Плазменные ракеты — революция исследования космоса

Плазменные ракеты

Древние люди видели в этом связь с богами, сказочные ветра, которые дули из царства духов.

Современная наука объясняет это полярное световое явление, так называемое полярным сиянием, следствием огромной волны электрифицированного газа следующего в нашу сторону от Солнца.

Сегодня исследователи нового поколения видят это динамическое вещество, плазму, источник энергии, который может в один прекрасный день стать топливом для человеческой экспансии в космос.

Чему мы можем научиться, и как далеко мы можем зайти, исследовав странное и неуловимое четвёртое состояние материи?

С самого начала ракетостранения, мы опирались на те основные технологии, которые были в то время. Заполните цилиндр химическими веществами, а затем зажгите их и сделайте контролируемый взрыв. Сила взрыва и будет являтся тем, что толкает ракету вверх.

 Не забывайте включить русские субтитры!

В настоящее время, химические ракеты являются единственными, с достаточной тягой, чтобы преодолеть гравитацию Земли и вывести полезный вес на орбиту. Но они не очень эффективны. Чем тяжелее нагрузка, тем больше топлива ракете необходимо, чтобы поднять его в космос. Но чем больше топлива ракета несет, тем больше топлива она требует. Для дальних миссий, большинство космических аппаратов по существу полагаются на свою начальную скорость запуска к месту назначения. Траектории планируют так, что дают кораблю гравитационный маневр, направив его вокруг Луны или другой планеты.

Одна небольшая группа ученых полагает, что есть более быстрый и эффективный способ передвигаться в космосе. Доктор Бен Лонгмьер и его команда из Университета Мичигана поехал в Фэрбенкс, Аляска провести исследование, которое дало бы больший толчок к революции космических путешествий и исследований.

Команда планирует использовать накачаные гелием воздушные шары для отправки компонентов ракетных двигателей нового типа на высоту более 30 километров, преодолев более 99% земной атмосферы.

Цель состоит в том, чтобы проверить эти компоненты в суровых условиях космоса. В то время как астронавты тренируются, живут и работают в невесомости, или выходят в космос в громоздких костюмах, эти потенциальные исследователи космоса готовятся к исследованиям в самом жестком земном климате. Как только они запустят новые компоненты, они должны быть готовы найти их, когда те упадут вниз в районе Аляски в огромной снежной пустыне.

Идея, которую они исповедуют является отнюдь не революционной. ITOs тип ракеты, который будет иметь гораздо большую дальность, чем другие ракеты, и достаточно мощный,чтобы достичь далекой цели. Она работает на том же топливе, что использует природа, в буквальном смысле, во Вселенной.

Немного истории

Чтобы понять это, мы вернемся в самое начало времен и пространства. Вскоре после Большого взрыва, Вселенная была наводнена огромными запасами водородного газа. Но даже когда Вселенная продолжала расширяться, гравитация начала собирать сгустки материи все плотнее и с большей концентрацией. Самые ранние звезды сложились из огромных шаров водорода, в сотни раз превышающих массу нашего Солнца. Обусловленные внутренними процессами, они нагреваются и горят. Интенсивное излучение теперь начинает распространяться в пустоте. Это имело эффект, на всем протяжении существования Вселенной, выделение электронов из первичного газа. Вселенная стала заполняться, не твердыми тела, жидкостью или газа, а четвертым состоянием: плазмой.

На нашей планете плазму можно наблюдать только в редких случаях: в горячем пламени, молния, или в электрическом трансформаторе. Состоит она из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов, и плазма, в большинстве случаев электрически нейтральна, поскольку заряды уравновешивают друг друга.

Это привело физика Ирвинг Ленгмюра в 1920 году сравнить плазму с прозрачной жидкостью, плазмой, которая несет кровь в клетки нашего тела.

Развитие радио привели к открытию, высоко над Землей, естественной плазмы в ионосфере. Она парит над нами, отражая некоторые радиочастоты и поглощая другие.

Открытие огромных радиационных поясов за пределами нашей атмосферы открыло путь к изучению плазмы в пространстве. В отличие от большинства веществ на Земле, плазма проводит электричество и реагирует на магнитные поля. Эти свойства влияют на формирование таких структур, как галактики и туманности. Они излучают высокоскоростные потоки, превращаясь в новорожденные звезды или черные дыры.

Плазма и Солнце

Исследования вблизи гигантской поверхности Солнца показывают, что плазма это сложные и летучие вещества. В ядре нашего солнца, при высоких температурах и давлении создается дробление атомов водорода и их уничтожение. В следствии этого происходят ядерные реакции, в которых атомы водорода сливаются в более тяжелые вещества, как гелий и углерод, генерируя тепло. Это тепло медленно поднимается к поверхности Солнца в огромные столбы плазмы. Вы можете быть свидетелями этого процесса, который называется конвекцией, в эксперименте с каплями и гранулами.

Они похожи на верхушки ураганов. Даже сейчас, когда энергия создается в ядре, гравитация и плотность Солнца не позволяет ей выплеснуться наружу в полной мере. Что заставляет энергию выливаться наружу, так это магнитные поля, порождаемые движением горячей плазмы. Плазма крутится и вращается, направляя энергию на поверхность. Поля могут достигать огромной мощности и состоять из петель горячего газа, около 60000 градусов по Цельсию, возвышаясь над поверхностью Солнца и падая обратно.

Солнце также извергает гигантские потоки плазмы, что вылетают из его поверхности. Называясь выбросами корональной массы, они могут доходить до 6 миллионов миль в час, когда они мчатся по всей Солнечной системе. Когда солнечные волны, встречаются с магнитным полем Земли, а солнечные частицы заряжены, их часть следует согласно направлению магнитного поля Земли. Доходя до полюсов, они мчатся вниз в атмосферу.

Вы знаете, это происходит, когда вы видите красивые северные сияния на на крайнем севере. Они появляются, когда заряженные солнечные частицы сталкиваются с молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы, заставляя их светиться синим, красным и зеленым в зависимости от высоты.

Летая в термосфере, примерно в 350 километрах над землей, космонавты на международной космической станции замирают видя, как переливается полярное сияние, на фоне свечения звезд и городов в ночное время.

Свойства плазмы

Взрывные свойства плазмы, это тот вопрос, которым занимается NASA, и команда Бена, а также компания Astra из Хьюстона, Техас. Потому что плазма не встречаются в природе на Земле, задача состоит в том, чтобы воссоздать ее, а затем использовать в ракетном двигателе. В лаборатории, команды сделают это путем введения аргона в камеру. Они бомбят его радиоволнами, которые высвобождают электроны из газа и превращают их в плазму. Смесь электронов и ионов ускоряется, по мере того, как движется через магнитное поле, создаваемое сверхпроводящими магнитами. Тогда происходит второй взрыв радиоволн, который нагревает это до миллионов градусов Цельсия. Этот взрыв горячей плазмы и разгоняет корабль.

В рамках своего процесса проектирования, Бен и команда тестировали некоторые специализированные ракетные компоненты в суровых условиях космоса. Простое крепление будет нести массу новых датчиков. Также там есть колония бактерий. Много крошечных камер GoPro преобразуют в записи интенсивность инфракрасного и ультрафиолетового излучения обычно скрытых для человеческого глаза. Аргон используется для изоляции инструменты от холода, а химические пакеты для сохранения тепла. Кадр стабилизируют с помощью крошечных гироскопов, а также шар оснащен GPS для отслеживания координат.

Плазменные ракеты

Идея использования плазменных ракет не является новой. Польский физик Станислав Улам, как говорят, был вдохновлен испытаниями атомной бомбы в 1940-х годах. Он предположил, что волны плазмы из небольших ядерных взрывов могут продвинуть ракетоноситель на экстремальных скоростях. В 1950 году эта идея переросла в теорию изучения Солнечной системы в космических кораблях типа этого 360-тонного корабля, направлявшегося к Марсу. Идея получила финансирование и переросла в проект Орион, с замыслом движения космических аппаратов с ядерными импульсами и посадкой на Марсе уже через месяц. Опасения по поводу радиоактивных выхлопов погубили проект.

Плазменные ракеты с импульсами от ядерных реакций, были возрождены в Дедал и Нерв-проекты. 1960-х годов, и снова в начале этого века в рамках полета на спутник Юпитера - Европу. Рост цен убил и эту миссию.

Сейчас усилия полагаются на простые, гораздо менее дорогостоящие методы. Их полезная нагрузка будет подниматься всю ночь до высоты более 100.000 футов. После попав под низкое давление воздуха, воздушный шар взорвется и полезная нагрузка вернется на парашюте на землю.

Они точно знают, где она находится. Но это не означает, что добраться до нее будет просто. Поход занимает почти весь день. Езда по хорошо утоптанной тропе к точке, примерно в семи милях от их цели. Остаток пути будет проходить по лесам и горам. Смелую попытку пройти по глубокому снегу команда предпринимает в пределах двух миль от цели. На следующий день, поход на снегоступах и, наконец, они достигают цели. Этой команде стоило целого дня, чтобы найти ракетные компоненты.

Реальные исследовавния могут разрабатываться частной компанией, Ad Astra, и могуть начаться уже в начале 2016 года. Это нужно нашей планете.

Полет на высоте триста пятьдесят километров, Международная космическая станция делает оборот вокруг Земли каждые полтора часа. Чтобы оставаться на орбите, она должен поддерживать скорость в 28000 километров в час. Но солнечные панели и модуль экипажа подобно крошечным молекулам в верхних слоях атмосферы, которые постепенно замедляются и теряют высоту. Чтобы находиться в воздухе, станция потребляет около 4000 кг топлива в год. Это топливо приходится завозить с Земли, что, в свою очередь, уменьшает количество пищи, воды, людей, и оборудования, снабжение всего полета.

Идея заключается в использовании плазменных ракетных двигателей, чтобы помочь станции ускориться на большую высоту. Они будут использовать электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями на борту станции. Бен также работает над менее мощными ракетоносителями для меньших космических аппаратов. Идея состоит в том, чтобы смонтировать их на крошечные, размером с рабочий стол устройства, называемые Cube Sats.

Основываясь на этой миниатюрной модели, он планирует отправку небольших ракет на солнечных батареях к удаленному месту в Солнечной системе для сбора научных данных, поиска полезных ископаемых, или даже для поиска доказательств жизни.

Отсюда и идея о том, что в один день масштабы технологий вырастут и станет возможной отправка человека с миссией на Марс.

После нескольких недель, проведенных для ускорения на орбите Земли, ракета остановится на Марсе. Уменьшение времени полета от года до нескольких месяцев приведет к снижению затрат и опасности экипажа. Конечной целью Бена является, ускорить совершенствование совершенно нового подхода к космическим миссиям.

Май 2012 является важной датой в становлении свободного предпринимательства в пространстве. Компания SpaceX успешно пристыковала беспилотную капсулу с Международной космической станцией. Из этого следует, что шесть месяцев спустя произошла первая удачная миссии по снабжению МКС. И это только начало. Сейчас NASA присматривается к компаниями, которые могут поставлять на орбиту грузы, и быть долгосрочными партнерами в будущем для пилотируемых полетов за пределы Луны.

В надежде заработать большие деньги, компании разрабатывают орбитальный формы проживания и космические аппараты, которые будут вести разработку природных ископаемых в космосе, и также туризм.

Для Бена, эта новая космическая гонка будет все быстрее и все технологичнее. Сегодня, благодаря погоде и ветре, он и его команда решили запустить свою полезную нагрузку со зрелищного ледника Руфи в Denali National Park. В условиях пересеченной местности, это огромные реки льда несутся вниз, превращаясь в прекрасную естественную взлетно-посадочную полосу. Сумерки приближаются, воздушный шар с полезной нагрузкой готовы. Воздушный шар дрейфует вверх сквозь плотный полярный воздух. Позже ночью он упадет, достигнув края пространства.

Между тем, над головами бушует солнечная буря. На борту Международной космической станции, астронавт Дон Петтит делает наблюдения в дополнение к эксперименту Бена и его команды. МКС проходит над Арктикой несколько раз во время подъема шара. Полярные сияния на фотографиях — показатель количества солнечных частиц, которые будут влиять на ракетнын компоненты Бена. Время высокой солнечной активности, приближаясь к пику 11-летнего цикла.

Арктика вся играет кольцами танцующих огней, занавесами из зеленого, красного и синего цветов. Этот вселенский эксперимент проводится на грани современной науки, в которой доминируют крупные международные проекты, такие как космический телескоп Хаббл, Международная Космическая станция или Большом адронный коллайдер.

И тем не менее, это небольшая работа, Бен и команда считают, что они способны на что-то большое. Их цель не только открыть новые пути освоения космического пространства, но на самом деле перехватить инициативу. Эта романтическая идея делает вызов трудностям, перечеркивая все границы.

С технологиями, которые становятся все мельче и мощнее, кто сможет сдерживать это новое поколение Исследователей?

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.
Brainvideo