặc không trọng lượng.

Lý do là lực g, được đo bằng đơn vị G, là tỷ số giữa gia tốc tuyến tính và gia tốc rơi tự do trên bề mặt Trái đất dưới tác dụng của lực hút hoặc trọng lực. Các đơn vị này phản ánh ảnh hưởng của gia tốc rơi tự do lên khối lượng của cơ thể người, chẳng hạn.

Quá tải 1 G bằng trọng lượng của một vật nằm trong trường trọng lực của Trái đất và bị hút vào tâm hành tinh với tốc độ 9,8 m / giây (ở mực nước biển).

Lực G mà một người trải qua theo chiều dọc từ đầu đến chân hoặc ngược lại thực sự là một tin xấu đối với phi công và hành khách.

Với quá tải âm, tức là chạy chậm lại, máu dồn từ các ngón chân lên đầu, có cảm giác quá bão hòa, như đang trồng cây chuối.

Bản quyền hình ảnh SPL Chú thích hình ảnh Để hiểu được các phi hành gia có thể chịu được bao nhiêu Gs, họ được đào tạo trong một máy ly tâm.

"Màn che màu đỏ" (cảm giác mà một người trải qua khi máu dồn lên đầu) xảy ra khi mí mắt dưới bị sưng, mờ như máu nổi lên và đóng đồng tử của mắt.

Ngược lại, trong quá trình tăng tốc hoặc lực g dương, máu chảy từ đầu xuống chân, mắt và não bắt đầu bị thiếu oxy, do máu dồn xuống các chi dưới.

Lúc đầu, tầm nhìn trở nên mờ đục, tức là mất thị lực màu sắc và cuộn lại, như người ta nói, "màn che màu xám", sau đó mất thị lực hoàn toàn hoặc "màn che màu đen" xảy ra, nhưng người đó vẫn còn ý thức.

Quá tải quá mức dẫn đến mất ý thức hoàn toàn. Tình trạng này được gọi là ngất do tắc nghẽn. Nhiều phi công đã chết do "tấm màn đen" phủ lên mắt họ - và họ bị rơi.

Một người bình thường có thể xử lý khoảng năm giờ G trước khi vượt cạn.

Các phi công, mặc quần yếm chống G đặc biệt và được huấn luyện theo cách đặc biệt để căng và thư giãn các cơ của thân để máu không chảy ra khỏi đầu, có thể điều khiển máy bay với lượng quá tải khoảng 9 G.

Khi đạt tốc độ bay ổn định 26.000 km / h trên quỹ đạo, các phi hành gia có tốc độ không cao hơn các hành khách của hãng hàng không thương mại.

Jeff Sventek, giám đốc điều hành của Hiệp hội Y học Hàng không, có trụ sở tại Alexandria, Va cho biết: “Trong một khoảng thời gian ngắn, cơ thể con người có thể chịu được lực g cao hơn nhiều so với chín điểm G.

Con người chúng ta có thể chịu đựng lực G khổng lồ mà không bị thương nặng, nhưng chỉ trong một vài khoảnh khắc.

Kỷ lục về độ bền trong thời gian ngắn được thiết lập bởi Đại úy Không quân Hoa Kỳ Eli Bieding Jr. tại Căn cứ Không quân Holloman ở New Mexico. Năm 1958, khi phanh trên một chiếc xe trượt đặc biệt chạy bằng tên lửa, sau khi tăng tốc lên 55 km / h trong 0,1 giây, anh ta đã gặp phải tình trạng quá tải 82,3 G.

Kết quả này được ghi lại bằng một máy đo gia tốc gắn vào ngực anh. Đôi mắt của Beeding cũng bị che bởi một "tấm màn đen", nhưng anh ấy đã thoát khỏi chỉ với những vết bầm tím trong lần biểu diễn xuất sắc về sức chịu đựng của cơ thể con người này. Đúng vậy, sau khi đến, anh ấy đã ở trong bệnh viện ba ngày.

Và bây giờ đến không gian

Các phi hành gia, tùy thuộc vào phương tiện, cũng phải trải qua lực g khá cao - từ 3 đến 5 G - tương ứng trong khi cất cánh và trong quá trình quay trở lại bầu khí quyển.

Các lực g này tương đối dễ chịu, nhờ ý tưởng thông minh là buộc những người du hành vũ trụ vào ghế ở tư thế nằm nghiêng đối diện với hướng bay.

Một khi họ đạt tốc độ bay ổn định 26.000 km / h trên quỹ đạo, các phi hành gia có tốc độ không cao hơn hành khách trên các chuyến bay thương mại.

Nếu tình trạng quá tải sẽ không phải là vấn đề đối với những chuyến thám hiểm dài ngày trên tàu vũ trụ Orion, thì với những tảng đá không gian nhỏ - micrometerites - mọi thứ còn khó khăn hơn.

Bản quyền hình ảnh NASA Chú thích hình ảnh Orion sẽ cần một số loại áo giáp không gian để bảo vệ khỏi các vi sinh vật

Những hạt này có kích thước bằng hạt gạo có thể đạt tốc độ hủy diệt ấn tượng lên tới 300.000 km / h. Để đảm bảo tính toàn vẹn của con tàu và sự an toàn của thủy thủ đoàn, Orion được trang bị một lớp bảo vệ bên ngoài, độ dày của lớp này thay đổi từ 18 đến 30 cm.

Ngoài ra, còn cung cấp thêm các tấm chắn che chắn, cũng như bố trí các thiết bị bên trong tàu một cách khéo léo.

Jim Bray nói: “Để không làm mất các hệ thống bay quan trọng đối với toàn bộ tàu vũ trụ, chúng ta phải tính toán chính xác các góc tiếp cận của các vật thể vi mô.

Hãy yên tâm, các vật thể siêu nhỏ không phải là trở ngại duy nhất đối với các sứ mệnh không gian, trong đó tốc độ bay cao của con người trong không gian không có không gian sẽ ngày càng đóng một vai trò quan trọng.

Trong chuyến thám hiểm sao Hỏa, các nhiệm vụ thực tế khác cũng sẽ phải được giải quyết, chẳng hạn như cung cấp thức ăn cho phi hành đoàn và chống lại nguy cơ ung thư gia tăng do ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ đối với cơ thể con người.

Giảm thời gian di chuyển sẽ làm giảm mức độ nghiêm trọng của các vấn đề như vậy, do đó tốc độ di chuyển sẽ ngày càng trở nên đáng mơ ước.

Spaceflight thế hệ tiếp theo

Nhu cầu về tốc độ này sẽ đặt ra những trở ngại mới trên con đường của những người du hành vũ trụ.

Tàu vũ trụ mới của NASA đe dọa phá kỷ lục tốc độ Apollo 10 sẽ tiếp tục dựa vào hệ thống hóa học đẩy tên lửa đã được thử nghiệm theo thời gian được sử dụng kể từ các chuyến bay vũ trụ đầu tiên. Nhưng các hệ thống này có giới hạn tốc độ nghiêm trọng do giải phóng một lượng nhỏ năng lượng trên một đơn vị nhiên liệu.

Nguồn năng lượng được ưu tiên nhất, mặc dù khó nắm bắt, cho một tàu vũ trụ nhanh là phản vật chất, một cặp song sinh và phản mã của vật chất thông thường.

Do đó, để tăng đáng kể tốc độ bay cho những người lên Sao Hỏa và xa hơn nữa, các nhà khoa học nhận thấy rằng cần phải có những cách tiếp cận hoàn toàn mới.

Bray nói: “Các hệ thống mà chúng ta có ngày nay hoàn toàn có khả năng đưa chúng ta đến đó, nhưng tất cả chúng ta đều muốn chứng kiến ​​một cuộc cách mạng về động cơ”.

Eric Davis, một nhà vật lý nghiên cứu cấp cao tại Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Austin, Texas, và là thành viên của Chương trình Vật lý Chuyển động Đột phá của NASA, một dự án nghiên cứu kéo dài sáu năm kết thúc vào năm 2002, đã xác định được ba trong số những công cụ hứa hẹn nhất, từ một công cụ thông thường quan điểm vật lý, có khả năng giúp nhân loại đạt được tốc độ đủ hợp lý để du hành giữa các hành tinh.

Tóm lại, chúng ta đang nói về các hiện tượng giải phóng năng lượng trong quá trình phân tách vật chất, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch và tiêu diệt phản vật chất.

Phương pháp đầu tiên là phân hạch nguyên tử và được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân thương mại.

Thứ hai, phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, là sự tạo ra các nguyên tử nặng hơn từ các nguyên tử đơn giản hơn, một loại phản ứng cung cấp năng lượng cho mặt trời. Đây là một công nghệ mê hoặc, nhưng không được trao cho tay; cho đến khi nó "luôn luôn cách xa 50 năm" - và sẽ luôn như vậy, như phương châm cũ của ngành công nghiệp này đã nói.

Davis nói: “Đây là những công nghệ rất tiên tiến, nhưng chúng dựa trên vật lý truyền thống và đã được thiết lập vững chắc kể từ buổi bình minh của Kỷ nguyên nguyên tử”. Theo các ước tính lạc quan, về lý thuyết, các hệ thống đẩy dựa trên khái niệm phân hạch nguyên tử và nhiệt hạch có khả năng tăng tốc một con tàu bằng 10% tốc độ ánh sáng, tức là lên đến 100 triệu km / h rất xứng đáng.

Bản quyền hình ảnh Không quân Hoa Kì Chú thích hình ảnh Bay với tốc độ siêu thanh không còn là vấn đề đối với con người. Một điều khác là tốc độ ánh sáng, hoặc ít nhất là gần nó ...

Nguồn năng lượng được ưu tiên nhất, mặc dù khó nắm bắt, cho một con tàu vũ trụ nhanh là phản vật chất, sinh đôi và phản mã của vật chất thông thường.

Khi hai loại vật chất tiếp xúc, chúng tiêu diệt lẫn nhau, dẫn đến giải phóng năng lượng tinh khiết.

Các công nghệ sản xuất và lưu trữ - cho đến nay là một lượng cực nhỏ - phản vật chất đã tồn tại cho đến ngày nay.

Đồng thời, việc sản xuất phản vật chất với số lượng hữu ích sẽ đòi hỏi những năng lực đặc biệt thế hệ tiếp theo mới và ngành kỹ thuật sẽ phải tham gia vào một cuộc đua cạnh tranh để tạo ra một tàu vũ trụ thích hợp.

Tuy nhiên, Davies nói, rất nhiều ý tưởng tuyệt vời đã có sẵn trên bảng vẽ.

Các tàu vũ trụ được đẩy bằng năng lượng phản vật chất sẽ có thể tăng tốc trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm và đạt tỷ lệ phần trăm lớn hơn tốc độ ánh sáng.

Đồng thời, tình trạng quá tải trên tàu vẫn được chấp nhận đối với cư dân trên tàu.

Đồng thời, tốc độ mới tuyệt vời như vậy sẽ tiềm ẩn những mối nguy hiểm khác cho cơ thể con người.

mưa đá năng lượng

Với tốc độ vài trăm triệu km / h, bất kỳ hạt bụi nào trong không gian, từ các nguyên tử hydro phân tán đến các hạt siêu nhỏ, chắc chắn sẽ trở thành một viên đạn năng lượng cao có khả năng xuyên qua vỏ tàu.

Arthur Edelstein nói: “Khi bạn đang di chuyển với tốc độ rất cao, điều đó có nghĩa là các hạt bay về phía bạn đang chuyển động với cùng tốc độ.

Cùng với người cha quá cố của mình, William Edelstein, giáo sư cảm xạ học tại Đại học Y khoa Johns Hopkins, ông đã làm việc trên một bài báo khoa học kiểm tra tác động của các nguyên tử hydro vũ trụ (đối với con người và thiết bị) trong quá trình du hành vũ trụ cực nhanh trong không gian.

Hydro sẽ bắt đầu phân hủy thành các hạt hạ nguyên tử, sẽ xâm nhập vào bên trong tàu và khiến cả thủy thủ đoàn và thiết bị bị nhiễm phóng xạ.

Động cơ Alcubierre sẽ mang bạn như một người lướt trên đỉnh sóng Eric Davies, nhà vật lý nghiên cứu

Ở tốc độ 95% của ánh sáng, tiếp xúc với bức xạ như vậy có nghĩa là gần như tử vong ngay lập tức.

Phi thuyền sẽ bị nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy mà không vật liệu tưởng tượng nào có thể chịu được, và nước chứa trong cơ thể của các thành viên phi hành đoàn sẽ ngay lập tức sôi lên.

"Tất cả đều là những vấn đề cực kỳ khó chịu", Edelstein nhận xét với vẻ hài hước.

Ông và cha mình ước tính rằng để tạo ra một hệ thống che chắn từ trường giả định nào đó có khả năng bảo vệ con tàu và con người khỏi cơn mưa hydro chết người, một con tàu sao có thể di chuyển với tốc độ không quá một nửa tốc độ ánh sáng. Khi đó những người trên tàu có cơ hội sống sót.

Mark Millis, một nhà vật lý tịnh tiến và từng là người đứng đầu Chương trình Vật lý Chuyển động Đột phá của NASA, cảnh báo rằng giới hạn tốc độ tiềm tàng này đối với ánh sáng vũ trụ vẫn còn là một vấn đề đối với tương lai xa.

Millis nói: “Dựa trên kiến ​​thức vật lý được tích lũy cho đến nay, chúng ta có thể nói rằng sẽ vô cùng khó khăn để phát triển tốc độ trên 10% tốc độ ánh sáng. rằng chúng tôi có thể chết đuối nếu chúng tôi thậm chí còn chưa xuống nước. "

Nhanh hơn ánh sáng?

Nếu chúng ta giả sử rằng chúng ta, có thể nói như vậy, đã học bơi, liệu chúng ta có thể học cách lướt qua không gian thời gian - nếu chúng ta phát triển sự tương tự này hơn nữa - và bay với tốc độ cực đại không?

Giả thuyết về khả năng bẩm sinh tồn tại trong môi trường siêu tối thượng, mặc dù còn nghi ngờ, nhưng không phải là không có cái nhìn nhất định về sự khai sáng có học thức trong bóng tối.

Một trong những phương thức di chuyển hấp dẫn này dựa trên các công nghệ tương tự như những công nghệ được sử dụng trong "ổ dọc" hoặc "ổ dọc" từ Star Trek.

Được gọi là "Động cơ Alcubierre" * (được đặt theo tên của nhà vật lý lý thuyết người Mexico Miguel Alcubierre), hệ thống đẩy này hoạt động bằng cách cho phép con tàu nén không-thời gian bình thường được Albert Einstein mô tả ở phía trước và mở rộng nó ra phía sau.

Bản quyền hình ảnh NASA Chú thích hình ảnh Kỷ lục tốc độ hiện tại do ba phi hành gia của Apollo 10 - Tom Stafford, John Young và Eugene Cernan nắm giữ.

Về bản chất, con tàu chuyển động trong một khối lượng không-thời gian nhất định, một loại "bong bóng cong", chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Do đó, con tàu vẫn đứng yên trong không-thời gian bình thường trong "bong bóng" này mà không bị biến dạng và tránh vi phạm giới hạn tốc độ phổ quát của ánh sáng.

Davis nói: “Thay vì trôi qua vùng nước không-thời gian bình thường, động cơ Alcubierre sẽ đưa bạn như một người lướt ván trên một tấm ván trên đỉnh của một con sóng”.

Ở đây cũng có một thủ thuật nhất định. Để thực hiện ý tưởng này, cần một dạng vật chất kỳ lạ, có khối lượng âm để nén và giãn nở không-thời gian.

Davis nói: “Vật lý không có bất kỳ chống chỉ định nào liên quan đến khối lượng âm, nhưng không có ví dụ nào về nó, và chúng tôi chưa bao giờ thấy nó trong tự nhiên”.

Có một thủ thuật khác. Trong một bài báo được xuất bản vào năm 2012, các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney đã suy đoán rằng "bong bóng sợi dọc" sẽ tích tụ các hạt vũ trụ năng lượng cao khi nó chắc chắn bắt đầu tương tác với nội dung của vũ trụ.

Một số hạt sẽ tự chui vào bên trong bong bóng và bơm bức xạ lên con tàu.

Bị mắc kẹt ở tốc độ ánh sáng phụ?

Có phải chúng ta thực sự bị mắc kẹt ở giai đoạn tốc độ ánh sáng nhỏ vì đặc tính sinh học mỏng manh của chúng ta ?!

Nó không phải là quá nhiều về việc thiết lập một kỷ lục tốc độ thế giới mới (thiên hà?) Cho một người, mà là về viễn cảnh biến nhân loại thành một xã hội giữa các vì sao.

Với vận tốc bằng một nửa ánh sáng - đó là giới hạn mà nghiên cứu của Edelstein cho thấy cơ thể chúng ta có thể chịu được - một hành trình khứ hồi đến ngôi sao gần nhất sẽ mất hơn 16 năm.

(Hiệu ứng của sự giãn nở thời gian, theo đó phi hành đoàn của một con tàu sao trong hệ tọa độ của nó sẽ trôi qua ít thời gian hơn so với những người còn lại trên Trái đất trong hệ tọa độ của họ, sẽ không dẫn đến hậu quả nghiêm trọng với tốc độ bằng một nửa ánh sáng).

Mark Millis tràn đầy hy vọng. Cho rằng nhân loại đã phát triển các bộ quần áo chống g và bảo vệ chống lại các vi vật thể, cho phép mọi người đi lại an toàn trong khoảng cách màu xanh lam vĩ đại và màu đen đầy sao của không gian, anh ấy tin tưởng rằng chúng ta có thể tìm cách để tồn tại, bất kể chúng ta đạt tới tốc độ nào trong tương lai.

"Những công nghệ tương tự có thể giúp chúng tôi đạt được tốc độ di chuyển mới đáng kinh ngạc," Millis trầm ngâm, "sẽ cung cấp cho chúng tôi những khả năng mới, chưa được biết đến, để bảo vệ phi hành đoàn."

Ghi chú của người dịch:

*Miguel Alcubierre nảy ra ý tưởng về "bong bóng" của mình vào năm 1994. Và vào năm 1995, nhà vật lý lý thuyết người Nga Sergei Krasnikov đã đề xuất khái niệm về một thiết bị du hành vũ trụ nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Ý tưởng này được gọi là "đường ống của Krasnikov".

Đây là một độ cong nhân tạo của không-thời gian theo nguyên lý của cái gọi là lỗ sâu. Theo giả thuyết, con tàu sẽ di chuyển theo đường thẳng từ Trái đất tới một ngôi sao nhất định thông qua không-thời gian cong, đi qua các chiều không gian khác.

Theo lý thuyết của Krasnikov, nhà du hành vũ trụ sẽ quay trở lại cùng thời điểm anh ta khởi hành.

Để thắng được lực hấp dẫn và đưa tàu vũ trụ vào quỹ đạo Trái đất, tên lửa phải bay với tốc độ ít nhất là 8 ki lô mét mỗi giây. Đây là vận tốc đầu tiên trong không gian. Thiết bị được cho tốc độ vũ trụ đầu tiên sau khi rời Trái đất sẽ trở thành vệ tinh nhân tạo, tức là nó chuyển động quanh hành tinh theo quỹ đạo tròn. Nếu con tàu vũ trụ có tốc độ nhỏ hơn con tàu vũ trụ đầu tiên, thì nó sẽ chuyển động dọc theo quỹ đạo giao với bề mặt địa cầu. Nói cách khác, nó sẽ rơi xuống Trái đất.

Các đường đạn A và B có tốc độ thấp hơn đường đạn vũ trụ đầu tiên - chúng sẽ rơi xuống Trái đất;
đạn C, được cho vận tốc vũ trụ đầu tiên, sẽ đi vào quỹ đạo tròn

Nhưng một chuyến bay như vậy cần rất nhiều nhiên liệu. Nó hoạt động phản lực trong vài phút, động cơ ăn toàn bộ toa xe bồn, và để cung cấp cho tên lửa một gia tốc cần thiết, cần phải có một thành phần nhiên liệu khổng lồ cho đường ray.

Không có trạm đổ xăng trong không gian, vì vậy bạn phải mang theo tất cả nhiên liệu bên mình.

Thùng nhiên liệu rất lớn và nặng. Khi các thùng rỗng, chúng trở thành hàng hóa bổ sung cho tên lửa. Các nhà khoa học đã nghĩ ra một cách để loại bỏ cân nặng không cần thiết. Tên lửa được lắp ráp như một bộ phận cấu tạo và bao gồm một số cấp độ hoặc các bước. Mỗi giai đoạn có động cơ riêng và nguồn cung cấp nhiên liệu riêng.

Bước đầu tiên là khó nhất. Đây là động cơ mạnh nhất và tiết kiệm nhiên liệu nhất. Cô ấy phải di chuyển tên lửa khỏi vị trí của nó và cung cấp cho nó một gia tốc cần thiết. Khi sử dụng hết nhiên liệu giai đoạn đầu, nó tách ra khỏi tên lửa và rơi xuống đất, tên lửa trở nên nhẹ hơn và không cần sử dụng thêm nhiên liệu để mang theo các thùng rỗng.

Sau đó, các động cơ của giai đoạn thứ hai, nhỏ hơn giai đoạn đầu, được bật lên, vì nó cần tiêu tốn ít năng lượng hơn để nâng tàu vũ trụ. Khi các thùng nhiên liệu rỗng, và giai đoạn này sẽ "tháo ra" khỏi tên lửa. Sau đó, thứ ba, thứ tư ...

Sau khi kết thúc giai đoạn cuối cùng, tàu vũ trụ đã đi vào quỹ đạo. Nó có thể bay quanh Trái đất trong một thời gian rất dài mà không tốn một giọt nhiên liệu nào.

Với sự trợ giúp của các tên lửa như vậy, các phi hành gia, vệ tinh, trạm tự động liên hành tinh được đưa vào chuyến bay.

Bạn có biết...

Vận tốc vũ trụ đầu tiên phụ thuộc vào khối lượng của thiên thể. Đối với sao Thủy, có khối lượng nhỏ hơn 20 lần so với Trái đất, nó là 3,5 km / giây, và đối với sao Mộc, có khối lượng lớn hơn 318 lần khối lượng của Trái đất, nó là gần 42 km / giây!