13 июля в 09:03 1717

Будущее космической индустрии

9
Поделиться
Поделиться
Какое будущее ожидает известные космические программы? Какие новые программы и миссии планируют космические агенства? И какие открытия это нам принесет?

Легендарный Хаббл и его преемник - популярный Джеймс Уэбб

Наверное нет никого, кто не слышал бы про знаменитый телескоп "Хаббл". Он был запущен 24 апреля 1990 года. Изначально не все было гладко в его работе. Из-за ошибки при сборке телескопа на снимках присутствовал дефект фокуса - телескоп стал "близоруким", снимки получались качественнее, чем на наземных телескопах, но далеки от тех, на которые рассчитывали ученые. Еще при создании телескоп планировалось обслуживать на орбите, а доставка и установка нового зеркала была невозможна. Поэтому была создана Система оптической коррекции (COSTAR), которую установили на телескоп вместо фотометра. Она выполняла роль очков и корректировала сферическую абберацию. 

В 2009 году COSTAR был заменен на Cosmic Origins Spectrograph (COS)  - спектрограф, который значительно повышает качество снимков на ультрафиолетовых длинах волн и позволяет делать снимки даже самых тусклых источников ультрафиолетового света. Одним из самых известных достижений Хаббла являются три фотографии глубокого космоса:

  • В 2004 году была получена одна из самых известных фотографий, названная Hubble Ultra Deep Field. Это снимок, составленный из большого количества снимков с общей выдержкой 11,3 суток. На нем изображено более 10000 галактик. 
  • Но на этом специалисты NASA и ESA не остановились и 25 сентября 2012 года представили снимок, получивший название Hubble Extreme Deep Field. На нем изображен кусок Hubble Ultra Deep Field, который выдерживали 23 суток чтобы получить еще более глубокое изображение созвездия Печь. На изображении около 5500 галактик.
  • Чемпион среди фотографий глубокого космоса, опубликованный 2 мая 2019 года. Hubble Legacy Field - изображение, полученное в ходе 16-тилетнего наблюдения за космосом. Состоит из 7500 фотографий. Содержит 265000 галактик. И вряд ли еще появится фотография круче этой на старичке Хаббле. Рассмотреть его в деталях можно на интерактивной карте тут.

Кроме этого, благодаря Хабблу удалось установить постоянную Хаббла с погрешностью не более 5%, которая необходима для вычисления скорости расширения Вселенной. Удалось доказать, что в центре галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Удалось получить первые косвенные доказательства существования темной материи и темной энергии.

Обслуживание телескопа продлено до 30 июня 2021 года. Именно на этот год запланирован запуск телескопа Джеймс Уэбб. Хаббл еще прослужит примерно до 2025 года, а его сход с орбиты произойдет в промежутке 2030-2040 годов.

Джеймс Уэбб

Первый и многострадальный преемник ветерана Хаббла. Его запуск планировался изначально в 2007 году, но с тех пор постоянно переносился. Последний перенос был в 2018 году, когда был утвержден запуск на март 2021 года, а текущая стоимость проекта составляет 9,66 млрд долларов. Однако в январском отчете Счетной палаты США говорится о том, что вероятность запуска в марте составляет всего 12% и скорее всего он состоится не раньше июля. Это связано с необходимостью доработки космической обсерватории. Срок работы составит от 5 до 10 лет. 

Угловое разрешение Уэбба (резкость изображений) выше, чем у Хаббла. Джеймс Уэбб способен рассмотреть в деталях цент США с расстояния 40 км. Большую роль в качестве снимков играет размер зеркала. У Уэбба оно в 2,75 раза больше, чем у Хаббла

Джеймс Уэбб имеет 4 главные задачи:
  1. Поиск первых галактик, образовавшихся вскоре после Большого взрыва.
  2. Изучение формирования и развития галактик.
  3. Наблюдение за формированием звезд от первых этапов и до появления планетных систем.
  4. Изучение и измерение физических и химических свойств планет и поиск потенциальной жизни на них.

Наши глаза в космосе космические агенства планируют расширять все более и более продвинутыми телескопами. Вот список самых известных из них.

WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), который в мае переименовали в Nancy Grace Roman Space Telescope в честь астронома Нэнси Грейс Роман. Это ближайший после Уэбба по дате запуска телескоп. Широкодиапазонный инфракрасный телескоп будет обладать 288-мегапиксельной камерой и углом обзора, в 100 раз большим, чем у Хаббла. Оснащенный коронографом, который мощнее в 1000 раз, чем любой ранее бывавший в космосе, WFIRST будет изучать экзопланеты и сможет напрямую их фотографировать. По плану, он должен сфотографировать примерно 2600 экзопланет в пределах нашей галактики. Кроме этого, телескоп займется поиском таинственной темной энергии - гипотетическим видом энергии, которая по представлениям ученых составляет 68,3% массы всей наблюдаемой Вселенной. С помощью 2,4-метрового зеркала и широкоугольного инструмента WFIRST будет изучать структуру и распределение темной энергии по космосу, а также галактики сквозь космическое время - начиная с настоящего времени и заканчивая тем, когда Вселенной было всего 500 млн лет. Кроме этого, телескоп сможет измерять точное расстояние до скоплений галактик и некоторых отдельных галактик. Запуск телескопа запланирован на середину 2020-ых годов, если не будет переносов. Планируемое время миссии - 5 лет.

К тому же, WFIRST может стать первым космическим аппаратом, на котором могут испытать в рамках проекта New Worlds Mission ширму-заслонку starshade. Она будет блокировать свет звезд и позволит лучше изучить интересующие планеты. Эта заслонка будет отлетать от телескопа на 40000 км и раскрываться для создания тени. В потенциале эти ширмы смогут быть совместимы со всеми телескопами.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) - новое слово в изучении гравитационных волн. Их существование было предсказано еще в начале 20 века. Но экспериментально  были доказаны 14 сентября 2015 года. Коллаборация LIGO и Virgo объявила об этом 11 февраля 2016 года. Тогда они смогли зарегистрировать гравитационные волны, образованные в результате слияния двух черных дыр. Это событие получило название GW150914.

LISA не телескоп. Это антенна, состоящая из трех аппаратов которые будут образовывать правильный треугольник и располагаться на расстоянии 2,5 млн км друг от друга. Это реально огромная антенна. Ее целью будет регистрация источников образования гравитационных волн, изучение слияния черных дыр и формирование квазаров, поиск стохастических гравитационных волн, которые образовывались в ранней Вселенной. Если освоить гравитационные волны, то вполне возможно, что с их помощью ученые смогут заглядывать в недоступные ранее уголки космоса и даже смогут расширить границы наблюдаемой Вселенной.

LUVOIR (Large UV Optical Infrared Surveyor) - настоящий наследник Хаббла. LUVOIR будет искать пригодные для жизни условия и признаки жизни в десятках потенциально обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы. Результаты этого поиска принесут множество данных об атмосферном составе и состоянии поверхности скалистых планет в обитаемых зонах различных звезд. На данный момент есть два варианта этого телескопа: LUVOIR A с 15-метровым зеркалом и четырьмя инструментами и LUVOIR B с 8-метровым зеркалом и тремя инструментами. Спектрограф LUMOS на два порядка превосходит таковой у Хаббла и способен наблюдать сотни целей за раз. Его будет дополнять УФ-спектрополяриметр POLLUX, он поможет изучать эффекты линейной поляризации и деполяризации околозвездных дисков и подробного изучения формирования звезд и планет. Коронограф ECLIPS сможет подавлять большую часть света звезд и находить даже самые тусклые планеты и обеспечит их прямую визуализацию. Прибор высокой четкости (HDI) является основным инструментом для визуализации наблюдений в ближнем УФ-диапазоне и ближнем ИК-диапазоне. Также LUVOIR займется изучением природы темной материи и сможет составить карту распределения темной материи в ближнем космосе и изучить аналоги источников гравитационных волн в электромагнитном излучении. Благодаря большому разрешению LUVOIR сможет изучать формирование и эволюцию галактик не только в местной группе, но и на расстоянии до 25 мегапарсек (свыше 771 квинтиллиона километров). Его запуск планируется в середине 2030-х годов.

HabEx (Habitable Exoplanet Observatory) - это концепция для миссии по прямому изображению планетных систем вокруг звезд, похожих на Солнце. Его главная цель - впервые напрямую отобразить экзопланеты, подобные Земле, и охарактеризовать их состав атмосферы. Измеряя спектры этих планет, HabEx будет искать признаки обитаемости, такие как вода, и быть чувствительными к газам в атмосфере, которые могут указывать на биологическую активность, такую ​​как кислород или озон. Для столь подробного изучения телескоп планируют оснастить упомянутой выше ширмой starshade. Также он сможет изучать ранние эпохи Вселенной и жизненные циклы массивных звезд.

О наземных телескопах

Подавляющее большинство самых больших наземных оптических телескопов имеют зеркало диаметром не более 12 метров. На сегодняшний день ведется строительство трех крупных телескопов следующего поколения, которые будут значительно превосходить все ныне существующие.

Giant Magellan Telescope (GMT) будет расположен в пустыне Атакама. Диаметр его зеркала составит 24,5 метра. Благодаря этому разрешающая способность будет превосходить телескоп Хаббла в 10 раз. Среди научных целей значатся поиск экзопланет, изучение эволюции планет, звезд и галактик. Изучение развития Вселенной, черных дыр, темной материи и энергии. Изучение периода реионизации (появление звезд, квазаров, галактик). В деталях об этом телескопе можно прочитать с специальной книге (на английском). Ввод телескопа в эксплуатацию планируется в 2027 году.

Thirty Meter Telescope (TMT) должен быть расположен на горе Мауна-Кеа на Гавайях.  Как и в случае с GMT, открытие TMT тоже запланировано на 2027 год. С диаметром зеркала 30 метров этот телескоп будет выдавать изображения в 12 раз четче, чем Хаббл. Научные цели TMT практически идентичны целям GMT. Также TMT займется изучением темных веков - периода, который предшествовал реионизации, когда первые источники света только формировались. Исследует в подробностях сверхмассивные черные дыры.

Extremely Large Telescope (ELT) - простое, но более, чем полностью описывающее параметры телескопа название. Ведь его зеркало будет иметь диаметр 39 метров. Поле зрения телескопа составит 1/10 размера полной Луны. "Глаз" телескопа будет собирать в 15 раз больше света, чем самые большие телескопы, работающие в настоящее время. Оптическая конструкция требует наличия вторичного зеркала диаметром 4 метра - самого большого вторичного зеркала, которое когда-либо использовалось на телескопе, и самого большого выпуклого зеркала, которое когда-либо производилось. Его задачами станут уже описанные выше поиски жизни во Вселенной, планет в зоне обитаемости, изучение ранних периодов жизни Вселенной, исследование темной материи и темной энергии. Разумеется, имея самые передовые и мощные технологии, по ходу дела будут возникать и другие задачи. Самый большой глаз Земли планирует начать работу в 2025 году.

Посмотрите на сравнение самых крупных телескопов в мире. Три будущие новинки заметно выделяются на фоне остальных.

Печатаем космические станции прямо на орбите

Я уже говорил про планы NASA печатать дома на Марсе с помощью 3D принтера. Теперь же национальное управление хочет освоить печать аппаратов прямо в космосе. Для этого они заключили контракт с компанией Made In Space, Inc на сумму 73,7 млн долларов. Made In Space, Inc должны запустить экспериментальный спутник Archinaut One на орбиту Земли, который распечатает две солнечные батареи. В будущем с помощью таких аппаратов будут строить станции для миссий на Луне и Марсе. Старт миссии запланирован на 2022 год.

Чемодан. Корабль. Луна

Многие наверное слышали слова Трампа о том, что он планирует до 2024 года вернуться на Луну чтобы найти базу Гитлера и обеспечить присутствие там до 2028 года. И сейчас особого внимания заслуживает космическая программа NASA - Артемида. В апреле в рамках этой программы NASA заключило три контракта, которые должны быть выполнены в течение 10 месяцев:

  1. С командой National Team, состоящей из компаний Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman и Draper. Сумма контракта 579 млн долларов. Задача National Team создать посадочный модуль Blue Moon, многоразовый элемент подъема, "передаточный элемент", а также возглавить полетные операции и управление спуском.
  2. Командой, состоящей из компаний Dynetics и Sierra Nevada Corporation. Сумма контракта 253 млн долларов. Они создадут многоразовый спускаемый модуль ALPACA.
  3. Ну и конечно же куда без SpaceX. Сумма контракта 183 млн долларов. Они предлагают свои ракеты Super Heavy и Starship для доставки людей на Луну. 

Первый полет в рамках программы будет беспилотным и должен состояться в конце 2021 года с использованием сверхтяжелой ракеты Space Launch System (SLS).

Россия на выставке "Ле-Бурже-2019" во Франции представила свою концепцию программы освоения Луны. Высадка запланирована в 2030 году, а постоянная база должна быть развернута к 2035. В ходе программы будет проведен ряд научных исследований и экспериментов, будут установлены ретрансляторы, энергетические модули и роботизированные системы. Именно для этой программы ученые Курчатовского института запатентовали энергоустановку, которая будет преобразовывать тепловую энергию в электрическую.

Для полетов на Луну планируется использовать новые разрабатываемые сверхтяжелые ракеты-носители "Енисей" и "Дон". "Дон" должна стать самой мощной ракетой в истории России и бывшего Союза.

Енисей:

  1. Стартовая масса 3167 тонн.
  2. На околоземную орбиту способна доставить не менее 100 тонн.
  3. На геостационарную орбиту (на высоте 35786 км вдоль экватора) - 26 тонн.
  4. К Луне 27 тонн.

Дон:

  1. Стартовая масса 3281 тонн.
  2. На околоземную орбиту способна доставить не менее 140 тонн.
  3. На геостационарную орбиту (на высоте 35786 км вдоль экватора) - 29,5 тонн.
  4. К Луне 33 тонны.

Кроме того, европейские инженеры из Университетского колледжа Эстфолла в Норвегии выяснили, что мочевина является отличным пластификатором для цементного раствора, повышая его плотность и устойчивость к деформациям. Такой бетон является хорошим фундаментом для будущих лунных баз. Так что космонавты смогут сделать куда больший вклад в колонизацию Луны, чем они себе представляли. Если такую идею одобрят. Статья об этом опубликована в Journal of Cleaner Production.

Есть ли жизнь после МКС?

Поддержание Международной космической станции профинансировано до 2024 года включительно. После этого планируется ее затопление в Тихом океане. По оценкам ученых масса упавших обломков будет около 120 тонн. Остальное сгорит в атмосфере. На данный момент станция весит более 400 тонн. Рассматривается также идея о передаче станции частным лицам. 

А вот строить замену МКС пока не планирует никто. Многие ученые убеждены, что в новой станции нет смысла, потому что ее главная задача была в проведении экспериментов в условиях микрогравитации. Вместо МКС рассматриваются станции, предназначенные в основном для лунных миссий. Одна из таких станций российская Национальная орбитальная космическая станция. Ее планирую создать на основе самых "свежих" модулей российского сегмента МКС, если примут решение о ликвидации станции.

В тоже время NASA планирует создание окололунной станции Lunar Orbital Platform-Gateway. Вначале она будет использоваться для полетов на Луну, а в будущем с нее могут посылать корабли на Марс. Запуск первых двух модулей Power and Propulsion Element (PPE) и Habitation and Logistics Outpost (HALO) запланирован на 2023 год.

В марте NASA объявило какими будут первые два исследования на новой станции. Для первого Европейское космическое агенство предоставит пакет инструментов по изучению радиации. Это поможет понять, как обеспечить безопасность космонавтов путем мониторинга радиационного облучения. Второй набор инструментов будет направлен на изучение солнечного ветра для дальнейшего прогнозирования событий, которые связаны с Солнцем, чтобы не допустить опасных ситуаций в случае солнечных вспышек.

Заключение

Это далеко не все, что можно сказать о новых разработках в области освоения космоса, но дабы не растягивать эту статью еще больше достаточно пока и этого. Возможно когда-нибудь выйдет вторая часть. 

Конечно пандемия короны наверняка еще может повлиять на сроки реализации запланированных программ, но будем надеяться, что мы еще станем свидетелями нового шага человека в бескрайний космос. 

Теги: Креатив, Наука, Годнота, Космос, Технологии
Space Traveler
804 подписчика
Не такая уж и хрень: история создания Gothic
Это интересно
Yandere Simulator — симулятор школьницы-убийцы
«Мафия бессмертна!» — вошёл ли в сделку достойный ремейк?
RESIDENT EVIL 3 (2020), или как я сгорел, слился и порвался!
Лучшие моменты сериала «Ходячие Мертвецы»
Saints Row: The Third – отличительные особенности Remastered’а от оригинала
Призрак ушедшего поколения