Космическая одиссея 2081: как земляне будут осваивать космос
Основные направления развития
По предварительным оценкам, к 2030 году мировой космический рынок будет составлять £400 млрд (примерно ₽40 трлн). На данный момент это самый дальний прогноз, и говорить о дальнейших вкладах в индустрию пока невозможно. Но предполагается, что к 2081 году цифра только продолжит расти. В космическую отрасль приходят государственные и частные компании, и все они смотрят в одном направлении развития. На ближайшие 60 лет участники космических исследований ставят себе шесть основных целей:
- Автоматизация и роботизация исследований космоса в пределах и за пределами Солнечной системы;
- Развитие мощных телескопов для изучения глубинного космоса;
- Открытие новых планет, в том числе пригодных для жизни;
- Разработка и создание инновационных космических аппаратов;
- Космический туризм;
- Полеты на соседние и дальние планеты и их последующая колонизация.
Прямо сейчас американский ровер Perseverance ищет признаки жизни на Марсе, беспилотный космический зонд New Horizons почти покинул пределы Солнечной системы, а в Чили строится чрезвычайно большой телескоп, аналогов которому нет в мире. Коммерческие компании двух самых богатых людей планеты, SpaceX Илона Маска и Blue Origin Джеффа Безоса, вкладывают миллиарды долларов в развитие космоса и разрабатывают технологии для космических полетов. Разбираемся, к чему могут привести все эти разработки.
Частные полеты в космос
Частные космические путешествия уже сейчас не кажутся сказкой. Первый космический турист Дэннис Тито отправился на МКС еще в 2001 году. С того момента путешественниками стали еще семь человек. Один из них — американец Чарльз Симони — побывал в космосе дважды.
В будущем ожидается полноценное развитие этой отрасли. NASA планирует открыть туристический сектор на МКС и отправлять на станцию до двух коротких миссий в год. Ведомство идет на сотрудничество с частными компаниями и совместно со SpaceX планирует коммерческие полеты на орбиту уже в 2021 году. Трое туристов в сопровождении профессионального астронавта проведут на МКС восемь дней.
Другие частные компании, такие как Blue Origin и Virgin Galactic, развивают суборбитальные космические полеты. Путешественники такого корабля облетят планету без выхода на орбиту искусственного спутника Земли и вернутся обратно. Один полет займет порядка десяти минут.
Корабли для космического туризма только начинают развиваться. Можно предположить, что к 2081 году полеты на ракете станут такой же обыденностью, как на самолете. Люди смогут летать вокруг Земли по выходным, отправляться на МКС в отпуск, парить в невесомости и наслаждаться видом сквозь окно иллюминатора.
Обратно на Луну
Первая экспедиция отправилась на Луну в 1969 году. Спустя 50 лет космические исследователи вновь смотрят в сторону этого направления. Луна находится относительно близко к Земле — ближе всех других космических объектов. На нее можно отправлять астронавтов и следить за тем, как длительное пребывание на спутнике влияет на состояние их здоровья. Это поможет тщательней спланировать полеты на отдаленные планеты.
На Луне могут быть смоделированы ситуации по нехватке земных ресурсов. Исследователи будут учиться пополнять топливо, кислород и продукты, используя только те материалы, которые есть на поверхности спутника. Это также пригодится для дальнейших путешествий на далекие планеты. Человек научится независимости в космосе: ему не понадобится постоянно привозить ресурсы с Земли, что особенно актуально при колонизации планет за пределами Солнечной системы.
К 2081 году Луна может стать пересадочным пунктом между планетами или функционировать как заправочная станция. Астронавт Скотт Келли считает, что на Луне откроется база для кораблей, летящих на Марс. А американский писатель Энди Вейер уверен, что Луну можно колонизировать. По его словам, города на Луне появятся раньше, чем на Марсе, и она станет первым покоренным космическим объектом.
Несмотря на то, что люди уже побывали на спутнике Земли, его поверхность еще хранит в себе научные загадки. Например, ученые заинтересованы водным льдом в районе южного полюса Луны. По их предположениям, он может содержать в себе следы жизни. Исследования поверхности Луны могут перерасти в масштабные археологические раскопки. Уже сейчас к ним подключаются компании из разных стран: от Израиля до Японии и Индии. Учитывая растущий интерес коммерческого сектора к космической отрасли в будущем можно ожидать и роста исследований от частных компаний.
Колонизация далеких планет
Профессор планетологии и астробиологии в Биркбеке Ян Кроуфорд считает колонизацию Марса вполне реальной, но добавляет, что сначала необходимо набраться компетенций и опыта на Луне. Открыть на ней новые технологии и только потом лететь на дальние планеты. Для успешного покорения других планет нужно изучить влияние невесомости и космической радиации на человека и найти решения для комфортной жизни в разных частях космоса.
Советница NASA Ариэль Вальдман считает, что человечество должно объединить свои усилия для переселения на Марс и другие планеты. Она надеется, что колонизация не вызовет большие политические дебаты и будет похожа на миграцию в другую страну. Якоб Ланге, партнер архитектурного бюро Bjarke Ingels Group думает, что для начала людям нужно ответить на вопрос: как они хотят жить на других планетах: чтобы окружающая реальность была похожа на фильм из научной фантастики или напоминала земную архитектуру?
Идея отправить людей на Марс и другие планеты существует давно, но Генри Херцфельд, директор Института космической политики Университета Джорджа Вашингтона считает, что мы не можем говорить о ее осуществлении, пока не освоим новые технологии. Сложно говорить о дальнейшем видении картины, если мы не можем найти способ долгосрочного удержания человека в космосе. По его мнению, наше будущее пребывание в космическом пространстве зависит от того, какой бюджет будет уходить в отрасль и на какие цели будут его тратить. Чем больше будет вложений, тем быстрее мы освоим новые технологии и сможем переехать на другие планеты.
Ближайшие космические миссии
Продолжительный успех освоения космоса зависит от результатов, которые мы получим из ближайших миссий. Предлагаем список экспедиций, за результатами которых стоит следить.
- JOICE — 2022. Автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства отправится к Юпитеру и будет исследовать планету и ее спутники в течение трех лет.
- Psyche — 2022. Космическая миссия отправится к металлическому астероиду, который вращается вокруг Солнца между Марсом и Юпитером. Это железо-никелевое ядро, аналогичное тому, что находится в центре нашей планеты. Его изучение поможет узнать, как формируются планеты земного класса.
- Europa Clipper — 2025. Миссия изучит спутник Европа газового гиганта Юпитера. Ученые планируют выяснить, может ли ледяная луна поддерживать условия жизни.
- Plato — 2026. Космический телескоп Plato отправится исследовать экзопланеты и искать желтых и оранжевых карликов, подобных нашему Солнцу.
Источник
Межзвездные путешествия будут возможны раньше, чем вы думаете
Когда-то у человечества были амбиции, которые приводили к таким невероятным проектам, как первый полет человека в космос или миссия на Луну. Следующим шагом будет колонизация планет, а затем и межзвездное путешествие. Инициатива Breakthrough Starshot становится преемником человеческих амбиций и обещает проложить нам путь к ближайшим звездам.
Готовы к путешествию?
Breakthrough Starshot, детище российского предпринимателя-миллиардера Юрия Мильнера, стал известен в апреле 2016 года на пресс-конференции, в которой поучаствовали известные физики, в том числе Стивен Хокинг и Фримен Дайсон. И хотя проект пока нельзя назвать полноценным, предварительный план подразумевает отправку тысяч чипов размером с почтовую марку на больших серебристых парусах, которые сначала выйдут на земную орбиту, а затем будут ускорены наземными лазерами.
За две минуты лазерного разгона космический аппарат ускорится до одной пятой скорости света — в тысячу раз быстрее любого искусственного аппарата за всю историю человечества.
Каждый аппарат будет лететь 20 лет и собирать научные данные о межзвездном пространстве. Достигнув планет в звездной системе Альфы Центавра, встроенная цифровая камера будет фотографировать в высоком разрешении и отправлять снимки на Землю, позволяя нам взглянуть на наших ближайших планетарных соседей. В дополнение к научным знаниям мы можем узнать, подходят ли эти планеты для колонизации человека.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Команда, которая занимается Breakthrough Starshot, такая же впечатляющая, как и технологии. В совет директоров входят Мильнер, Хокинг и Марк Цукерберг, создатель Facebook. Роль исполнительного директора занимает Пит Уорден, бывший директор научно-исследовательского центра Эймса при NASA. Несколько известных ученых, включая нобелевских лауреатов, консультируют проект, а Мильнер положил 100 миллионов долларов собственных средств, чтобы работа началась. Вместе с коллегами они инвестируют более 10 миллиардов долларов в течение нескольких лет, чтобы работа завершилась.
Хотя вся эта затея кажется совершенно научно-фантастической, нет никаких научных препятствий для ее реализации. Это, впрочем, не обязательно должно произойти завтра: для того чтобы Starshot был успешным, необходим ряд достижений в области технологий. Организаторы и ученые-консультанты верят в экспоненциальный прогресс и в то, что Starshot реализуется в течение 20 лет.
Дальше вы найдете список из одиннадцати технологий Starshot и какие надежды на их экспоненциальное развитие в течение следующих двадцати лет возлагают ученые.
Обнаружение экзопланет
Экзопланета — это планета за пределами нашей Солнечной системы. Хотя первое научное обнаружение экзопланеты состоялось только в 1988 году, на 1 мая 2017 года было обнаружено 3608 экзопланет в 2702 планетарных системах. Хотя некоторые из них напоминают планеты в Солнечной системе, среди них есть много необычных, например, с кольцами в 200 раз шире колец Сатурна.
В чем причина такого наводнения открытий? Существенное совершенствование телескопов.
Всего 100 лет назад крупнейшим телескопом в мире был телескоп Хукера с зеркалом в 2,54 метра. Сегодня Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории состоит из четырех больших телескопов диаметром 8,2 метра и являет собой самую продуктивную наземную астрономическую установку, выдающую по одной научной статье на экспертный обзор в день.
Ученые используют ОБТ и специальный инструмент для поиска твердых внесолнечных планет в потенциально обитаемой зоне звезды. В мае 2016 года ученые, использующие телескоп TRAPPIST в Чили, нашли не одну, а сразу семь экзопланет земных размеров в потенциально обитаемой зоне.
Между тем в космосе космический аппарат NASA Кеплер, специально разработанный для этой задачи, уже идентифицировал более 2000 экзопланет. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который будет запущен в октябре 2018 года, обеспечит беспрецедентное представление о том, могут ли экзопланеты поддерживать жизнь. «Если у этих планет есть атмосфера, JWST станет ключом к раскрытию их секретов», говорит Дуг Хадгинс, ученый программы экзопланет в штаб-квартире NASA в Вашингтоне.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Затраты на запуск
Это поможет решить многие трудности.
Starchip
Каждый 15-миллиметровый Starchip («звездный чип») должен содержать большой массив хитроумных электронных устройств, таких как система навигации, камера, лазер связи, радиоизотопная батарея, мультиплексор камеры и ее интерфейс. Инженеры надеются, что смогут ужать все это в маленьком аппарате размером с почтовую марку.
В конце концов, первые компьютерные чипы в 1960-х годов содержали горстку транзисторов. Благодаря закону Мура, сегодня мы можем уместить миллиарды транзисторов на каждом чипе. Первая цифровая камера весила несколько килограммов и делала 0,01-мегапиксельные изображения. Сегодня сенсор цифровой камеры делает высококачественные цветные изображения в 12 мегапикселей и умещается в смартфоне — наряду с другими сенсорами вроде GPS, акселерометра и гироскопа. И мы видим, как эти улучшения просачиваются в освоение космоса с появлением небольших спутников, обеспечивающих нам качественные данные.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Для успеха Starshot нам понадобится, чтобы масса чипа составляла около 0,22 грамма к 2030 году. Но если улучшения будут продолжать приходить такими же темпами, прогнозы предполагают, что это вполне возможно.
Легкий парус
Парус должен быть сделан из материала, который будет иметь высокую отражательную способность (чтобы набрать максимальный импульс от лазера), минимально поглощающий (чтобы не сгорел от тепла) и при этом очень легкий (позволял быстро разогнаться). Три эти критерия чрезвычайно важны, и в настоящее время подходящего материала для них просто не существует.
Необходимые достижения могут прийти от автоматизации искусственного интеллекта и ускорения обнаружения новых материалов. Такая автоматизация дошла до того, что методы машинного обучения сегодня могут «генерировать библиотеки кандидатов на подходящие материалы в десятки тысяч позиций» и позволяют инженерам определить, за какие стоит бороться и какие стоит тестировать при определенных условиях.
Хранение энергии
Хотя Starchip будет использовать крошечную радиоизотопную батарею в течение своего 24-летнего путешествия, нам все равно понадобятся обычные химические батареи для лазеров. Лазерам потребуется высвобождать колоссальную энергию в короткие сроки, а значит энергию придется хранить в батареях поблизости.
Аккумуляторы улучшаются примерно на 5-8% в год, хотя мы часто не видим этого, потому что уровень потребления энергии растет. Если батареи продолжат улучшаться в таком темпе, через двадцать лет они будут в 3-5 раз более емкие, чем сегодня. Другие инновации могут последовать за крупными инвестициями в сферу аккумуляторов. Совместное предприятие Tesla и Solar City уже поставило 55 000 в Кауаи, чтобы запитать большую часть своей инфраструктуры.
Лазеры и их применение
Тысячи мощных лазеров будут использоваться для продвижения аппарата вместе с парусом.
Лазеры подчинялись закону Мура почти так же, как интегральные схемы, умножая мощность вдвое через каждые 18 месяцев. За последнее десятилетие произошло резкое ускорение масштабирования мощности диодных и волоконных лазеров. Первые пробили 10 киловатт из одномодового волокна в 2010 году и 100-киловаттный барьер через несколько месяцев. В дополнение к сырой мощи нам также нужен успех в объединении фазированных матричных лазеров.
Скорость в космосе
Наша способность быстро двигаться… двигалась быстро. В 1804 году был изобретен поезд и очень скоро набрал неслыханную скорость в 100 километров в час. Космический аппарат «Гелиос-2» затмил этот рекорд в 1976 году: в самый быстрый момент «Гелиос-2» удалялся от Земли на скорости 356 040 км/ч. Спустя 40 лет космический аппарат «Новые горизонты» достиг гелиоцентрической скорости в 45 километров в секунду (более 200 000 километров в час). Но даже если двигаться с такой скоростью, потребуется много времени, чтобы добраться до Альфы Центавра за четыре световых года от нас.
Хотя разгон субатомных частиц до околосветовой скорости стал обычным делом для ускорителей частиц, макроскопические объекты так разогнать не получалось. Достижение 20% скорости света станет 1000-кратным увеличением скорости для любого объекта, построенного человеком.
Хранение памяти
Основой для расчетов стала способность хранить информацию. Starshot будет зависим от продолжающегося снижения стоимости и размеров цифровой памяти, чтобы обеспечить достаточное пространство для хранения своих программ и изображений, сделанных в звездной системе Альфа Центавра и ее планет.
Стоимость памяти снижалась экспоненциально в течение десятилетий: в 1970 году мегабайт стоит около миллиона долларов; сейчас — сущие копейки. Размер, необходимый для хранения, также сжался: от 5-мегабайтового жесткого диска, загружаемого в 1956 году при помощи вилочного погрузчика, до 512-гигабайтных USB-накопителей весом в несколько граммов.
Телекоммуникация в космосе
Как только Starchip сделает снимки, их нужно будет отправить на Землю для обработки.
Телекоммуникации существенно прогрессировали с тех пор, как Александр Грэм Белл изобрел телефон в 1876 году. Средняя скорость интернета сегодня — около 11 мегабит в секунду. Пропускная способность и скорость, необходимая для отправки цифровых изображений за 4 световых года — 40 триллионов километров — потребуют последних достижений в области телекоммуникаций.
Крайне многообещающей является технология Li-Fi, беспроводная передача которой обещает стать в 100 раз быстрее Wi-Fi. Также проводятся эксперименты в области квантовых телекоммуникаций, которые не будут быстрыми, но зато безопасными.
Вычисления перед полетом
Последним шагом проекта Starchip будет анализ данных, возвращаемых космическим аппаратом. Для этого нам придется положиться на экспоненциальное развитие вычислительной мощности, которая увеличилась в триллион раз за последние 60 лет.
Снижение стоимости вычислений в последнее время сильно связывают с облаками. Заглядывая в будущее и используя новые методы вычислений вроде квантовых, мы можем ожидать тысячекратного увеличения мощности к тому времени, когда Starshot будет возвращать данные. Такая исключительная вычислительная мощность позволит нам выполнять сложное научное моделирование и анализ нашей ближайшей соседней звездной системы.
Источник