chrusler

Космическая ракета приближается к земле, выпуская дым и пламя, постепенно выравниваясь. Кажется, что она обречена. Но возле самой поверхности ее двигатели взвывают и ракета замедляется. Дым рассеивается и становится очевидно: она приземлилась. Вертикально. В целости и сохранности. Эпоха многоразовых космических аппаратов приближается. Некоторые фантасты мечтали об этом десятки лет назад. Почему так долго?

Всего десять лет назад такое событие нельзя было и представить. Но после многих красочных и неудачных попыток посадить ракету, калифорнийская компания SpaceX за последние четыре месяца сделала это четырежды — один раз на суше в декабре 2015 на мысе Канаверал, а в апреле — впервые — на беспилотную баржу в середине Атлантического океана. И это были не холостые ракеты: обе сорокаметровые первые ступени ракет Falcon 9 вывели коммерческий космический аппарат на орбиту.

Возвращая ракетные ступени на Землю для повторного использования и починки, основатель SpaceX, миллиардер Элон Маск надеется сделать полеты в космос, наконец, экономически целесообразными, как коммерческая авиация. Его точка зрения такова: авиакомпании не выбрасывают Boeing 747 после каждого полета, почему мы так поступаем с космическими аппаратами?

Научная фантастика предсказывала появление многоразовых космических аппаратов больше века, а космические инженеры экспериментировали с этой идеей с середины 20 века — частично многоразовый космический шаттл, вероятно, это лучшее, что удалось сделать. Почему же нормальные многоразовые космические корабли появляются только сейчас, когда уже столько денег было выброшено на ветер?

Для начала стоит обратить особое внимание, что SpaceX — не единственная компания, которая этим занимается. Blue Origin при поддержке главы Amazon Джеффа Безоса запустила и приземлила ракету New Orbital три раза, каждый раз выходя за границу атмосферы (линию Кармана) на высоте 100 км.

И SpaceShipTwo разработки Virgin Galactic также летал в суборбитальное пространство. «Небольшие транспортные средства, которые используют современные технологии, могут быть более пригодны для повторного использования, чем шаттлы, а суборбитальный транспорт — еще больше», говорит CEO Virgin Джордж Уатйсайдс.

И все же посадки SpaceX — это колоссальный технический подвиг. Чтобы вывести спутник на низкую околоземную орбиту, ракета должна двигаться со скоростью около 6000 км/ч, а чтобы достичь геостационарной орбиты — 9000 км/ч, прежде чем первая ступень сможет отделиться и вернуться на Землю.

«Суборбитальный транспорт летит прямо вверх и возвращается прямо вниз», говорит Летиция Гэрриот де Кайе, американский космический предприниматель. «Несмотря на всю сложность затеи, скорость в верхней точки равна нулю, и тогда гравитация возвращает транспорт на Землю. Суборбитальная многоразовость сильно отличается по сложности от орбитальной многоразовости», говорит она.

Короче говоря, простое объяснение тому, что многоразовые ракеты появляются только сейчас, заключается в технической сложности. Но сама идея многоразовых космолетов уходит во времена еще до Второй мировой войны.

До программы «Аполлон» космолеты считались будущим многоразовых космических аппаратов, говорит Роджер Лониус из Национального музея воздуха и космоса при Смитсоновском институте в Вашингтоне. «Эта идея витала в воздухе с тех пор, как Бак Роджерс и Флэш Гордон появились в комиксах в 1920-30-х годах. Каждый космический корабль в этих комиксах был многоразовым космолетом. Поэтому до Второй мировой войны мы думали, что космические полеты будут похожи на обычное воздухоплавание».

После 1945 года захваченные немецкие ученые показали, что планировали — но так и не построили — суборбитальный космический самолет Silverbird, с помощью которого нацисты хотели разбомбить неприятеля. Новая особенность его конструкции заключалась в форме крыла, которая прибавляла аэродинамической подъемной силы. Эту идею взяли на вооружение ВВС США в 1958 году, когда начали работу над многоразовым крылатым космопланом X-20 Dyna-Soar — но лунная программа привела к консервации проекта в 1963 году.

«Многоразовый космоплан был выброшен в окно из-за космической гонки, у которой была одна задача — обойти русских. В то же время космоплан был недостаточно развитой технологией для полетов на Луну», говорит Лониус. Больше внимания уделяли капсулам, которые запускались баллистически. «Капсулы повторного входа в атмосферу, которые использовались в ядерных боеголовках, по большей части были теми же, в которых посадили астронавтов. Просто меняете груз и все».

После триумфа «Аполлона», впрочем, NASA вернулось к многоразовой первой любви: к крылатому многоразовому космоплану — космическому шаттлу.

Пять шаттлов совершили в среднем по 27 миссий каждый; звездой флота был «Дискавери» с 39 миссиями. «Так что у космолетов длинная история многоразового использования», говорит Марк Сиранджело, главный по космическим система в корпорации Sierra Nevada в Луисвилле, Колорадо.

Недостаток был в том, что их приходилось ремонтировать между запусками — это касается и ракет SpaceX. Хотя SpaceX испытала, могут ли ее ракеты вернуться на Землю, она еще не починила ни одной. И в этом и заключается ее настоящее испытание, считает Лониус. «Если вы сможете использовать повторно любую часть космического аппарата, вы сэкономите деньги на следующем запуске. Но если вам придется разбирать и полностью ремонтировать его перед каждым рейсом, вы с таким же успехом можете построить новый».

NASA также проводило исследования гораздо меньших многоразовых КЛА, которые сейчас появляются в других ипостасях. Например, NASA X37 сейчас используется ВВС США в форме X37B, беспилотного ракетного космоплана, который осуществляет секретные военные миссии на низкой околоземной орбите и возвращается самостоятельно домой.

Космоплан NASA HL-20, разработанный в конце 80-х и 90-х в качестве потенциальной шлюпки космической станции, был приобретен Sierra Nevada и переименован в Dream Chaser. Компания превратила проект NASA в то, что Сиранджело называет «мощнейшим многоразовым транспортом», который она может сделать. Потребовалось заменить фюзеляж NASA из металлического сплава на продвинутый легковесный композит».

«Он будет намного прочнее и больше приспособлен к стрессам космического полета, давлениям и температурам», говорит Сиранджело. В дополнение к грузовым перелетам NASA, Dream Chaser — который можно запустить с любой современной ракетой и посадить на любой аэропорт, способный принять Airbus A320 — рассматривает ЕКА и немецкая лаборатория DLR для различных миссий. К примеру, для захвата и удаления космического мусора.

Хотя космоплан выглядит наиболее логичным способом создать многоразовый космический аппарат, свет увидели и другие более диковинные конструкции. Например, Roton производства Rotary Rocket Company, капсула в форме перечницы, проходила испытания в 1999 году с целью исправить проблему, с которой сотни космических экипажей столкнулись во время возвращения на Землю с начала космической гонки: они не могли приземлиться, где хотели, и были вынуждены предоставить себя парашютам.

В Rotary Rocket хотели дать экипажу возможность выбирать, где его капсула должна осуществить мягкую посадку, в результате чего транспортное средство, очевидно, можно было бы использовать повторно. Для этого оно должно было повторно войти в атмосферу и оказавшись в толще воздуха развернуть вертолетные роторы. Ракетные двигатели на кончиках винтов должны были заработать на определенной высоте и экипаж мог бы направить свою вертолетную капсулу к выбранной точке посадки.

К сожалению, у Rotary Rocket Company кончились деньги до того, как они смогли зайти достаточно далеко. NASA однажды тоже рассматривало роторы, но отказалось от варианта с ракетным движением, предпочтя авторотацию для своей капсулы «Орион».

Нестандартный подход Roton может частично жить, благодаря SpaceX. Семиместная капсула Dragon V2, которая разрабатывается для поездок NASA на МКС, должна стать в итоге многоразовой, благодаря восьми ракетным двигателям, встроенным в ее внешние стенки. У них будет две задачи: выбрасывать капсулу с экипажем, если ракета взрывается во время запуска, и включаться для мягкой активной посадки. Первоначальные приземления с Dragon V2 будут осуществляться с помощью традиционного сброса с парашютом в океан, а потом последует и активное приземление.

Американская ракетная компания United Launch Alliance — совместное предприятие Boeing и Lockheed Martin — изучает, как можно было бы отбросить большущий и дорогущий ракетный двигатель в основе будущей ракеты Vulcan и заставить его приземлиться на параплане, чтобы потом восстановить. ULA также планирует оставлять на орбите вторую ступень, которая будет ожидать заправки для различных задач, например, для обслуживания спутников.

Французская Airbus изучает, как ракетный двигатель в основе будущей ракеты Ariane 6 мог бы использовать крылья и небольшие реактивные двигатели для самостоятельного возвращения в аэропорт. Китайское космическое агентство говорит о планах повторно использовать ступени ракеты «Великий поход» (‘Long March’, «Великий поход китайских коммунистов»), используя множество парашютов.

Все это имеет смысл, говорит Уайтсайдс. «Грядет множество поколений многоразовых космических аппаратов. Пионеры в лице SpaceShipOne, Falcon 9, New Shepard и X-37B ВВС США оставят потомков самых разных форм и сдержат обещание кардинально снизить расходы на орбитальный запуск».

Бенджамин Франклин однажды сказал, что любой дурак может критиковать, осуждать и жаловаться — и большинство дураков так и делает. Ричард Фейнман однажды сказал о научном процессе: первый принцип заключается в том, чтобы не обманывать себя — а вас легче всего обмануть. Скептики считают, что ученые могут обманывать сами себя (то ли по незнанию, то ли чтобы сохранить свое рабочее место), и зачастую обвиняют их в этом — климатологов, космологов, кого угодно. В принципе, легко отмахнуться от такой критики как от необоснованной, но возникает интересный вопрос: как мы можем убедиться, что не обманываем себя?

В науке популярно мнение, что эксперименты должно быть возможно повторить и сфальсифицировать. Если у вас есть научная модель, эта модель должна делать четкие прогнозы, и эти прогнозы должно быть можно проверить таким образом, чтобы подтвердить или опровергнуть вашу модель. Иногда критики понимают это так, что истинная наука вершится лишь в лабораторных условиях, но это лишь часть истории. Наблюдательная наука вроде космологии также подчиняется этому правилу, поскольку новые наблюдения могут потенциально опровергнуть наши текущие теории. Если, к примеру, я наблюдаю тысячу белых лебедей, я могу предположить, что все лебеди белые. Наблюдение черного лебедя изменит мои домыслы. Научная теория не может быть абсолютной, всегда носит предварительный характер, меняется при появлении новых свидетельств.

И хотя это технически правильно, называть хорошо устоявшиеся теории «предварительными» немного нечестно. Например, теория всемирного тяготения Ньютона существовала несколько веков, прежде чем ее вытеснила общая теория относительности Эйнштейна. И если мы сегодня можем сказать, что ньютонова гравитация ошибочна, она работает так же, как и всегда работала. Теперь мы знаем, что Ньютон создал приблизительную модель, описывающую гравитационное взаимодействие масс, но настолько точно приближенную к действительности, что мы и сегодня можем использовать ее для расчета орбитальных траекторий. И только когда мы расширяем свои наблюдения за пределы (очень большого) диапазона ситуаций, в которых Ньютон был прав, нам требуется помощь Эйнштейна.

Когда мы собираем доказательства, подтверждающие научную теорию, мы можем быть уверены, что она работает с небольшим окошком для новых доказательств. Другими словами, теория может считать «истинной» в диапазоне, в котором ее качественно проверяли, но новые условия могут неожиданно выявить поведение, которое приведет к более широкой и полной картинке. Наши научные теории предварительны по своей сути, но не настолько, чтобы нельзя было положиться на их точность. И в этом проблема хорошо устоявшихся теорий. Раз мы никогда не сможем узнать наверняка, что наши экспериментальные результаты — «настоящие», откуда нам знать, что мы просто не выдаем желаемый ответ за действительный?

Замеры скорости света в разные годы:

Такого рода мышление появляется у студентов начальных курсов. Им поручают измерить некоторые экспериментальные значения вроде ускорения силы тяжести или длины волны лазера. Будучи новичками, они зачастую делают простейшие ошибки и получают результат, который не соответствует «общепринятому» значению. Когда это происходит, они возвращаются и ищут ошибки в работе. Но если они делают такие ошибки, что они уравновешиваются или оказываются неочевидными, они не будут перепроверять свою работу. Поскольку их результат близок к ожидаемому значению, они думают, что все сделали правильно. Такое предубеждение имеется у всех нас, а иногда и у заслуженных ученых. Исторически это происходило и со скоростью света, и с зарядом электрона.

В настоящее время в космологии есть модель, которая хорошо согласуется с результатами наблюдений. Это модель ΛCDM, название которой составлено из греческой буквы «лямбда» и холодной темной материи (CDM). Большинство уточнений этой модели включают проведение более точных измерений параметров этой модели, как то возраст Вселенной, параметр Хаббла и плотность темной материи. Если модель лямбда-CDM действительно точно описывает Вселенную, то непредвзятое измерение этих параметров должно следовать статистическому шаблону. Изучая исторические значения этих параметров, мы можем измерять, насколько смещенными были измерения.

Чтобы понять, как это работает, представьте дюжину студентов, измеряющих длину меловой доски. Статистически, некоторые студенты получают значение, которое больше или меньше настоящего. Согласно обычно распределению, если реальная длина доски составляет 183 сантиметра со стандартным отклонением в сантиметр, то восемь студентов получит результат в пределах 182-184 сантиметров. Но представьте, что все студенты уложились в этот диапазон. В таком случае вы имеет право подозревать некоторые ошибки в измерениях. К примеру, студенты услышали, что доска где-то «метр восемьдесят два с половиной», поэтому проводили измерения, округляя результат к 183. Парадоксально, но если их экспериментальные результаты оказались слишком хороши, можно подозревать изначальное предубеждение при проведении эксперимента.

В космологии различные параметры хорошо известны. Поэтому когда группа ученых проводит новый эксперимент, они уже знают, какой результат общепринят. Выходит, результаты экспериментов «заражены» предыдущими результатами? Одна из последних работ Quarterly Physics Review адресована именно этому вопросу. Изучая 637 измерений 12 различных космологических параметров, они выяснили, как статистически распределены результаты. Поскольку «настоящее» значений этих параметров неизвестно, авторы использовали результаты WMAP 7 как «истинные». И выяснили, что распределение результатов было более точным, чем должно было быть. Эффект невелик, поэтому его можно было бы списать на предубежденное ожидание, но он также сильно отличался от ожидаемого эффекта, что может указывать на переоценку экспериментальных неопределенностей.

Это не значит, что наша текущая космологическая модель неверна, но значит, что нам нужно быть чуть более осторожными в своей уверенности в точности наших космологических параметров. К счастью, существуют способы повысить точность измерений. Космологи не обманывают себя и нас, просто есть еще много пространства для улучшения и исправления данных, методов и анализов, которые они используют.

Большим преимуществом нашей цивилизации, возникшей довольно рано в истории Вселенной, является наша возможность использовать мощные телескопы — например, «Хаббл» — для того, чтобы проследить нашу родословную вплоть до самого Большого Взрыва. Наблюдаемое свидетельство Большого Взрыва и космической эволюции закодировано в видимом свете и другом электромагнитном излучении, но через триллион лет все это исчезнет из-за ускоряющегося расширения пространства. Любая цивилизация далекого будущего никак не сможет понять, как появилась и развивалась Вселенная.

«Нашей главной мотивацией было понимание места Земли в контексте остальной части Вселенной, — говорит автор исследования Питер Бехрузи из Научного института космического телескопа (STScl) в Балтиморе, штат Мэриленд. — По сравнению со всеми планетами, которые когда-либо образуются во Вселенной, Земля возникла довольно рано».

Да, Земля рано заявилась в эту Вселенную. По данным теоретического исследования, когда появилась наша Солнечная система — 4,6 миллиарда лет назад — успело сформироваться всего 8% потенциально обитаемых планет, которые когда-либо будут существовать во Вселенной. И после смерти Солнца через еще 6 миллиардов лет этому образованию все еще не будет конца. 92% таких планет еще только должны появиться. Такой вывод ученые сделали на основе данных, собранных космическим телескопом «Хаббл» и плодовитой космической обсерваторией «Кеплер».

Ученые NASA говорят, что будущие земли, вероятнее всего, будут появляться в гигантских скоплениях галактик, а также в карликовых галактиках, которым еще только предстоит использовать весь свой газ для строительства звезд и сопутствующих им планетарных систем. В противоположность этому, наша галактика Млечный Путь израсходовала большую часть газа, который подошел бы для образования будущих звезд.

Вглядываясь назад во времени, «Хаббл» предоставил астрономам «семейный альбом» с галактическими наблюдениями, летописью формирования звезд во Вселенной по мере разрастания галактик. Эти данные показывают, что Вселенная быстро производила звезды 10 миллиардов лет назад, но в этот процесс была вовлечена очень малая доля вселенского водорода и гелия. Сегодня же звезды рождаются куда медленнее, но осталось так много газа во вселенной, что процесс «выпекания» планет и звезд будет продолжаться еще очень долго.

Исследования «Кеплера» показали, что планет размером с Землю, которые находятся в потенциально обитаемой зоне звезды, на идеальном расстоянии для того, чтобы вода была в жидком состоянии, очень много в нашей галактике. Ученые прогнозируют, что в настоящее время в галактике Млечный Путь есть не менее миллиарда планет земного типа, большая часть из которых — твердые.

В NASA объявили, что отправят следующий посадочный модуль на Марс, известный как InSight, в мае 2018 года. Изначально миссию планировали запускать в конце марта 2016 года, но техническая проблема, обнаруженная в конце прошлого года, отложила старт InSight. Новая дата запуска принесла хорошие новости команде InSight, поскольку была вероятность, что техническая проблема не будет разрешена вовремя и миссия вообще будет отменена.

InSight, название которой скрывает Interior Exploration using Seismic Investigations Geodesy and Heat Transport, представляет собой международную миссию, призванную помочь нам понять, как образовались и эволюционировали твердые планеты вроде Марса и Земли.

Используя два научных инструмента на борту, InSight будет собирать сейсмологические и температурные данные из глубин под поверхностью Марса. Для создания научных инструментов Лаборатория реактивного движения NASA работала с Французским космическим агентством, CNES и Германским космическим агентством. Научная группа InSight также включает ученых из 11 разных стран.

«Стремление понять внутреннюю часть Марса долгое время было целью планетологов на протяжении десятилетий. Мы рады вернуться на путь к запуску, теперь уже в 2018 году», — заявил Джон Грюнсфельд, помощник администратора Управления научных полетов NASA.

В декабре 2015 года на одном из двух научных инструментов выявили техническую проблему. Сейсмометру CNES необходим запечатанный вакуум для работы в суровых условиях марсианской среды. Во время испытаний сейсмометр работал должным образом, но инженеры обнаружили утечки в вакууме, в котором тот работал, и не смогли быстро найти решение проблемы.

Сегодня инженеры полагают, что наконец нашли решение этой утечки. Дополнительное время до запуска 2018 года позволит команде InSight перепроектировать, построить и произвести квалификацию новой вакуумной камеры.

«Переработка вакуумного контейнера сейсмометра приведет к законченному, тщательно испытанному инструменту в 2017 году, который будет поддерживать высокую степень вакуума вокруг датчиков во время сурового запуска, посадки, развертки и двухлетней миссии на поверхности Марса», — сообщили в Лаборатории реактивного движения NASA.

Задержки вроде этой могут вылиться в копеечку. NASA заявило, что стоимость этой двухлетней задержки до настоящего времени оценивалась с учетом запуска в августе этого года. Помимо проблем дополнительных затрат, задержка InSight и дополнительные требования к бюджету могут негативно сказаться на других планетарных программах NASA.

Однако, в конечном счете, учитывая 525 миллионов долларов, уже вложенных в InSight, свежие новости стали облегчением для многих. Следующая крупная миссия NASA на Марс запланирована на 2020 год, и основным ее участником станет марсоход Mars 2020, который повезет с собой семь разных научных инструментов и который оценивается в 1,9 миллиарда долларов.

Что будет, если запустить черную дыру в черную дыру из антивещества? Обе уничтожатся? Безумный мысленный эксперимент, на первый взгляд, но что нам мешает теоретизировать? Все началось с того, как Фрейзер Кейн с UniverseToday вслух подумал о том, как можно было бы уничтожить черную дыру. Его рассуждения любопытны не в меру.

Он предположил кучу безумных идей: обстрелять ее ракетами, лазером, столкнуть в нее планеты. Ничего не поможет, черная дыра станет больше и злее. Выходит, единственный способ победить черную дыру, — это сидеть сложа руки и ждать, пока она рассосется. Но это бесполезно, если она засосет вас, поэтому придется перебирать варианты дальше.

Фрейзер Кейн предложил антивещество и отклонил его как еще один безнадежный и бессмысленный способ накормить галактическое чудовище. Но подожди, скажете вы, разве антивещество это не противоположность обычному веществу? Разве если сложить отрицательно число с положительным, они не компенсируют друг друга? Почему нельзя просто накачать антивещества в обычную черную дыру и не поделить ее на ноль?

Антивещество — это практически то же самое, что и обычное вещество, только все в ней наоборот. Электрический заряд, направление спина, конфигурация всех субчастиц, которые ее составляют. Все наоборот, кроме массы. Антиэлектрон обладает такой же массой, что и электрон. И вот здесь нам стоит задуматься. При столкновении равных количеств вещества и антивещества, они аннигилируют. Но не исчезают. Они превращаются в чистую энергию.

Как завещал нам Эйнштейн, масса и энергия — это просто разные аспекты одного и того же. Вы можете превратить массу в энергию и превратить энергию в массу. Черные дыры превращают все, как материю, так и энергию, в еще больше черной дыры. Представим, как обычная и необычная черные дыры с одинаковыми массами сталкиваются вместе. Обе они должны аннигилировать и превратиться в чистую энергию.

Конечно, гравитация черной дыры настолько велика, что ничто, даже свет, не может ее покинуть. Поэтому вся энергия моментально превратится в еще большую черную дыру. Хотите еще больше черной дыры? Добавьте в нее больше всякого. Если два этих объекта объединятся, новая черная дыра будет обладать удвоенной массой.

Кроме того, создание черной дыры из антивещества будет чрезвычайно дорогим. Антивещество производится в ускорителях частиц, протоны разгоняются в гигантском кольце почти до скорости света, а затем сталкиваются друг с другом. Коллективный импульс частиц превращается в массу по известной формуле Эйнштейна E = mc^2. Каждое столкновение порождает горстку крошечных частиц, которые можно собрать и удерживать в магнитном поле, не давая им аннигилировать. Согласно NASA, создание одного грамма антиводорода стоит порядка 62,5 триллиона долларов: это самый дорогой материал, который мы можем создать на Земле.

Все может быть еще дороже. Возможно, Большой адронный коллайдер способен порождать крошечные черные дыры (хотя ни одной пока так и не видели). Если физикам удастся совладать с математикой, они смогут создать микроскопическую черную дыру из антивещества, сталкивая вместе частицы антиводорода. Стоимость такого процесса затмит стоимость производства самого антивещества.

В общем, пока лекарства от черных дыр в этой Вселенной не придумали. Кроме времени. Времени боятся даже черные дыры.

источник

Астрономы, использующие данные телескопа на Гавайских островах, выявили, что темная сторона Луны на самом деле бирюзового цвета. Ученые обсерватории Мауна Лоа на вулкане в Гавайях обнаружили, что при достижении лунной поверхности синий свет, отражаемый от Земли, становится зеленовато-голубым.

Это первое точное измерение цвета темной стороны Луны, — говорит Петер Тейль, ведущий автор исследования и старший научный сотрудник Датского метеорологического института в Копенгагене.

Работа по измерению цвета естественного спутника Земли велась в течение двух лет. Темная сторона Луны отличается от видимой стороны, которая получает больше солнечного света. Она освещается не прямым солнечным светом, а тем, который отражается от Земли, пишет газета The Guardian.

На фотографиях из космоса наша планета выглядит голубой.

Космонавты, наблюдавшие Землю с Луны, описывают ее как голубой шар. Мне не довелось побывать в космосе, поэтому я не знаю, что именно они имели в виду. Но когда синий свет отражается от лунной поверхности, он принимает зеленовато-голубой цвет. Можно назвать его бирюзовым, — добавляет Тейль.

Астрономы фотографировали естественный спутник Земли, используя различные светофильтры. Среди сотни снимков они нашли несколько фотографий убывающей Луны, сделанных 18 января 2012 года, с одинаковым ореолом. Когда исследователи вычли одно изображение из другого, ореол исчез, и они смогли увидеть настоящий цвет темной стороны Луны.