Sommeren 2019 så 50-årsjubileet for Apollo 11-oppdraget, da folk først gikk på overflaten av Månen. Ingeniørfag og teknologi utviklet seg takket være to hesteløp mellom USA og Sovjetunionen, og sistnevnte var pionerer på alle felt. Denne krigen har blitt drevet av tvil, frykt og et forsøk på å være 'bedre' enn det andre landet. Men som alle sprinter til mållinjen, kunne ikke tempoet fortsette, og hasten gikk snart over. Men nå er det et nytt løp - ikke land, selskaper. Kapitalisme, vekst og forretningsmuligheter nye drivstoff og mål er enda større: ikke bare til månen, men til Mars og videre.

Et sammendrag av det siste romløpet

Akkurat hva is Hva om "romløp"? I dag og tid lanserer den en rakett som fører satellitter ut i rommet. omtrent 200 ganger hvert år og flere romfartøyer som kjøres over eller rundt andre planeter i solsystemet vårt. Så ideen om å ha et løp i verdensrommet eller rommet kan virke ganske rart, men å gå tilbake for 60 år siden var situasjonen: veldig annerledes.

I dag og i tid sendes en rakett som fører satellitter ut i rommet, som forekommer omtrent 200 ganger hvert år.

Bare to land hadde muligheten til å skyte ut noe i verdensrommet: USA og Union of Soviet Socialist Republics (bedre kjent som Sovjetunionen). Den første kjente menneskeskapte gjenstanden som nådde verdensrommet, Tysk V2-rakettDen ble lansert av Nazi-Tyskland i juni 1944, i de siste dagene av andre verdenskrig. Det var ingen vitenskapelige mål bak testen; Det var en ren militærøvelse og nådde en høyde på 109 km før den returnerte direkte til jorden.







Teknologien bak V2 ble brukt av både USA og Sovjetunionen etter at den innhentet forskere, ingeniørteknikere og tekniske planer på slutten av andre verdenskrig. USA med tysk design Støtfangerrakett Programmet oppnådde sin bragd etter 4 år, bare noen få måneder etter Sovjetunionen.

Imidlertid må et raskt ord sies om hvor nøyaktig grenselinjen for plass er. For eksempel satte US Air Force og NASA dette til en høyde på 80,5 km, GJØRE (en global organisasjon som registrerer suksesser i luft- og romfart) Theodore von Kármán teoretisk definisjon omtrent 100 km for å starte rommet. Atmosfærisk tetthet i begge høyder er veldig lav: 99% av jordens atmosfære er under denne sonen, så bevinget flytur er faktisk umulig.




Bare det å gå ut i rommet var ikke de to landenes største bekymring da de siktet seg mot å komme i bane. Med den kan de plassere gjenstander utenfor rekkevidden til en hvilken som helst jagerfly som raskt kan bane rundt planeten for å fange bilder eller levere en bevæpnet nyttelast. Med andre ord, militær Konfliktene i Korea og Vietnam på 1950-tallet førte til en desperat haster i løpet, sammen med en enorm vekst i atomvåpenforsøk og økende politiske spenninger mellom USA og Sovjetunionen.




Det kritiske vendepunktet i alle disse var Sovjetunionens Sputnik 1 - første gjenstand for å fullføre banen til planeten vår. Faktisk gjorde det mer enn tusen baner før den atmosfæriske luftmotstanden kom tilbake, men i 3 uker sendte 180 kg (85 kg) satellitten et enkelt radiosignal som sa "Jeg er her" til verden.




Romløpet hadde virkelig begynt.

Sovjetunionen fortsatte deretter med å oppnå en serie store 'førstegangs':

De utviklet de første soldriftene på samme tid (på 1960-tallet), selv om det nå virker som Amerika bare lener seg tilbake og lar noen andre ta all ære; første kommunikasjon, satellitt- og værsatellitter; de nådde også først Mars (Sovjetunionen nådde Venus for noen år siden) og utførte den første omløpsmøtet og kaien.




Den faktiske målstreken for det første romløpet var uten tvil Månen. Da sovjeterne nådde vår naturlige satellitt (og da vi gjorde det, ble vi imponert av over 7000 km / t), ble det det åpenbare målet ment for et permanent sted i historien, ikke bare av militære årsaker. President John F. Kennedy i mai 1961 Kjent tale til kongressen, med den udødelige linjen:

"Jeg tror denne nasjonen må oppnå sitt mål om å lande en mann på månen og returnere ham trygt til jorden før slutten av dette tiåret."

Siden det ble sagt bare en måned etter Yuri Gagarin,Poyekhali! ' og hvis den sirklet rundt jorden i rommet, virket det nesten umulig å oppnå på bare ni år; og likevel, som vi alle vet, i hånden 5 måneders erstatning.

Takket være dette presidentmålet, drivkraften og engasjementet til tusenvis av forskere, og en sunn dollarhaug, lanserte Apollo-romprogrammet en rekke nye tekniske utviklinger, spesielt innen databehandling, materialer og rakettteknologi. Så, for å sette scenen for denne artikkelen om det nye romfartsløpet, la oss ta en rask titt på dem.

Ny teknologi for gammel vakt

Sent på 1950-tallet og tidlig på 60-tallet, digital datamaskinmekaniske og analoge systemer var i bruk før og i løpet av denne perioden, men enten manglet de nødvendige prosesseringsmulighetene for å administrere et komplekst raketsystem, var for skjøre til å være avhengige av tusenvis av miles i rommet, eller var langt borte, Irak Det er for stort til å brukes i noe romfartøy.

Heldigvis for Apollo-programmet monolitiske integrerte kretser (aka a brikke) ble oppfunnet for bare noen få år siden, og tempoet i utviklingen deres kunne produseres i tilstrekkelig kvalitet og tilstrekkelig mengde til å bli brukt til å danne grunnlaget for datamaskiner for å administrere rakettens styresystemer.

Fra begynnelsen til midten av 1960-tallet brukte forskere ved Massachusetts Institute of Technology den nye oppfinnelsen til å lage en kraftig (omtrent 85 000 operasjoner per sekund), kompakt (bare 70 kg eller 32 kg vekt) og veldig pålitelig datamaskin. Det kan se helt arkaisk ut etter dagens standarder, men det var perfekt for NASAs krav og ble brukt i multitasking i nesten 10 år. Det ble offisielt kalt AGC, Apollo veiledning datamaskin.

Datamaskinens drift og utgangsskjerm, DSKY (Vis-og-tastatur); Oppføringen av et program ble gjort med bare to kommandoer (verb ve Navn) og tilhørende tall. Den enkelheten var dens styrke: astronauter kan få nye programmer fra bakkekontroll, komme raskt inn, og de trenger ikke å bekymre seg for at de ikke er de nyeste informatikerne.

Flere "kjerner" er ikke noe nytt

Alle datamaskiner trenger selvfølgelig minne, og AGC var ikke annerledes - Bare les lagring (ROM) for å holde driftsprogramvare, kjernetau minne. Tenk på det som et håndvevd teppe der tusenvis av trådstrenger vikles rundt eller tres gjennom små metallløkker.

Disse syklusene Fargerav en kretskomponent trykk transformator og avhengig av hvordan strengene er vevd rundt kjernene, vil transformatoren produsere en nullutgang (0) eller en firkantbølgeutgang (1) - dvs. hver kjerne vil i hovedsak generere 1 bit lagringsplass.

AGC, som styrer romfartøyet Apollo 11, er på 540 kilobit (36 864 sett med 16 kjerner - 15 for data, 1 for paritetskontroll) designet av ROMs MIT-forskere, og all programvare designet av MIT-forskere er omhyggelig produsert. På Raytheons fabrikker.

I tillegg til ROM hadde AGC også en liten mengde omskrivbar lagring, bare 30 kilobit magnetisk kjerneminne. Som med strukturen og operasjonen som ligner på kjernetauhukommelsen, brukte denne grunnleggende, men pålitelige RAM-en elektromagnetisk induksjon i kjernene for å generere verdier på 0 og 1 for hver bit.

I motsetning til den nyeste teknologien som brukes til å kontrollere flysystemer i Apollo-rommet, Sovjetunionen Globus IMP navigasjonsenhet. Denne "urverk" -datamaskinen er overraskende sofistikert og har vært i bruk i nesten 40 år (men med betydelige revisjoner underveis).

Det er verdt å merke seg at i motsetning til NASAs AGC, styrer ikke Globus-maskinen romfartøyet direkte. Tidlige romoppdrag i Sovjetunionen ble automatisert og / eller styrt fra jorden - kosmonauter var bokstavelig talt for kjøring. Romfartøyet forble imidlertid i radiokontakt med oppdragskontroll i en ganske liten periode i hver bane, og den girdrevne Globus-datamaskinen ga et robust system for å opprettholde riktig posisjon og gi mannskapet den nødvendige informasjonen for å endre posisjon, om nødvendig.

Datamaskiner er tilbake til verden

Den banebrytende bruken av datamaskiner var ikke bare for å kontrollere raketter. Gå vekk terra firmaNASA brukte IBMs nyeste maskiner til å behandle data returnert fra oppdrag, og for den første landingen på Månen, System / 360-91s dette tallet knitret.

Dette var virkelig bemerkelsesverdige maskiner - de var blant de første til å utføre dyp instruksjonsrørledning og utføring av ordre, i stand til å utføre 32-biters hel- og 64-biters flytende punktoperasjoner med opptil 16 millioner beregninger per sekund. Systemminnet varierte fra 2 til 4 MiB og hadde flere minnekanaler for å forbedre lese- / skriveytelsen.

Jordkontrollcomputere i Sovjetunionen var like avanserte. Det sovjetiske vitenskapsakademiet designet og bygde en maskin, som NASA også brukte IBMs superdatamaskiner for å få full effekt på Apollo-programmet. BESM-6), som er en parallell kommandolinje og 48-biters prosessor med flytende punkt (heltalloperasjoner utført av samme enheter).

Selv om det ikke samsvarte med systemet / 360, når det gjelder klokkehastighet og minne (adressebussen var bare 15 bits bred sammenlignet med IBMs 21-bit), var den fortsatt en veldig dyktig datamaskin - slik at de forble, som de fleste sovjetiske teknologier, i nesten to tiår.

Fremgangen i datateknologi har gjort disse maskinene historie på bare to tiår (for eksempel Intels 80486 CPU, utgitt i 1989, kunne håndtere 20 millioner instruksjoner per sekund og adressere 4096 MiB RAM), men i dag har den evner som ingeniører kunne drømme om på 1960-tallet. eier ingen gjeld takket være den hektiske forskningen og utviklingen i USA og Sovjetunionen.

Materialer for mennesker og maskiner

Digital elektronikk var ikke de eneste områdene som så utvikling og fremgang. For å fullføre det 8-dagers oppdraget til overflaten og baksiden av Månen, trengte mannskapet 3 romskip og 3 raketter. Når det gjelder førstnevnte, er disse:

  • Apollo Command and Service Module (CSM) - dette var hjemmet til astronauter i flukt og inneholdt også hydrogen og oksygen som var nødvendig for luft, vann og elektrisitet
  • Apollo Lunar Module (LM) - Maskinen som tar Neil og Buzz til månen og bane
  • Apollo A7L - selvstendig romdrakt for å gå på månen

Det kan virke litt rart å tenke på romdrakten i samme lys som CSM / LM, men de hadde en veldig lik funksjon: holde mannskapet i live i rommet. Disse besto av en beholder under trykk for å takle de avkjølende lagene - i direkte sollys kunne temperaturene på månen nå 120 ° C - beskyttelse mot mikrometeoritter og grov måneskinn og mangel på atmosfære. .

Komplette sett er designet og produsert av International Latex Corporation (ILC), et selskap som spesialiserer seg på produkter som bruker polymer og silisiumdioksydmaterialer. A7L brukte hele spekteret: latexgummi; polyetylentereftalatfibre; polyimidfilmer; nikkel og kromlegeringer; skall av polykarbonat; gullbelagte polysulfonplater.

NASA og forskjellige produsenter fortsetter å gjøre handelsavtaler, mange av dem vi kjenner og bruker til og med i dag.

A7L var så vellykket for ICL at den generelle strukturen fremdeles er i bruk, selv om den er sterkt modifisert for gjeldende krav til oppdrag på den internasjonale romstasjonen.

Gjennom konstruksjonen av Saturn V-raketten ble spesielle materialer brukt, inkludert et vell av aluminium, titan og stållegeringer. Det var totalt 3 trinn: den første, som brukte raffinert parafin og flytende oksygen til drivstoff, ville bare ta 2 minutter, men det ville være nok til å akselerere raketten til en hastighet på 5000 km / t.

Den andre fasen var mindre og mindre kraftig, og brente flytende hydrogen og oksygen i 6 minutter for å øke hastigheten ytterligere 10.000 km / t.

Den siste fasen, i likhet med den andre, ble brukt til å sette raketten i jordbane og deretter gå tilbake til månen.

Fullt drivstoff, den totale strukturvekten oversteg 6 millioner pund (ca. 3000 tonn) og var 111 meter lang. Den har fortsatt rekorden for den største og kraftigste raketten noensinne er bygget.

Saturn mener at bredden på V er veldig viktig for at Apollo-programmet skal fungere, så Lunar Module hadde en tørr masse på mindre enn 4500 kg, og steder var komposittmaterialer ikke tykkere enn en brusvegg. Designkriterier for sikkerhet var faktisk ikke 'trygt uansett', men 'gjorde det trygt nok'.

Sovjetunionen utviklet også en stor rakett. N1Selv om de ikke var i samme skala som Saturn V, var de tre første lanseringsforsøkene mislykkede, og hele prosjektet var fulle av konflikter, egoer og politikkriger og mangel på riktig finansiering.

Da Apollo-programmet ble avsluttet i 1972, prøvde Sovjetunionens ingeniører forgjeves i flere år å få suksess fra raketten, men den ble skrotet ut uten fantasi til 1975.

Månen: For langt, for dyrt

Drevet av suksessen til ingeniørene sine på 1960-tallet, planla NASA flere nye post-Apollo-programmer, inkludert permanente romstasjoner og en base på månen, gjenbrukbare kjøretøyer og kjernefysiske raketter, og et bemannet oppdrag til Mars.

Disse ble presentert for president Nixon og hans administrasjon tidlig på 1970-tallet, og avgjørelsen ble et åpenbart nei til alle gjenbrukbare kjøretøyer. I Apollo v2.0-programmet ble håpet om å komme tilbake til månen kategorisk redusert.

Det gjenbrukbare kjøretøyprosjektet vil fortsette på slutten og Romferge-programmet (også en midlertidig romstasjon skylab), men en ting var klar: i stedet for å sikte på å lande mennesker på et annet objekt, ville det ikke være penger til å sette folk på bakken mer enn Low Earth Orbit.

I 1973 kostet Apollo-programmet 25 milliarder dollar (minst 5 milliarder fra estimatet fra 1961 og mer enn det dobbelte av de opprinnelige estimatene), og NASA mottok nesten halvparten av budsjettet hvert år. For å forstå hvor mye penger dette er, gikk det amerikanske føderale budsjettet for året USA først på månen. 180 milliarder dollar.

Dette utgiftsnivået ville aldri være bærekraftig, og verken USA eller Sovjetunionen hadde råd til å overta folks drømmer om å leve på Månen eller Mars. Romfart skulle være mye mer kostnadseffektivt, spesielt sammenlignet med Apollo, som oversteg $ 300 millioner dollar som dekker håndverk, drivstoff, personell, etc. for hvert flyoppdrag.Verdsettelse ca 1974, 1,5 milliarder dollar i 2019).

Hver Saturn V-rakett var faktisk unik, ikke designet for å bli masseprodusert, og hver gjennomgikk flere revisjoner for å løse problemer med tidligere flyreiser. Ingen deler av raketten kan gjenbrukes; Den eneste delen som kom tilbake til jorden var Command Module, og de så aldri tjenesten igjen etter oppdraget.

NASA løste for det meste håp om å gjøre romfartsrutine og lønnsom med den gjenbrukbare romfergen (bare den viktigste oransje bensintanken ble kastet bort på hver flytur); Etter Sovjetunionens sammenbrudd og senere den gamle staten har Russland gjort det Buran), men ingen av dem nådde de høye målene til et romfartøy som kunne brukes om og om igjen. Feil skyldes enten grunnleggende designproblemer, driftskostnader eller mangel på finansiering for utvikling.

Russland forlot Buran-programmet i 1993 og NASA trakk seg tilbake fra Shuttle-flåten i 2011, og da kostet hvert oppdrag mer enn 400 millioner dollar. Imidlertid har satellitt- og romfartsoppskytninger blitt rutine takket være de mange amerikanske, russiske og europeiske lanseringssystemene som for tiden er i drift, sammen med turer til den internasjonale romstasjonen. Imidlertid er kostnaden fortsatt overraskende høy, og alle rakettplattformene som brukes er på ingen måte gjenbrukbare.

Dette var tilfellet inntil for to år siden.

Et nytt løp begynner

En hyggelig torsdag kveld 30. mars 2017, Kennedy Space Center Launch Complex 39, en geostatistiker kommunikasjonssatellitt.

To ting var spesielle med denne lanseringen, og begge handlet om raketten: den første, den første fasen, etter å ha plassert noe i bane rundt satellitten, og for det andre kom den samme fasen tilbake til jorden og landet et sted. Det er en autonom plattform like utenfor Floridas kyst i Atlanterhavet.

Dette var ikke et topphemmelig militæroppdrag eller en NASA-eksperimentell maskin; han er en Falcon 9 FT bærerakett designet og produsert eksklusivt av SpaceX. Denne spesielle organisasjonen, designet og grunnlagt av Elon Musk ved hjelp av midler samlet inn fra tidligere virksomheter (Zip2 og X.com, til slutt PayPal), var da 16 år gammel.

SpaceXs første rakettoppskyting i en lav bane rundt jorden skjedde for bare 6 år siden, og det kan sies at selskapet sto på skuldrene til NASA og Russland for å forklare Isaac Newton litt mer, utviklingshastigheten og flysuksessnivået var meteorisk.

Musk taklet spørsmålet om gjenbrukbarhet helt fra begynnelsen av SpaceX for å redusere kostnadene og maksimere inntektene. Men i motsetning til NASAs tilnærming til rakettforsterkere med fast brensel som ble brukt i dette Space Shuttle-programmet, utviklet ingeniørene på SpaceX en mer radikal tilnærming.

Shuttle's boostere var designet for å gi det meste av det nødvendige kastekraften, og når de fyrte av ville de brenne til de var nesten tomme. På dette tidspunktet ville de bli lansert fra Shuttle, fortsette å brenne til de er tomme, og deretter falle fri til jorden.

Boosters ville bruke fallskjerm for å redusere nedstigningshastigheten før de sprutet ut i Atlanterhavet. Uten drivstoff kunne de flyte lett, så de ville forbli på overflaten til de ble plukket opp av et skip.

For SpaceX var dette ikke bra nok, spesielt ettersom det krevde mye arbeid for å gjenopprette Shuttle boosters manuelt og deretter være klar for en ny lansering.

Det de ønsket var en rakett med flerfunksjonsmotorer (skyvevektor, gass og prioritetsfunksjoner), men uten den dyre servicen som kreves av Shuttle's motorer.

Også raketter fly selv Lander på en struktur som kan reddes med minst praktisk inngripen.

Og så ble Falcon-raketten født. Versjon 1 fikk sin første flytur i mars 2006. I likhet med mange tidligere forsøk mislyktes den lille Falcon 1-raketten sin jomfrutur i bare 40 sekunder, og påvirket bakken bare 250 meter fra hvor den stammer fra.

Du kan bli tilgitt for å tenke at oppgaven med å designe og bygge en ny rakett etter 50 års lanseringer vil være en relativt grei prosess. Men romverdige raketter er maskiner med en håpløst fin linje som skiller dem fra å klassifisere dem som kommersielle kjøretøy eller svært dyre eksplosive enheter.

Falcons designmål, og faktisk enhver rakett som er i stand til å gjøre de samme evnene, er veldig forskjellige fra de som er i allmenn bruk. Du kan finne ut av dette ved å balansere en lang stang på fingertuppene - du må fortsette å bevege hånden hele tiden for å holde den oppreist, men det er lettere å skyve opp konstant.

Når en normal rakett når ønsket høyde - og oppnår dette med en jevn stabiliserende bevegelse av den oppadgående skyvkraften - og bruker sin nyttelast, opphører flyet. Det er bare halve reisen for en Falcon-rakett: den må fly tilbake til jorden.

Returstrinnet skal være så lett som mulig og ha aerodynamisk kontroll under returen. Saturn V-raketten var faktisk en aluminiumslegeringsstruktur som ble ansett for å være veldig tung, så Falcon bruker en aluminium-litiumlegering - dette materialvalget gir sine egne utfordringer, men det er den økende bruken i hele luftfartsindustrien.

Under returflyging styres rakettkontroll ved hjelp av hovedraketten, små drivmidler og aerodynamiske grillfinner som vist nedenfor.

Disse blir sittende fast under lansering og deretter brettet tilbake når de kommer tilbake. Opprinnelig laget av en aluminiumslegering, byttet SpaceX til titanlegering fordi de oppdaget at det forrige valget bare taklet de termiske påkjenningene av supersonisk flyging i atmosfæren.

Du kan forstå hvordan returen ser ut i denne videoen fra SpaceX, skutt med et innebygd kamera på toppen av rakettfasen:

Alt dette styres av datasystemene i raketter. Gitt hastigheten og kompleksiteten ved landing, vil du bli tilgitt for å vurdere den skreddersydde, banebrytende teknologien som ble brukt her også. Selv om vi ikke vet nøyaktig hvilke systemer SpaceX bruker, prosessorer dual core og x86 i naturenindikerer at sjetongene som brukes er 'klare'.

Datamaskinene kjører et Linux-basert operativsystem og bruker programvare som er utviklet helt internt. De er også installert i flere grupper for å beskytte mot problemer forårsaket av stråling og maskinvarefeil. Moderne digital elektronikk er følsom for ioniserende stråling, og det er to måter å bekjempe den på: stråleherding ve strålingstolerant.

For det første krever det at sjetonger produseres unikt for å være mye tynnere enn deres opprinnelige fettere - en tynnere brikke kan absorbere den gjennomtrengende strålingen mindre enn tykkere, men prosessen tvinger begrensninger på hvor kompleks brikken kan være og øker kostnadene betydelig.

Et strålingssikkert system omgår det helt. tre prosessorsett For alle innebygde datasystemer, hvis strålingen påvirker beregningene av et av disse, vil de to andre gi de samme resultatene som hverandre, men forskjellige fra de strålingspåvirkede resultatene. Programvaren tar dette, og alt går deretter.

Der alt på Saturn V-raketter kan styres manuelt av mannskap eller bakkekontroll, er alle SpaceX-maskiner designet for å være fullt autonome - den eneste gangen folk trapper opp er når noe går galt, eller de må gi endelig bekreftelse. før en handling begynner.

Dette er tilfelle for Dragon-lasteskipet når det gjelder forankring med den internasjonale romstasjonen. Hele flyet ledes av selve båten, men går gjennom den endelige dockingmanøveren til ISS-mannskapet signaliserer.

SpaceX har kommet langt på 20 år, og viser at det fortsatt er mye mer rom for raketter å utvikle seg.

Det er mer enn en hest i dette løpet

Elon Musk er ikke det eneste onde James Bond-utseendet i verdensrommet full av penger og ambisjoner. Født av en fullstendig mangel på beundring, Blå opprinnelse Den ble grunnlagt av Amazons Jeff Bezos i 2000, men på bare 5 år lanserte den testraketter av sin egen design.

Det kunne ikke være mer annerledes hvis de to selskapene prøvde: SpaceX er alltid begeistret, gledelig på teatret; Blue Origin, derimot, har vært mye mer diskret og forsiktig opp gjennom årene. Totalt hadde SpaceX over 80 lanseringer, mens Blue Origin nådde 11 på samme tid.

Imidlertid er SpaceX over 3 ganger størrelsen på Blue Origin når det gjelder personale, og til tross for den store mengden penger Bezos personlig forpliktet seg til selskapet, mottok den mindre organisasjonen betydelig mindre eksterne investeringer og knapt noen lanseringskontrakter. Dette forhindret ikke Bezos team fra å oppdage nye teknologier, spesielt når det gjaldt rakettmotorer.

Ulike lanseringssystemer som brukes i dag, bruker vanligvis en av tre typer drivstoff:

  • Kryogene væsker, slik som oksygenert hydrogen eller oksygenert raffinert parafin
  • Hypergoliske væsker, f.eks. Hydrazin med nitrogentetroksid
  • Tørrstoffer, f.eks. aluminium med ammoniumperklorat bundet med butadien

Hver type har sine egne fordeler og ulemper, og å analysere dem ville være en komplett artikkel i seg selv, men det gikk med en kombinasjon av Blue Origin flytende naturgass (LNG) med flytende oksygen. Dette er det nest reneste forbrenningssystemet etter flytende hydrogen, men hovedfordelen er at motoren selv krever mindre kompleksitet enn andre flytende drivstoffsystemer.

Denne enkelheten betyr lavere kostnader og billigere vedlikehold. SpaceX har holdt seg på en mer tradisjonell rute med raffinert parafin, men til tross for forskjellene i deres tilnærming til rakettmotorer, er målene og designfilosofiene til de to selskapene - lave kostnader, gjenbrukbare, autonome - i det vesentlige de samme. Dette er polen motsatt av valgene som NASA tok for Space Shuttle-programmets etterfølger.

Navngitt av en planutvalg som ikke vet hva ordet betyr spennende betyr, Boeing produsert Space Launch System (Forkortet SLS) Apollo blir gjenfødt. NASA tok elementer av Space Shuttle-lanseringssystemet, som hovedmotorene og boosterrakettene, og designet ved første øyekast ser ut som en karbonreplika av Saturn V-raketten.

I skrivende stund lanserte NASA ikke et SLS-system i full størrelse, da det første testoppdraget ikke var planlagt i ytterligere 1 til 2 år. Hvis parametrene til designet er fullstendig realisert, vil SLS være en av deltakerne om kronen for den største, kraftigste raketten i drift, men den 50 år gamle maskinen som sendte menneskeheten, vil faktisk ha de samme løfteegenskapene. måne.

SLSs ikke-gjenbrukbare natur, tilhørende høye oppgavekostnader og forsinkelser i byggingen, tilstede ve gammel NASA-ledere skjønt. En del av kilden til disse problemene skyldes at NASA er finansiert offentlig gjennom skatter og har tillatt ulike politikere å trykke organisasjonen for å bruke selskaper som ansetter mennesker i statene de representerer. En annen faktor innebærer å vende tilbake til månen, men vi vil si mer om det om et øyeblikk.

Space Launch System er ikke den eneste spilleren i tunge løft for raketter; Både SpaceX og Blue Origin har design som, når de er fullstendig, har samme størrelse som SLS eller overgår deres løfteevner.

Det er to hovedårsaker til at alle disse produsentene var i stand til å løfte ca 100 000 pund (ca. 45 tonn) til Low Earth Orbit ved å skyve store raketter. Den første er enkel: Det er ingenting siden Saturn V som kan håndtere noe som disse kostnadene. Romfergen er vurdert til 54.000 pund (omtrent 24 tonn) og Lockheed Martin / Boeing'in Delta V Heavy den kan bare flytte 8.000 pund mer. SpaceXs Falcon Heavy-rakett har teoretisk mye mer kapasitet, men har ennå ikke blitt testet med en nyttelast på mer enn 14 000 pund (6 tonn).

Men det svarer fortsatt ikke på spørsmålet om hvorfor vi trenger en rakett som kan håndtere en større last. Hvorfor trenger NASA SLS for å kunne sette 230.000 pund i bane?

Sikt mot månen (igjen)

I 2005 signerte den amerikanske kongressen en handling som bemyndiger NASA til å lansere Constellation-programmet. Målet var å forbedre romfergen slik at den internasjonale romstasjonen kunne fortsette utviklingen og gi månen en ny plattform for bemannede oppdrag. Alt ble umiddelbart usignert da, etter bare 5 år, den virkelige størrelsen på kostnadene ble tydelig.

Returen til månen har vært gjenstand for het kontrovers, gjentatt siden Apollo 17 forlot den 'vakre ødemarken' i 1972. Forskere og eldgamle Apollo-astronauter har uttrykt konstant forferdelse over mangelen på menneskelig romforskning utenfor lav jordbane; Politikere og økonomer har alltid svart på slike klager med samme svar: vi har ikke råd.

NASA tok ikke lett på avslutningen av konstellasjonen. De fleste av elementene ble umiddelbart resirkulert til et nytt program (SLS) med en grov ide om en annen romstasjon; den andre ville heller ikke erstatte ISS. Opprinnelig kalt Deep Space Habitat, ble det oppfattet som en inngangsport til utforskning av månen og videre, og var designet for å bane rundt Månen, ikke jorden.

Innen 2016 endret ting seg (igjen) - en ny amerikansk president var ved makten, interessert i romprosjekterog et visst selskap fra Elon Musk Planer om å kolonisere Mars. Som det viste seg, var begge ikke tomme løfter, som om et år, Romfartspolitisk direktiv 1 forklart (med Buzz Aldrin som ser ganske gretten ut på slep) og Musk ga mer informasjonDen inkluderer grunnleggende rakettdesign og hvordan du kan betale for det.

Tidligere i år omdøpte NASA det bemannede misjonsprogrammet Artemis og bekreftet en dato for månen.

Kampanjevideoen av Artemis-programmet belyser detaljene - SLS vi allerede vet er under konstruksjon, men en full testflyging har ennå ikke funnet sted; En test-Orion-kapsel ble bygget, skutt ut i verdensrommet på Delta VI-raketten og returnert trygt til jorden.

Imidlertid har Gateway (egentlig Deep Space Habitat rebranded) knapt startet, har ikke designet, eller det er bestemt en produsent for månelandingen. Teknologien som trengs for å gjøre dette eksisterer allerede, men politikk og penger påvirker tempoet i fremgangen. Dermed a sunn dose skepsis Over NASA nådde den til og med månen før den landet igjen innen 2024.

Imidlertid, tilbake til 1964, fem år før Neil og Buzz satte foten på Månen, var løpet til Månen i en lignende situasjon. Apollo-programmet hadde allerede begynt, men Saturn V-raketten var ikke klar, og NASA slet med problemer med orbitale avtaler i Gemini-programmet. Det ville ha gått 4 år til før mennesker ble plassert i bane rundt Månen i Apollo 8-oppdraget.

Selv om NASA ikke lenger liker finansieringen og arbeidsstyrken den levde for fem år siden, er det mange flere selskaper som kan få design- og produksjonskontrakter - en elleve totalt Det er registrert å utvikle månelandingssystemer (hele og delvise komponenter) for vurdering så langt.

Blue Origin er allerede en Lunar Lander Den har større evner enn den opprinnelige LEM og planlegger bare å bruke variantene på andre oppdrag enn Artemis. SpaceX er et av de elleve selskapene, men de planlegger også å sende en turist rundt Månen. # kjæreMånen.

Og det er en annen grunn til en månelanding i 2024: det er en større belønning på spill.

Alt er bra for Mars

Som nevnt tidligere i denne artikkelen døde Elon Musk for å dra til Mars (til og med klart hva du mener 'dead') og for å gjøre dette er SpaceX i ferd med å utvikle to nye maskiner: Veldig tung (tidligere kalt Big Falcon Rocket) og Shuttle-esque romfartøy Stjerneskip.

Sammen ser de ut som om de kom ut av en sci-fi-film, og selv om det endelige produktet ikke er veldig uberørt og skinnende, er California-selskapet helt prosjekt.

Du lurer kanskje på hvorfor et skip designet for romfart har vinger, om enn små, men de er ikke for å fly på Mars - for aerobraking ved inngangen. Stjerneskipet vil faktisk lande vertikaltved hjelp av systemer som ligner de som finnes på raketter fra Falcon-serien, enten på jorden eller på Mars.

SpaceX har ikke satt noen fast dato for å nå Mars, og de er ikke under politisk press for å oppnå et slikt mål innen en gitt tidsramme, bortsett fra avtaler med investorer. Det er litt annerledes for NASA. Før noen prøver å sende mennesker til den fjerne lille planeten, bruker de Artemis-programmet til å utvikle systemer og strukturer som kan plasseres.

Imidlertid Lunar-programmet åpent solgt Det brukes til og med til å tatovere Mars som en forløper og sistnevnte kommersielle partnerskap og styrke politiske allianser.

Når administrasjoner kommer og går, vil NASA være under press for å levere Artemis i tide og for å gjøre gode fremskritt i alle de forskjellige programmene som kreves for å flytte et bemannet oppdrag til Mars.

Men hvis Artemis lykkes, og på slutten av neste tiår, ser vi folk gå på overflaten av Månen igjen, er en tur til Mars garantert?

Klippe å hoppe

Å sende folk til Mars og bringe dem hjem igjen er en oppgave som gjør at det å gå til månen ligner på å reise til stranden om ettermiddagen. Den første hindringen er enkel: avstand. Jord og Mars ligger nærmest 56 millioner km fra hverandre, omtrent 150 ganger større enn gjennomsnittsrommet mellom jorden og månen.

For Apollo-oppdragene tok reisen mellom steinete kropper omtrent 4 dager; Forutsatt at hastighetene er de samme, tar det 600 dager, eller 1,5, å gå til Mars. år.

Den lengste tiden noen bruker i verdensrommet er 438 dager. Valeri Polyakov På det russiske skipet Mir romstasjon. Langsiktige effekter av å leve i mikrogravitasjonsmiljøer studert i dybden Gjennom årene, og til tross for tiltakene som er truffet for å bekjempe tap av bentetthet, genendringer og kognitiv atferd, er det ikke mulig å unnslippe det faktum at folk som tilbringes i rommet over et år på å reise til Mars, ikke vil være i en ideell tilstand for å utføre oppdrag på planets overflate.

Å tilpasse seg jorden etter et typisk seks måneders romoppdrag krever måneder med rehabilitering

Det er verdt å huske på at den 600-dagers reisen gjennom rommet må gjøres to ganger (der ve tilbake), og i løpet av denne tiden fortsetter planetene å bevege seg, så Mars og Jorden er nærmest overalt. til år.

Dermed vil den faktiske tilbakelagte avstanden være mer enn 35 millioner miles og mannskapet ay På Mars, for å gi planetene tid til å justere seg til minimumsdistansen. Den lengste tiden på månen 3 dagerAv Eugene Cernan og Harrison Schmitt Apollo 17 oppdrag.

En åpenbar løsning på dette er å øke hastigheten på skipet som tar mannskapet til Mars. Apollo 10 Den har for tiden rekorden for det raskest bemannte kjøretøyet og topper i underkant av 39.900 km / t, og reisen til Mars i denne hastigheten vil bare ta noen få måneder. Jordens tyngdekraft var imidlertid ansvarlig for dette, og turer til Mars vil ikke kunne bruke denne gratis turen.

Den neste store utfordringen gjelder den første, enhver person på Mars må løse nesten alle alvorlige problemer alene. Det raskeste ethvert radiosignal kan nå den lille planeten (under minimum separasjon) er litt over 3 minutter, men det kan ta opptil 22 minutter, og det er bare en måte.

Derfor, i motsetning til Apollo-oppdrag der kontakt med en ingeniør på jorden aldri er mer enn noen få sekunder, er det ingen sjanse til å chatte en løsning i sanntid med 'Googling' eller misjonskontroll. Dette betyr at alle tekniske og medisinske problemer som oppstår vil kreve en passende spesialist å ta tak i, men hva om denne spesialisten blir syk eller er inkompetent på en eller annen måte?

Å takle dette vil nesten kreve at mannskapet er kunnskapsrik og dyktig på en rekke områder, støttet av digitale håndbøker og dokumentasjon. Mennene som fløy på Apollo-oppdrag ble trent i så mange områder som mulig, men hadde fordelen av å være bare et sekund eller to unna NASA.

Hvor og hva annet er mulig?

Mars og månen er ikke de eneste målene i dette nye romløpet. God gammeldags turisme er i blandingen, selv om det har vært mulig å kjøpe billett for en tur til verdensrommet en stund.

I april 2001 tilbrakte Dennis Tito en uke på den internasjonale romstasjonen og betalte en ukjent mengde penger til det russiske føderale romfartsorganisasjonen for opplæring, Soyuz-rakett og ISS, og ble den første romturisten i historien. . Mens det betalte beløpet er ukjent, rapportert estimat Han la det for 20 millioner dollar.

Dette er langt utover det som nesten alle vil vurdere, til og med som "godt utført" av globale standarder. Imidlertid kunne det ikke stoppe noen selskaper til å erobre slike høyrisikovirksomheter, særlig Richard Bransons Jomfru galaktisk.

Til tross for navnet er den tiltenkte turen bare en kort flørt med kanten av feltet. Avstand med komposittmaterialer og drevet av en rakett med flytende drivstoff, krasjer romfartøyet fra et skreddersydd tungløftfly i en høyde av 15.000 fot og driver Kármán-linjen i 100 km.

Mannskapet og passasjerene var mikro- i noen minutterg (dvs. flyter rundt) før du glir tilbake til jorden.

Prosjektets opprinnelige billettpriser ble satt til $ 200 000; Rundt 300 mennesker hadde bestilt et sted, selv om han sa at det ville gå 3 år til alt var klart.

Initiativet nådde aldri sine mål, spesielt på grunn av et tilbakeslag i 2014, da en testflyging gikk alvorlig galt (som drepte et besetningsmedlem og skadet et annet alvorlig).

SpaceX og Blue Origin er også interessert i å ta folk i verdensrommet for en eksplosjon. ta bestillinger på flyreiser På New Shephard-raketten for et raskt innbrudd i Kármán-linjen.

Bildet over viser hvordan SpaceXs Dragon-håndverk forutsa hvordan innsiden av mannskapskapselen vil se ut - den kliniske naturen og nesten manglende instrumentering gjenspeiler hvordan håndverket fungerer og besetningens natur, noe som betyr at du ikke trenger å fly eller ha kontroll over det. Det samme gjelder for Blue Origin kapsel (under):

En nøye titt på begge bildene vil vise hvordan materialvalget har endret seg siden Apollos dager. Kaldmetallpaneler, alle malt i militærgrått; i komposittpolymerer og karbonfiber. Deres produksjonskostnader har falt dramatisk det siste tiåret, slik at de kan brukes mer liberalt.

Fordelen med dette er selvfølgelig vektbesparelser, og for hvert pund som er barbert fra romfartøyet og bæreraketten, skal mindre drivstoff gå ut i rommet, og hele flyet skal være billigere og raskere. Et unntak fra dette er SpaceXs Starship, som forventes å være laget av stållegeringer, til tross for det betydelige vektproblemet.

Årsaken til dette er Starship veldig For større last / cruiseskip og størrelse enn Dragon, vil bruk av karbonfiberkompositter for hele båten være en uakseptabel økning i kostnadene for programmet.

Romturisme er på toppen av å bli økonomisk, men dette begrepet gjelder egentlig bare millionærer. Men andre steder i verdensrommet er det penger å tjene i dette nye løpet, og kan bli funnet i form av massive klumper av stein, metall og is som kretser rundt solen - ellers asteroider.

Dette er faktisk rester fra de tidligste dagene i vårt solsystem - biter av materie som ikke kombinerte med resten for å danne planeter. De kommer i alle fasonger og størrelser; noen få er på størrelse med en liten planet (f.eks. Ceres), men flertallet er ikke stort nok til å bli holdt sammen under sin egen tyngdekraft.

Et slikt eksempel er en karbonholdig asteroide kalt 101955 Bennu. Ikke noe spesielt i forhold til de spesielle millionene asteroider her, men det er bare en bane rundt solen rimelig nær Jorden; Det er også omtrent 488 m i diameter, som tilsvarer den gjennomsnittlige vanntettheten.

Av disse to grunnene, NASA, for 3 år siden, OSIRIS-REx. Oppdragets mål var enkle: gå til asteroider, legg sonden i bane rundt den, samle en prøve av asteroiden og send materialet tilbake til jorden for analyse.

Asteroidens nærhet til oss betydde at den kunne nås relativt raskt, og den lille størrelsen sørget for at å ta en prøve ikke ville kreve bruk av landing eller bor. De innsamlede fragmentene er planlagt å komme i kontakt med jorden i desember 2023, og forskere vil kunne se på materialer eldre enn planeten vår.

Så hva er egentlig muligheten for denne jobben? OSIRIS-REx-oppdraget er et av de første trinnene for å bli en kommersiell realitet for gruvedriftasteroider, hvorav mange er kjent for å være metallrike.

Det er store økonomiske og teknologiske hindringer som skal overvinnes; Den første av disse krever romflyging å være mye billigere enn de er nå, og det er her selskaper som SpaceX og Blue Origin spiller inn med sine gjenbrukbare lanseringssystemer.

Gjerne tiår, kanskje hundrevis av år, er vi langt fra å se Jordens plass som asteroider som kilden for alle sjeldne metaller og mineraler, men husk at menneskehetens første kraftige flukt skjedde på begynnelsen av det 20. århundre. . Det tok mindre enn 7 år å gå fra Orville Wrights 12-sekunders flytur til historiebøkene for å kjøre elektriske biler ve å spille golf Ay'da.

Hva skal dette romfartsløpet gjøre?

Dette nye romløpet er ulikt det forrige. Det er ingen haster og finansierer supermakt kald krig. Løftene om å returnere til månen eller sende mennesker til Mars er heller ikke nye, så de kan ikke brukes som årsak til det nåværende løpet.

Og likevel, der is Det er et løp. Det er ikke en gal hastighet skjønt; dette er mer som et maraton og konkurrentene er overveldet av ambisjoner og det er lite penger bak. Dette er fordi det er klare økonomiske insentiver: rakettoppskytninger blir mer og mer overkommelige, og det er tusenvis av mennesker og selskaper som er villige til å investere i romfartsprosjekter.

Hvor estimert Bare i USA er det 20 ganger flere millionærer enn på 1960-tallet, og selv om denne veksten i individuell formue delvis skyldtes dollarens verdi, spilte også globaliseringen og kapitalismens spredning en rolle. Der ideen om å være romturist ikke er annet enn en fantasiflukt, er sjansen for å bli en privat astronaut nå en virkelig ting.

Apollo-programmet har bidratt til å produsere så mange nye teknologier at vi fremdeles føler fordelene 50 år senere. Vil dette nye romløpet gjøre det samme igjen; Datamaskiner og materialer i nær fremtid er tilgjengelig for Musk, Bezos, et al? Sannsynligvis ikke. Til tross for alle midlene SpaceX og Blue Origin får, er de fortsatt bundet av de samme grensene. Romfart og menneskelig utforskning av andre verdener har skal beregnes; ressurser kan ikke være drita full I Apollos storhetstid var det ingen slik begrensning, og han fløy inn i en Saturn V-progresjon og utvikling som vi sannsynligvis aldri vil se igjen.

Dette nye løpet har begynt, startlinjen er nå bare et minne. Men Månen venter fortsatt på at nye mennesker skal ta sine egne små skritt og kjempesteg, og Mars må vente enda lenger. De vil vente som de alltid gjør, og en dag - 5 eller 50 år fra nå - vil en ny generasjon se disse landingene og drømme om å løpe i løpene sine.