Почему ракеты взлетают

Один из популярных детских вопросов «Почему ракеты летают?» для многих остается без ответа. Изучение космонавтики требует глубоких знаний по физике, ракетостроению, астрономии и в других отраслях. Т&Р объясняют, как происходит одно из самых завораживающих научных событий, и рассказывают, благодаря чему ракеты сохраняют скорость, не переворачиваются и преодолевают силу притяжения.

Как устроен реактивный двигатель

Русский революционер и изобретатель Николай Кибальчич создал первый в мире проект аппарата с реактивным двигателем. Однако ученый был казнен. В начале XX века эту идею стал развивать К.Э. Циолковский. Ученый разработал саму схему реактивного двигателя, который работал на жидком топливе.

Ракета способна обеспечивать собственное движение в пустоте за счет реактивной силы. То есть она самостоятельно толкает себя, подобно осьминогу или кальмару. Процесс воспламенения смеси в двигателе является непрерывным — это пример простого твердотопливного двигателя. Еще один тип ракетного двигателя — жидкостный. В нем используется жидкий кислород или азотная кислота, при окислении этого вещества увеличивается удельный импульс — показатель эффективности реактивного двигателя или ракетного топлива.

Несмотря на всю сложность конструкции современных космических кораблей, ракета — один из самых простых летательных аппаратов. В основе ее устройства лежит принцип, согласно которому всякое действие рождает противодействие. Ракета летит, выбрасывая определенное вещество из своей хвостовой части. Несмотря на всю эту простоту, ракеты разрабатывались и совершенствовались в течение более чем семисот лет.

Луис Блумфилд. «Как все работает. Законы физики в нашей жизни»

Луис Блумфилд в своей книге «Как все работает. Законы физики в нашей жизни» приводит в пример движение по скользкому льду. Единственный способ сдвинуться — получить какой-то толчок от самого себя. Необходимо бросить кроссовок, и вы начнете двигаться в противоположную сторону. Вы передали импульс брошенной обуви, и она обратно передала его вам. «Величина импульса кроссовка равна величине вашего противоположно направленного импульса. Естественно, ваша масса намного больше массы кроссовка, поэтому вы двигаетесь гораздо медленнее, чем он», — объясняет Блумфилд.

Движение ракеты предполагает действие двух равных и противоположно направленных сил

Аналогично этому работает реактивный двигатель. Топливо и окислитель попадают в рабочую камеру, смешиваются, сгорают в зоне горения, выделяя огромное количество тепла, которого достаточно для движения.

Траектория полета

Многие убеждены, что ракеты взлетают вертикально, однако это не так. Ракетное топливо может закончиться через 10 минут, а при вертикальном взлете этого времени просто не хватит для выхода на орбиту.

Современные ракеты взлетают вертикально на самом первом этапе, а далее меняют траекторию и двигаются под углом по отношению к Земле. Чем выше высота полета, тем заметнее угол. Ракета совершает гравитационный разворот — маневр, при котором направление тяги совпадает или противоположно направлению движения, изменяющемуся под действием силы тяжести. Этот маневр используется в момент выведения на орбиту или при посадке с нее.

Ускорение ракеты, взлетающей под углом к горизонту: g — ускорение свободного падения, ae — вклад двигателя в ускорение, a — итоговое ускорение ракеты

Как обеспечивается устойчивость ракеты

«Ракета сохраняет динамическую устойчивость, если суммарный момент приложенных к ней сил относительно центра масс равен нулю при ориентации носом вперед», — объясняет Луис Блумфилд. Иными словами, для того чтобы ракета постоянно двигалась носом вперед и не переворачивалась, двигатель должен создавать силу тяги, которая направлена к центру масс. Второе условие устойчивости — действие аэродинамических сил. Воздушный поток обволакивает ракету и помогает лететь, если сопротивление воздуха у хвостовой части больше, чем спереди. Для устойчивого полета модели ракеты необходимо, чтобы центр тяжести модели ракеты был впереди ее центра давления.

Действие трех скоростей

Нет однозначного ответа на вопрос, с какой скоростью летит ракета. Все зависит от ее типа, загрузки и так далее. Однако все летальные аппараты стараются достигнуть космической скорости — первой (7,9 км/с), второй (11,2 км/с) и, соответственно, третьей (46,9 км/с). Первая позволяет «не упасть» и выйти на орбиту, вторая — выйти из орбиты Земли, третья — преодолеть притяжение. Чем дальше объект, с которого стартует ракета, находится от звезды, тем меньше третья космическая скорость. Например, американский космический зонд «Вояджер-1» движется со скоростью 17 км/с.

Существует и четвертая космическая скорость. Она необходима для того, чтобы объект мог преодолеть притяжение Галактики и выйти в межгалактическое пространство. Например, около Солнца четвертая космическая составляет 550 км/с.

Любовь Карась

Теги

#конструктор

#полет

#космонавтика

#космос

#ракета

#физика

Каких скоростей достигают ракеты и спутники космические аппараты )

содержание

Какова скорость космической ракеты?

Чтобы иметь возможность выйти на орбиту, ракета должна развить скорость около 28. 440 7,9 км/ч, чтобы избежать земного притяжения, которое всегда тянет ее вниз. Это скорость, необходимая телу для обращения вокруг Земли: около 28.440 км/с (или XNUMX XNUMX км/ч).

Какой скорости достигают ракеты и спутники?

Ракеты: Средняя скорость 40.320 11047,9 км/ч, чтобы избавиться от гравитационного притяжения Земли, то есть достичь космической скорости. Спутники: Скорость искусственного спутника составит XNUMX км/ч.

Какова скорость спутника в космосе?

Таким образом, с течением времени они остаются в одном и том же положении относительно Земли. Его высота составляет около 35 860 км, расстояние от центра планеты — около 42 230 км, а скорость — около 11 000 км/ч.

Какова скорость ракеты до Луны?

(пилот ML Eagle). «Аполлон-11» стартовал 16 июля в 9:32. Поездка длилась 4 дня, на скорости 38,6 XNUMX км/ч.

Какой максимальной скорости достигает космический корабль?

Согласно информации космического агентства США, в прошлое воскресенье (21) космический корабль совершил свой десятый облет нашей звезды вокруг Солнца, достигнув максимальной скорости 163 км/с, что эквивалентно 586 XNUMX км/ч.

Какой максимальной скорости достигает космический корабль?

Солнечный зонд Parker, принадлежащий НАСА, совершил еще один великий подвиг, который показывает, насколько высок технологический прогресс. Космический корабль развил невероятную скорость 393 XNUMX км/ч, что сделало его самым быстрым объектом, когда-либо созданным человеком.

Какой самый быстрый космический корабль в мире?

Узнайте, где находится зонд «Вояджер-1», который считается самым быстрым космическим кораблем в мире. Зонд «Вояджер-1», который был запущен НАСА в 1977 году и считался самым быстрым космическим кораблем, когда-либо отправленным в миссию, озадачивает ученых Американской космической организации.

Какая самая мощная космическая ракета?

Ракета NASA Space Launch System (SLS), самая мощная в мире, стартовала в среду из Флориды и направилась к Луне в ходе первой беспилотной миссии в рамках программы космического агентства США Artemis.

Какое топливо используют космические ракеты?

Основными видами топлива, используемыми в ракетах и ​​спутниках, являются гидразин, являющийся горючим, и четырехокись азота, вещество, вызывающее реакцию горения. Эти вещества хорошо работают в ракетных топливах, но имеют недостатки.

Какова скорость в космосе?

Согласно общей теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном, пространство и время сливаются воедино и поэтому ничто не может двигаться быстрее скорости света — почти 300 тысяч километров в час.

Какова самая высокая скорость, когда-либо достигнутая?

Но обладателем рекорда самого быстрого полета в истории является не он, а его «брат»: SR-71 Blackbird. Достигнута скорость? Впечатляющие 3,56 Маха, что в 3,56 раза превышает скорость звука или 3.862 км/ч.

Какая скорость в космосе?

«Максимальная скорость для всего в нашей Вселенной имеет значение: 300 XNUMX километров в секунду», — сказал британский физик-теоретик Джим Аль-Халили в радиопрограмме Би-би-си «Любопытные случаи Резерфорда и Фрая», когда его спросили о возможности того, что что-то может двигаться быстрее, чем свет.

Что будет, если ракета упадет на Луну?

Однако удар придется на ту сторону Луны, которая не видна с Земли. Ракета, вероятно, распадется при ударе и создаст воронку диаметром от 10 до 20 метров.

Сколько времени от Земли до Луны на ракете?

Каково время в пути от Земли до Луны? Астронавты были отправлены к Луне третьей ступенью Сатурна V, отделившись от остальной части ракеты и путешествуя в течение трех дней, пока не вышли на орбиту Луны.

Каково расстояние от Земли до Луны?

«Вояджер-1» — американский космический зонд, запущенный в космос 5 сентября 1977 года для изучения Юпитера и Сатурна и далее в межзвездное пространство.

Какой самый быстрый объект во Вселенной?

Список астрономических рекордов

Какой самый быстрый объект в мире?

Запущенный в 2018 году солнечный зонд Parker развил скорость 393.044 XNUMX км/ч. Зонд НАСА Parker Solar Probe недавно побил собственный рекорд как самый быстрый объект, когда-либо созданный людьми.

Какова скорость самолета?

Если в настоящее время крейсерская скорость самолета составляет около 850 км/ч, как у некоторых Boeing 737, то, например, DC-8, производство которого началось в конце 1950-х годов, достигла почти 950 км/ч.

Сколько времени нужно ракете, чтобы покинуть атмосферу?

Сколько времени нужно ракете, чтобы покинуть землю? При нынешних двигательных технологиях такой полет занимает у космического корабля около трех дней. Расстояние от Земли до других планет Солнечной системы колеблется от трех световых минут до примерно пяти световых часов.

Сколько лошадиных сил у космической ракеты?

Это 44. 000.000 XNUMX XNUMX лошадиных сил.

Почему у НАСА нет больше космических челноков?

Космические шаттлы были выведены из эксплуатации после завершения последнего полета Атлантиды 21 июля 2011 г. Транспортное средство и ракетный комплекс, использовавшиеся для его запуска, еще несколько лет назад были самой мощной машиной, созданной людьми. более 7 000 000 фунтов мощности при запуске.

Какова самая высокая скорость в мире?

Tuatara, серийный автомобиль, который SSC считает самым быстрым в мире, побил свой рекорд скорости, достигнув (невероятно) 474,8 км/ч. Модель преодолела собственную январскую отметку в 455 км/ч.

Какова скорость ракеты Сатурн V?

Ракета «Сатурн-XNUMX» состояла из трех ступеней.

Первый этап, названный S-IC, отвечал за начальный набор высоты и преодолел почти 58 км со скоростью до 9. 900 км/ч. У него было пять двигателей F1, которые потребляли керосин и жидкий кислород и обеспечивали общую тягу 7.503.000 XNUMX XNUMX фунтов силы.

Сколько двигателей у ракеты?

мощные двигатели

Каждое из трех ядер ракеты состоит из девяти двигателей Merlin D1, также произведенных SpaceX. Несмотря на свои небольшие размеры (конечно, по сравнению с размером остального космического корабля), эти устройства обладают сверхмощностью.

Какой запас топлива у ракеты?

Основная ступень SLS содержит два топливных бака — один для жидкого кислорода и один для жидкого водорода. Вместе они имеют мощность 2.7 млн ​​литров топлива для двигателей.

Каков вес ракеты?

Сокол 9

Сколько литров бензина лететь на Луну?

Количество топлива для достижения Луны составляет более 8 миллиардов литров. По данным НАСА, количество топлива, необходимое космическому шаттлу для достижения Луны, составляет 728 тонн.

Что заставляет ракету взлетать?

Принцип работы ракетных двигателей основан на третьем законе Ньютона. Чтобы двигаться вверх, ракеты выбрасывают вниз огромные струи нагретого газа. Таким образом, по закону действия и противодействия выбрасываемые газы толкают ракету вверх.

Какова скорость обращения вокруг Земли?

Средняя орбитальная скорость Земли составляет 29,78 км/с, максимальная — 30,29 км/с, минимальная — 29,29 км/с.

Какова скорость пространства и времени?

Даже когда исходный референт движется по отношению к другому референту, он продолжает двигаться с той же скоростью 299.792.458 XNUMX XNUMX метров в секунду (м/с), где время, используемое в определении, — секунда.

Какова скорость преодоления гравитации?

Я читал в статье, что «СКОРОСТЬ ПОБЕГА» Земли составляет 40.320 XNUMX км/ч, то есть все, что летит в космос, должно достичь этой скорости, чтобы избежать гравитационной силы, создаваемой землей, верно?

Какие самые высокие скорости достигаются?

Абсолютный рекорд скорости, достигнутый рукотворным объектом, зафиксировал Гелиос-2 (еще один космический зонд). Запущенный в 1976 году с целью изучения солнечных процессов, он может развивать скорость до 252.792 XNUMX км/ч.

Какой самый быстрый от 0 до 100 в мире?

Топ-10: Самые быстрые автомобили с 0 до 100 км/ч (2023 г.)

• 1) Tesla Model S Plaid – 2,1 с.
• 2) Ferrari SF90 Stradale и SF90 Spider – 2,5 с.
• 3) Porsche 911 Turbo S – 2,7 с.
• 4) Lamborghini Aventador SVJ – 2,8 с.
• 5) McLaren 765LT – 2,8 с.
• 6) Porsche Taycan Turbo S – 2,8 с.
• 7) McLaren 720S Spider – 2,9 с.

Какие самые высокие скорости?

Скорость света в вакууме в настоящее время определена как 299.792.458 XNUMX XNUMX м/с. Это, по сути, самое быстрое, что человечество испытало в настоящее время.

Какая самая высокая скорость?

В 1905 году немецкий ученый Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света 299,792,458 XNUMX XNUMX метров в секунду является постоянной и непревзойденной.

Почему Луна никогда не покидает Землю?

Скорость Луны касается ее пути вокруг Земли, поэтому она находится в своего рода вечном нисходящем движении и никогда не достигнет поверхности Земли. Значение его скорости достаточно велико, чтобы оставаться на орбите, следуя кривизне Земли.

Что заставляет Луну парить?

Вы знаете, почему предметы плавают на Луне? На Луне нет атмосферы. Это связано с тем, что сила гравитации там очень низкая, что затрудняет удержание газов, которые обычно образуются вокруг небесного тела. По этой причине мы видим в фильмах, что космонавты как бы «летают».

Сколько времени нужно, чтобы полететь в космос?

Сколько времени нужно, чтобы отправиться в космос? При нынешних двигательных технологиях такое путешествие занимает у космического корабля около трех дней. Расстояние от Земли до других планет Солнечной системы колеблется от трех световых минут до примерно пяти световых часов.

Какая скорость в космосе?

«Максимальная скорость для всего в нашей Вселенной имеет значение: 300 XNUMX километров в секунду», — сказал британский физик-теоретик Джим Аль-Халили в радиопрограмме Би-би-си «Любопытные случаи Резерфорда и Фрая», когда его спросили о возможности того, что что-то может двигаться быстрее, чем свет.

Какая самая мощная космическая ракета?

Ракета NASA Space Launch System (SLS), самая мощная в мире, стартовала в среду из Флориды и направилась к Луне в ходе первой беспилотной миссии в рамках программы космического агентства США Artemis.

Сколько времени нужно ракете, чтобы покинуть атмосферу?

Сколько времени нужно ракете, чтобы покинуть землю? При нынешних двигательных технологиях такой полет занимает у космического корабля около трех дней. Расстояние от Земли до других планет Солнечной системы колеблется от трех световых минут до примерно пяти световых часов.

Какова посадочная скорость космического корабля?

В этом диапазоне высот он мог достигать почти 29 000 км/ч.

Число Маха

— Ответы Число Маха

— Ответы

+ Только текстовый сайт + Версия без Flash + Свяжитесь с Гленном Для начинающих Руководство по Ракетам Число Маха Ответы Используйте определение числа Маха, полученного из слайда числа Маха и информация в деятельности по определению скорости ракеты летит со скоростью 3 Маха на уровне моря. ~2280 миль/ч или 3669 км/ч. Преобразовать море скорость уровня звука, 760 миль/ч, от единиц миль/ч до км/ч. ~1223 км/ч. Давайте проведем небольшое исследование, чтобы определить, как скорость ракета меняется во время полета на орбиту. Мы установили небольшое устройство сбоку от ракеты для измерения число Маха свободного потока. Данные представлены ниже в время после запуска и измеренное число Маха. Преобразуйте эти данные в скорость (км/ч) при условии, что скорость звука остается неизменной как скорость, которую вы вычислили в задаче № 2 : Время с Маха Скорость, км/ч 60 1,0 1223 120 2,8 3424 180 4,5 5504 240 6,5 7950 300 9,0 11007 Мы знаем, что температура и скорость звука изменяются с высота, поэтому давайте исправим наши данные для этого эффекта. У нас есть некоторые дополнительные данные радара, которые дают высоту наша ракета во время ее подъема. Использовать Симулятор AtmosModeler для определения фактическую скорость звука на каждой высоте и рассчитать более точную значение скорости ракеты: Время с Маха Высота м Скорость звука, км/ч Скорость Ракеты, км/ч 60 1,0 1000 1211 1211 120 2,8 2500 1190 3332 180 4,5 5000 1154 5193 240 6,5 15000 1062 6903 300 9,0 30000 1098 9882   Компьютерное моделирование RocketThrust использовалось для моделирования выхлопа из сопло главного двигателя космического корабля (SSME). Выходное число Маха равно 4,54, а выходная скорость 12 250 футов/сек. A. Какова скорость звука в выхлопе (фут/сек)? Скорость звука на выходе = 2698 футов/сек B. Как это соотносится со скоростью звука в воздухе на уровне моря, выражается в футах/сек? Воздушная скорость звука = 1115 футов/сек C. Как вы думаете, почему они разные? Выхлоп из сопла ракеты имеет гораздо более высокую температуру. Выхлоп не воздух (азот, кислород и т.д.), это в основном пар (H3O) который имеет совсем другие химические свойства, чем воздух. Связанные сайты: Стандарты обучения Деятельность Рабочий лист Rocket Index Rocket Home Exploration Systems Mission Directorate Home   + Горячая линия генерального инспектора + Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха + Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности + Закон о свободе информации + Повестка дня президентского руководства + Заявление НАСА о конфиденциальности, отказ от ответственности, и сертификация доступности       Редактор: Том Бенсон Официальный представитель НАСА: Том Бенсон Последнее обновление: 13 мая 2021 г. + Свяжитесь с Гленном

С какой скоростью люди могут безопасно путешествовать в космосе?

Загрузка

Предельные пределы | Космос

(Изображение предоставлено НАСА)

Адам Хадхази, 10 августа 2015 г.

Текущий рекорд скорости держится 46 лет. Когда он будет побит, спрашивает Адам Хадхази.

W

Мы, люди, одержимы скоростью. Последние месяцы, например, принесли новости о том, что студенты в Германии побили рекорд скорости электромобиля, и что ВВС США планируют разработать гиперзвуковые реактивные самолеты, которые будут двигаться со скоростью, более чем в пять раз превышающей скорость звука — это скорости в превышение 3,790 миль в час (6100 км/ч).

На этих самолетах не будет экипажа, но не потому, что люди не могут летать на таких высоких скоростях. На самом деле, люди уже путешествовали во много раз быстрее, чем 5 Маха. Однако существует ли какой-то предел, за которым мчащиеся тела больше не могут выдерживать напряжение скорости?

Текущий рекорд скорости человека принадлежит трем астронавтам, участвовавшим в миссии НАСА «Аполлон-10». На обратном пути с круга вокруг Луны в 1969 году капсула астронавтов достигла пика 24,79.0 миль в час (39 897 км/ч) относительно планеты Земля. «Я думаю, сто лет назад мы, вероятно, и представить себе не могли, что человек может путешествовать в космосе со скоростью почти 40 000 километров в час», — говорит Джим Брей из аэрокосмической фирмы Lockheed Martin.

Даже экологически чистые автомобили быстро проходят гоночные трассы; но человечеству придется стать намного быстрее, чтобы исследовать Вселенную. Брей — директор проекта пилотируемого модуля «Орион» в американском космическом агентстве НАСА. Космический корабль «Орион» предназначен для доставки астронавтов на низкую околоземную орбиту и является хорошей ставкой для корабля, который побьет 46-летний рекорд скорости, на которой мы когда-либо путешествовали.

Система космического запуска, новая ракета, которая доставит космический корабль Орион ввысь, должна совершить свою первую миссию с экипажем в 2021 году — облет астероида, захваченного на лунной орбите, — с многомесячной миссией на Марс, затем в ближайшем будущем. В настоящее время конструкторы предполагают типичную максимальную скорость Orion около 19 900 миль в час (32 000 км/ч). Но рекорд скорости «Аполлона-10» можно было бы превзойти, даже если придерживаться базовой конфигурации «Ориона». «Орион предназначен для многих различных направлений в течение всего срока службы», — говорит Брей. «Его скорость вполне может быть намного выше, чем мы планируем сейчас».

Однако даже Орион не будет представлять собой пик нашего скоростного потенциала. «Нет реального практического предела скорости, с которой мы можем путешествовать, кроме скорости света», — говорит Брей. Свет мчится со скоростью около миллиарда километров в час. Можем ли мы надеяться безопасно преодолеть разрыв от 40 000 км/ч до этих скоростей?

Удивительно, но скорость, определяемая как скорость движения, сама по себе не представляет для нас физической проблемы, если она относительно постоянна и направлена ​​в одном направлении. Следовательно, люди должны — теоретически — иметь возможность путешествовать со скоростью, чуть меньшей «предела скорости Вселенной»: скорости света.

Но если предположить, что мы сможем преодолеть серьезные технологические препятствия в создании более быстрых космических кораблей, нашим хрупким, состоящим в основном из воды, телам придется столкнуться с серьезными новыми опасностями, связанными с такими высокоскоростными путешествиями. Также могут возникнуть спекулятивные опасности, если люди достигнут скорости, превышающей скорость света, либо путем использования лазеек в известной физике, либо посредством открытий, разрушающих парадигму.

Выдерживая перегрузки

Как бы мы ни разгонялись до скорости более 40 000 км/ч, нам придется терпеливо набирать ее (и снижать). Быстрое ускорение и замедление могут быть смертельными для человеческого организма: посмотрите на телесные повреждения в автомобильных авариях, когда мы переходим от десятикилометровой скорости к нулю за несколько секунд. Причина? Свойство Вселенной, известное как инерция, при котором любой объект с массой сопротивляется изменению своего состояния движения. Эта концепция классно выражена в первом законе движения Ньютона: «объект в состоянии покоя остается в покое, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует внешняя сила».

«Для человеческого организма постоянство полезно, — объясняет Брей. «Мы должны беспокоиться об ускорении».

Пилотов тестируют в таких центрифугах, чтобы узнать, какие перегрузки может выдержать их тело (Фото: Science Photo Library) к скорости и направленным изменениям. К ним относятся временная потеря зрения и ощущение свинца или невесомости. Причиной являются перегрузки, иначе называемые гравитационными силами или даже просто перегрузками. Это единицы ускоряющей силы, действующей на массу, например человеческое тело. Один G равен притяжению Земли к центру планеты на 9 градусов.0,8 метра в секунду в квадрате (на уровне моря).

Перегрузки по вертикали, с головы до ног или наоборот, могут быть действительно плохими новостями для пилотов и пассажиров. Кровь скапливается в головах тех, кто подвергается отрицательной перегрузке, от пальцев ног до головы, вызывая ощущение переполнения, как при стойке на руках. «Покраснение» наступает, когда опухшие от крови полупрозрачные нижние веки поднимаются вверх, закрывая зрачки. И наоборот, когда ускорение положительное, от головы до ног, глаза и мозг испытывают кислородное голодание, поскольку кровь скапливается в нижних конечностях. Сначала возникает затуманенное зрение, называемое «серым оттенком», за которым следует полная потеря зрения или «потемнение». Эти высокие G могут прогрессировать до полных обмороков, называемых G-индуцированной потерей сознания (GLOC). Многие авиационные смерти происходят из-за того, что пилоты теряют сознание и разбиваются.

В среднем человек может выдержать длительную нагрузку примерно в пять g с головы до пят, прежде чем потерять сознание. Пилоты, одетые в специальные костюмы с высокой перегрузкой и обученные напрягать мышцы туловища, чтобы кровь не хлестала из головы, все еще могут управлять своим самолетом с нагрузкой около девяти g. «В короткие промежутки времени человеческое тело может выдержать намного больше, чем девять G», — говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Аэрокосмической медицинской ассоциации, базирующейся в Александрии, штат Вирджиния. «Но чтобы поддерживать это в течение длительного периода времени, не так уж много людей могут это сделать».

Мы, люди, можем терпеть гораздо более сильные перегрузки без тяжких телесных повреждений хотя бы на мгновение. Рекорд по мгновенным перегрузкам принадлежит Эли Бидингу-младшему, капитану американских ВВС. В 1958 году он проехал на ракетных санях задом наперёд и зафиксировал на нагрудном акселерометре 82,6g, когда сани разогнались примерно до 34 миль в час (55 км/ч) за одну десятую секунды. Бидинг потерял сознание, но пострадал лишь от синяков на спине, что является замечательной демонстрацией гибкости тела.

В космос

Астронавты, в зависимости от их транспортного средства, также испытывают довольно большие перегрузки — от трех до восьми при взлете и входе в атмосферу соответственно. Эти G-силы в основном являются мягкими перегрузками спереди назад благодаря умной практике привязывать космонавтов к сиденьям, обращенным в направлении их движения. Достигнув постоянной крейсерской скорости около 16 150 миль в час (26 000 км/ч) на орбите, астронавты чувствуют свою скорость не больше, чем пассажиры коммерческого самолета.

Космический корабль «Орион» должен иметь защиту толщиной в фут из-за опасности миниметеоридов. (Фото: НАСА)

быть. Эти биты размером с зерно могут развивать впечатляющую скорость почти 186 000 миль в час (300 000 км/ч). Для защиты корабля и его экипажа «Орион» имеет защитный внешний слой толщиной от 18 до 30 см, а также другие экраны и продуманное размещение оборудования. «Чтобы мы не потеряли критически важную систему полета, для всего космического корабля мы должны смотреть, под каким углом может прилететь микрометеороид», — говорит Брей.

Безусловно, микрометеороиды — не единственное препятствие для будущих космических миссий, в которых, вероятно, будет задействована более высокая скорость передвижения человека. В миссии на Марс необходимо будет решить другие практические вопросы, в том числе снабжение экипажа продовольствием и повышенный риск развития рака в течение всей жизни из-за воздействия космического излучения. Однако сокращение времени в пути смягчило бы эти проблемы, что сделало бы очень желательным более быстрый подход.

Космические путешествия, новое поколение

Потребность в скорости создаст новые препятствия. Новые корабли НАСА, которые могут поставить под угрозу рекорд скорости «Аполлона-10», по-прежнему будут полагаться на проверенные химические ракетные двигательные установки, используемые с самых первых космических миссий. Но такие системы имеют серьезные ограничения скорости из-за небольшого количества энергии, которую они выделяют на единицу топлива.

Итак, ученые признают, что для достижения значительно более высоких скоростей передвижения людей, направляющихся на Марс и дальше, потребуются новые подходы. «Системы, которые у нас есть сегодня, будут достаточно хороши, чтобы доставить нас туда, — говорит Брэй, — но вы хотели бы увидеть революцию в двигателях».

Эрик Дэвис, старший физик-исследователь Института перспективных исследований в Остине и участник программы НАСА «Прорыв в физике двигателей», шестилетнего исследовательского проекта, завершившегося в 2002 году, описывает три наиболее многообещающих средства — при условии, что традиционная физика — за доведение человечества до разумных скоростей межпланетных путешествий. Короче говоря, это высвобождающие энергию явления деления, слияния и аннигиляции антиматерии.

Первый метод — это расщепление атомов, как это делается в коммерческих ядерных реакторах. Второй, термоядерный синтез, объединяет атомы в более тяжелые атомы — реакция, которая питает Солнце, и технология, которая остается заманчиво недосягаемой; «Всегда на расстоянии 50 лет», как гласит старый девиз отрасли.

«Эти технологии продвинуты, — говорит Дэвис, — но они представляют собой обычную физику и хорошо зарекомендовали себя с самого начала атомной эры». Оптимистично, что различные силовые установки, основанные на концепциях деления и термоядерного синтеза, теоретически могут разогнать судно до 10% скорости света — крутая скорость 62 000 000 миль в час (100 000 000 км/ч).

Полет со скоростью 5 Маха не проблема, но 60 миллионов в час представляют собой другую проблему. Когда две материи вступают в контакт, они уничтожают друг друга как чистая энергия. Технологии производства и хранения (по общему признанию, незначительных) количеств антиматерии существуют уже сегодня. Тем не менее, для производства антивещества в полезных количествах потребуются специальные установки следующего поколения, и перед предполагаемым космическим кораблем возникнет множество инженерных проблем. Но Дэвис говорит, что на чертежной доске много хороших идей.

С двигателями, работающими на антиматерии, космический корабль может разгоняться в течение нескольких месяцев или лет до очень высоких процентов скорости света, поддерживая G на допустимом уровне для пассажиров. Однако эти фантастические новые скорости чреваты новыми опасностями для человеческого организма.

Энергичный град

На скорости в несколько сотен миллионов километров в час каждая пылинка в космосе, от случайных атомов газообразного водорода до микрометеороидов, становится мощной пулей, врезающейся в корпус корабля. «Когда вы движетесь на высокой скорости, это эквивалентно частице, движущейся на вас с высокой скоростью», — говорит Артур Эдельштейн. Он работал со своим покойным отцом Уильямом Эдельштейном, профессором радиологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса, над статьей 2012 года, посвященной изучению влияния атомов космического водорода на сверхбыстрый космический полет.

Несмотря на плотность всего около одного атома на кубический сантиметр, окружающий космос водород превратился бы в бомбардировку интенсивного излучения. Водород рассыплется на субатомные частицы, которые попадут в корабль, облучая экипаж и оборудование. При скоростях около 95% света облучение было бы почти мгновенным смертельным. Звездный корабль также нагревался бы до температуры плавления практически любого мыслимого материала, а вода в телах экипажа мгновенно закипала бы. «Все это неприятные проблемы», — шутит Эдельштейн.

Он и его отец примерно подсчитали, что, если исключить какое-то гипотетическое магнитное экранирование для отвода смертоносного водородного дождя, звездолеты могут двигаться со скоростью не более половины скорости света, не убивая людей, находящихся на борту.

Марк Миллис, физик-двигатель и бывший руководитель программы НАСА «Прорыв в физике движения», предупреждает, что это потенциальное ограничение скорости движения человека остается далекой проблемой. «Исходя из уже накопленных физических данных, скоростей, превышающих 10% скорости света, будет очень трудно достичь», — говорит Миллис. «Нам пока ничего не угрожает. Если использовать аналогию, нам не нужно беспокоиться о том, что мы утонем, если мы еще даже не можем добраться до воды».

Быстрее света?

Если предположить, что мы научимся плавать, так сказать, сможем ли мы когда-нибудь научиться бороздить пространство-время, расширяя аналогию, и путешествовать со сверхсветовыми (сверхсветовыми) скоростями?

Астронавты Аполлона-10, вероятно, самые быстрые люди в истории, но как долго? (НАСА)

Присущая сверхсветовому царству живучесть, хотя и спекулятивная, не обходится без некоторых грамотных выстрелов в темноте. Один интригующий сценарий сверхсветовой скорости работает как «варп-двигатель» из «Звездного пути». Названный двигателем Алькубьерре, он включает в себя сжатие нормального пространства-времени, описанного эйнштейновской физикой, перед космическим кораблем и его расширение позади. По сути, корабль находится внутри куска пространства-времени — «варп-пузыря», который движется быстрее скорости света. Корабль, однако, остается в покое в своем кармане нормального пространства-времени, избегая любого нарушения универсального предела скорости света. «Вместо того, чтобы плыть по воде» обычного пространства-времени, говорит Дэвис, двигатель Алькубьерре «будет нести вас, как серфера, едущего по гребню волны на доске для серфинга».

Загвоздка: концепция требует экзотической формы материи, обладающей отрицательной массой, чтобы сжимать и расширять пространство-время. «Физика не запрещает отрицательную массу, — говорит Дэвис, — но примеров этому нет, и мы никогда не видели ее в природе». Еще одна загвоздка: в статье 2012 года исследователи из Сиднейского университета предполагают, что варп-пузырь будет собирать высокоэнергетические космические частицы, поскольку он неизбежно взаимодействует с содержимым Вселенной. Некоторые частицы попадут в сам пузырь, обрушив на корабль радиацию.

Застрял на субсвете?

Мы навсегда застряли на субсветовых скоростях из-за нашей хрупкой биологии? Ответ важен не только для установления нового рекорда скорости человеческого мира (галактического?), но и для перспективы того, что наш вид когда-либо станет межзвездным обществом. При ограничении скорости в полсвета, которое исследование Эдельштейна устанавливает для наших тел, путешествие к ближайшей звезде занимает больше, чем 16-летнее путешествие туда и обратно. (Эффект замедления времени, при котором для летящего экипажа звездного корабля в их системе отсчета пройдет меньше времени, чем для людей, оставшихся дома на Земле в другой системе отсчета, не будет драматическим эффектом при полусветовой скорости.)

Миллис надеется. Видя, как человечество изобрело скафандры с высокой перегрузкой и защиту от микрометеороидов, чтобы обеспечить безопасное путешествие на ужасных скоростях в великой синеве там и в усеянной звездами черноте космоса, он думает, что мы изобретем способы выжить, какие бы границы скоростей мы не встретили в следующий раз.

«Технологии, которые могут обеспечить непредвиденные новые скорости перемещения, если физики будущего обнаружат, что такие технологии возможны, — говорит Миллис, — также дадут нам новые, непредвиденные возможности для защиты экипажей».