In de zomer van 2019 was het 50 jaar geleden dat de Apollo 11-missie plaatsvond, toen mensen voor het eerst op het oppervlak van de maan liepen. Engineering en technologie vorderden dankzij twee paardenraces tussen de VS en de Sovjet-Unie, en de laatste pionierde op elk gebied. Deze oorlog is aangewakkerd door twijfel, angst en een poging om 'beter' te zijn dan het andere land. Maar zoals bij alle sprints naar de finish, kon het tempo niet doorgaan en ging de urgentie snel voorbij. Maar nu is er een nieuwe race - geen landen, bedrijven. Kapitalisme, groei en zakelijke kansen, nieuwe brandstoffen en doelen zijn zelfs nog groter: niet alleen naar de maan, maar ook naar Mars en verder.

Een samenvatting van de laatste ruimterace

Wat precies is Wat als 'ruimtewedloop'? In deze tijd lanceert het een raket die satellieten de ruimte in vervoert. ongeveer 200 keer per jaar en meerdere ruimtevaartuigen rennen boven of om anderen heen planeten in ons zonnestelsel. Dus het idee van een race in de ruimte of ruimte lijkt misschien wat vreemd, maar 60 jaar geleden was de situatie: heel anders.

Tegenwoordig wordt een raket gelanceerd die satellieten de ruimte in vervoert, ongeveer 200 keer per jaar.

Slechts twee landen hadden de mogelijkheid om iets de ruimte in te lanceren: de Verenigde Staten en de Unie van Socialistische Sovjetrepublieken (beter bekend als de Sovjet-Unie). Het eerste bekende door mensen gemaakte object dat de ruimte bereikt, Duitse V2-raketHet werd gelanceerd door nazi-Duitsland in juni 1944, tijdens de laatste dagen van de Tweede Wereldoorlog. Er zat geen wetenschappelijk doel achter de test; Het was een pure militaire oefening en bereikte een hoogte van 109 km voordat hij rechtstreeks naar de aarde terugkeerde.







De technologie achter de V2 werd gebruikt door zowel de VS als de Sovjet-Unie nadat het aan het einde van de Tweede Wereldoorlog wetenschappers, technische technici en technische plannen had ingehaald. USA met Duits ontwerp Bumper raket Het programma bereikte zijn prestatie na vier jaar, slechts een paar maanden na de USSR.

Er moet echter een kort woord worden gezegd over waar precies de grenslijn voor ruimte is. De Amerikaanse luchtmacht en NASA hebben dit bijvoorbeeld ingesteld op een hoogte van 80,5 km, MAKEN (een wereldwijde organisatie die successen boekt in lucht- en ruimtevluchten) Theodore von Kármán theoretische definitie ongeveer 100 km om ruimte te beginnen. De atmosferische dichtheid op beide hoogten is erg laag: 99% van de atmosfeer van de aarde bevindt zich onder deze zone, dus vliegen met vleugels is eigenlijk onmogelijk.




Alleen al de ruimte ingaan was niet de belangrijkste zorg van de twee landen, omdat ze ernaar streefden een baan om de aarde te bereiken. Hiermee kunnen ze objecten buiten het bereik van een straaljager plaatsen die snel in een baan om de planeet kan cirkelen om foto's te maken of een gewapende lading af te leveren. Met andere woorden, leger De conflicten in Korea en Vietnam in de jaren vijftig zorgden voor een wanhopige urgentie van de race, samen met een enorme toename van het testen van kernwapens en toenemende politieke spanningen tussen de Verenigde Staten en de USSR.




Het cruciale keerpunt in al deze zaken was dat van de USSR Spoetnik 1 - eerste artefact om de baan van onze planeet te voltooien. In feite maakte het meer dan duizend banen voordat de atmosferische weerstand terugkwam, maar gedurende 3 weken zond de 85 kg zware satelliet een eenvoudig radiosignaal uit naar de wereld met de mededeling 'Ik ben hier'.




De ruimterace was echt begonnen.

De Sovjet-Unie behaalde vervolgens een reeks grote 'primeurs':

Ze ontwikkelden de eerste satellieten op zonne-energie in dezelfde tijd (in de jaren zestig), hoewel het nu lijkt alsof Amerika achterover leunt en iemand anders alle glorie laat nemen; eerste communicatie, navigatiesatellieten en weersatellieten; ze bereikten ook voor het eerst Mars (de USSR bereikte Venus een paar jaar geleden) en voerden de eerste orbitale rendezous en dock uit.




De daadwerkelijke finishlijn voor de eerste ruimterace was misschien wel de maan. Toen de Sovjets onze natuurlijke satelliet bereikten (en toen we dat deden, waren we onder de indruk van meer dan 7000 mph), werd het het voor de hand liggende doelwit dat bedoeld was voor een permanente plaats in de geschiedenis, niet alleen om militaire redenen. President John F. Kennedy in mei 1961 Beroemde toespraak tot congres, met de onsterfelijke lijn:

"Ik geloof dat deze natie haar doel moet bereiken om een ​​man op de maan te laten landen en hem voor het einde van dit decennium veilig naar de aarde terug te brengen."

Omdat het slechts een maand na Yuri Gagarin werd gezegd,Poyekhali! ' en als het in de ruimte om de aarde cirkelde, leek het bijna onmogelijk te bereiken in slechts 9 jaar; en toch, zoals we allemaal weten, in de hand 5 maanden vervanging.

Dankzij dit presidentiële doel, de impuls en toewijding van duizenden wetenschappers en een gezonde stapel dollars, lanceerde het Apollo-ruimteprogramma een aantal nieuwe technische ontwikkelingen, vooral op het gebied van computers, materialen en rakettechnologie. Dus, om de weg vrij te maken voor dit artikel over de nieuwe ruimterace, laten we ze even bekijken.

Nieuwe technologie van oude garde

Eind jaren 50 en begin jaren 60, digitaal computermechanische en analoge systemen waren in gebruik voor en tijdens deze periode, maar ofwel misten ze de nodige verwerkingsmogelijkheden om een ​​complex raketsysteem te beheren, waren ze te kwetsbaar om afhankelijk te zijn van duizenden kilometers in de ruimte, of waren ze ver weg, Irak Het is te groot om in een ruimtevaartuig te worden gebruikt.

Gelukkig voor het Apollo-programma monolithische geïntegreerde schakelingen (ook bekend als a chip) was pas een paar jaar geleden uitgevonden, en het tempo van hun ontwikkeling kon worden geproduceerd in voldoende kwaliteit en voldoende hoeveelheid om te worden gebruikt als basis voor computers om de geleidingssystemen van de raket te beheren.

Van het begin tot het midden van de jaren zestig gebruikten onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology de nieuwe uitvinding om een ​​krachtige (ongeveer 85.000 bewerkingen per seconde), compacte (slechts 32 kg of 70 lbs) en zeer betrouwbare computer te creëren. Het ziet er volgens de huidige maatstaven misschien volkomen archaïsch uit, maar het was perfect voor de vereisten van NASA en werd bijna 10 jaar gebruikt voor multitasking. Het heette officieel AGC, Apollo-begeleidingscomputer.

Computerbediening en uitvoerscherm, DSKY (Show-and-keyboard); Het invoeren van een programma gebeurde met slechts twee commando's (werkwoord ve naam) en bijbehorende nummers. Die eenvoud was zijn kracht: astronauten kunnen nieuwe programma's krijgen van de grondbediening, snel instappen en ze hoeven zich geen zorgen te maken dat ze niet de nieuwste computerwetenschappers zijn.

Meerdere 'kernen' zijn niets nieuws

Alle computers hebben natuurlijk geheugen nodig, en AGC was niet anders - Lees gewoon opslag (ROM) voor het bewaren van besturingssoftware, kern touw geheugen. Zie het als een handgeweven vloerkleed waar duizenden strengen draad omheen worden gewikkeld of door kleine metalen lussen worden geregen.

Deze cycli Kleurenvan een circuitcomponent pers transformator en afhankelijk van hoe de strengen om de kernen zijn geweven, zal de transformator een nuluitvoer (0) of een blokgolfuitvoer (1) produceren - d.w.z. elke kern zal in wezen 1 bit opslagruimte genereren.

De AGC, die het Apollo 11-ruimtevaartuig bestuurt, is 540 kilobits (36.864 sets van 16 kernen - 15 voor gegevens, 1 voor pariteitscontroles) ontworpen door ROM's MIT-wetenschappers, en alle software ontworpen door MIT-wetenschappers wordt zorgvuldig geproduceerd. Bij de fabrieken van Raytheon.

Naast ROM had AGC ook een kleine hoeveelheid herschrijfbare opslag, slechts 30 kilobits magnetische kerngeheugen. Net als bij de structuur en werking vergelijkbaar met het kernkabelgeheugen, gebruikte dit eenvoudige maar betrouwbare RAM elektromagnetische inductie in de kernen om waarden van 0 en 1 voor elke bit te genereren.

In tegenstelling tot de nieuwste technologie die wordt gebruikt om vluchtsystemen in de Apollo-ruimte te besturen, de Sovjet-Unie Globus IMP navigatie-eenheid. Deze 'uurwerk'-computer is verrassend geavanceerd en wordt al bijna 40 jaar gebruikt (hoewel met aanzienlijke herzieningen onderweg).

Het is vermeldenswaard dat in tegenstelling tot NASA's AGC, de Globus-machine het ruimtevaartuig niet rechtstreeks bestuurt. Vroege ruimtemissies van de Sovjet-Unie werden geautomatiseerd en / of bestuurd vanaf de aarde - kosmonauten waren letterlijk bedoeld om te rijden. Het ruimtevaartuig bleef echter gedurende een vrij korte tijd in elke baan radiocontact met de missiecontrole, en de tandwielaangedreven Globus-computer bood een robuust systeem om de juiste positie te behouden en de bemanning te voorzien van de nodige informatie om van positie te veranderen, indien nodig.

Computers zijn terug naar de wereld

Het baanbrekende gebruik van computers was niet alleen voor het besturen van raketten. Donder op terra firmaNASA gebruikte de nieuwste machines van IBM om gegevens te verwerken die werden teruggestuurd van missies, en voor de eerste landing op de maan, Systeem / 360-91s dit nummer kraakte.

Dit waren echt opmerkelijke machines - ze behoorden tot de eersten die een diepgaande instructie-pijplijn en out-of-order-uitvoering uitvoerden, in staat om 32-bits integer- en 64-bits drijvende-kommabewerkingen uit te voeren met maximaal 16 miljoen berekeningen per seconde. Het systeemgeheugen varieerde van 2 tot 4 MiB's en had meerdere geheugenkanalen om de lees- / schrijfprestaties te verbeteren.

Ground control computers in de USSR waren even geavanceerd. De Sovjet Academie van Wetenschappen ontwierp en bouwde een machine, die NASA ook gebruikte supercomputers van IBM om volledig effect te hebben op het Apollo-programma. BESM-6), een parallelle opdrachtregel en een 48-bits drijvende-kommaprocessor (bewerkingen met gehele getallen die door dezelfde eenheden worden uitgevoerd).

Hoewel het qua kloksnelheid en geheugen niet overeenkwam met het systeem / 360 (de adresbus was slechts 15 bits breed in vergelijking met de 21-bits van IBM), was het nog steeds een zeer capabele computer - zodat ze, zoals de meeste Sovjet-technologie, bijna twee decennia bleef bestaan.

De snelheid van de vooruitgang in de computertechnologie heeft deze machines in slechts twee decennia geschiedenis geschreven (de 80486-CPU van Intel, uitgebracht in 1989, kon bijvoorbeeld 20 miljoen instructies per seconde aan en adres 4096 MiB RAM), maar vandaag de dag heeft het mogelijkheden waar ingenieurs van konden dromen in de jaren zestig. heeft geen schulden dankzij het hectische onderzoek en de ontwikkeling van de VS en de Sovjet-Unie.

Materialen voor mens en machine

Digitale elektronica was niet de enige gebieden waarop ontwikkeling en vooruitgang te zien was. Om de 8-daagse missie naar de oppervlakte en achterkant van de maan te voltooien, had de bemanning 3 ruimtevaartuigen en 3 raketten nodig. In het eerste geval zijn dit:

  • Apollo Command and Service Module (CSM) - dit was het huis van astronauten tijdens de vlucht en bevatte ook waterstof en zuurstof die nodig zijn voor lucht, water en elektriciteit
  • Apollo Lunar Module (LM) - De machine die Neil en Buzz naar de maan en in een baan om de aarde brengt
  • Apollo A7L - op zichzelf staand ruimtepak om op de maan te lopen

Het lijkt misschien een beetje vreemd om het ruimtepak in hetzelfde licht te zien als de CSM / LM, maar ze hadden een vergelijkbare functie: de bemanning in de ruimte in leven houden. Deze bestonden uit een vat onder druk om de koellagen het hoofd te bieden - in direct zonlicht konden de temperaturen op de maan 120 ° C bereiken - bescherming tegen micrometeorieten en grove maneschijn en het gebrek aan atmosfeer. .

Complete sets zijn ontworpen en vervaardigd door International Latex Corporation (ILC), een bedrijf dat gespecialiseerd is in producten die gebruik maken van polymeer- en silicamaterialen. A7L gebruikte het volledige assortiment: latexrubbers; polyethyleentereftalaatvezels; polyimide films; nikkel en chroomlegeringen; schalen van polycarbonaat; vergulde polysulfonplaten.

NASA en verschillende fabrikanten blijven handelsovereenkomsten sluiten, velen van hen we kennen en gebruiken zelfs vandaag.

De A7L was zo succesvol voor ICL dat de algehele structuur nog steeds in gebruik is, hoewel deze sterk is aangepast voor de huidige vereisten van missies op het internationale ruimtestation ISS.

Tijdens de constructie van de Saturn V-raket werden speciale materialen gebruikt, waaronder een schat aan aluminium, titanium en staallegeringen. Er waren in totaal 3 fasen: de eerste, waarbij geraffineerde kerosine en vloeibare zuurstof als brandstof werden gebruikt, zou slechts 2 minuten duren, maar het zou voldoende zijn om de raket te versnellen tot een snelheid van 5000 mph.

De tweede trap was kleiner en minder krachtig, waarbij vloeibare waterstof en zuurstof gedurende 6 minuten werden verbrand om de snelheid met nog eens 10.000 mph te verhogen.

De laatste fase, vergelijkbaar met de tweede, werd gebruikt om de raket in een baan om de aarde te brengen en vervolgens terug te gaan naar de maan.

Volledig van brandstof voorzien, overschreed het totale gewicht van de constructie 6 miljoen pond (ongeveer 3.000 ton) en was het 111 meter lang. Het heeft nog steeds het record voor de grootste en krachtigste raket ooit gebouwd.

Saturnus gelooft dat de breedte van V erg belangrijk is voor het Apollo-programma om te werken, dus de Lunar Module had een drooggewicht van minder dan 10.000 pond (4.500 kg), en op sommige plaatsen waren composietmaterialen niet dikker dan de muren van soda. Ontwerpcriteria voor veiligheid waren eigenlijk niet 'veilig wat dan ook' maar 'maakten het veilig genoeg'.

De Sovjet-Unie ontwikkelde ook een grote raket. N1Hoewel niet op dezelfde schaal als Saturn V, waren de eerste drie lanceringspogingen niet succesvol, en het hele project was beladen met conflicten, ego's en politieke oorlogen, en een gebrek aan de juiste financiering.

Toen het Apollo-programma in 1972 eindigde, probeerden de ingenieurs van de USSR een aantal jaren tevergeefs succes te halen uit de raket, maar deze werd tot 1975 zonder fantasie gesloopt.

Maan: te ver, te duur

Aangedreven door het succes van zijn ingenieurs in de jaren zestig, plande NASA meerdere nieuwe post-Apollo-programma's, waaronder permanente ruimtestations en een basis op de maan, herbruikbare voertuigen en nucleaire raketten, en een bemande missie naar Mars.

Deze werden aan het begin van de jaren zeventig aan president Nixon en zijn regering gepresenteerd en de beslissing werd een duidelijk 'nee' tegen alle herbruikbare voertuigen. In het Apollo v2.0-programma was de hoop op terugkeer naar de maan categorisch verminderd.

Het herbruikbare voertuigproject zal aan het einde en Space Shuttle-programma (ook een tijdelijk ruimtestation skylab), maar één ding was duidelijk: in plaats van te streven naar het landen van mensen op een ander object, zou er geen geld zijn om mensen op de grond te zetten, net zo min als Low Earth Orbit.

In 1973 kostte het Apollo-programma $ 25 miljard (minstens 5 miljard vergeleken met de schatting uit 1961 en meer dan twee keer de oorspronkelijke schattingen) en ontving NASA elk jaar bijna de helft van zijn budget. Om te begrijpen hoeveel geld dit is, het Amerikaanse federale budget voor het jaar waarin de VS voor het eerst op de maan liepen. 180 miljard dollar.

Dit uitgavenniveau zou nooit duurzaam zijn, en noch de Verenigde Staten, noch de Sovjet-Unie konden het zich veroorloven om de dromen van mensen om op de maan of Mars te leven over te nemen. Ruimtevluchten zouden veel kosteneffectiever moeten zijn, vooral in vergelijking met de Apollo, die meer dan $ 300 miljoen bedroeg voor vaartuigen, brandstof, personeel, enz., Van elke vluchtmissie.Waardering circa 1974, $ 1,5 miljard in 2019).

Elke Saturn V-raket was eigenlijk uniek, niet ontworpen om in massa te worden geproduceerd, en elk onderging meerdere revisies om problemen met eerdere vluchten aan te pakken. Geen enkel onderdeel van de raket kan worden hergebruikt; Het enige deel dat terugkeerde naar de aarde was de Command Module, en ze hebben nooit meer dienst gezien na de missie.

NASA hoopte voornamelijk om ruimtevluchten routine en winstgevend te maken op de herbruikbare Space Shuttle (alleen de oranje hoofdbrandstoftank ging op elke vlucht verloren); Na de ineenstorting van de Sovjet-Unie en later de oude staat heeft Rusland dat wel Buran), maar geen van beiden bereikte de hoge doelen van een ruimtevaartuig dat keer op keer kon worden gebruikt. De mislukkingen waren ofwel te wijten aan fundamentele ontwerpkwesties, exploitatiekosten of een gebrek aan financiering voor ontwikkeling.

Rusland verliet het Buran-programma in 1993 en NASA trok zich in 2011 terug uit de Shuttle-vloot, op welk punt elke missie meer dan $ 400 miljoen kostte. Het lanceren van satellieten en ruimtesondes is echter routine geworden dankzij de vele Amerikaanse, Russische en Europese lanceersystemen die momenteel in gebruik zijn, samen met reizen naar het internationale ruimtestation ISS. De kosten zijn echter nog steeds verrassend hoog en alle gebruikte raketplatforms zijn zeker niet herbruikbaar.

Dit was tot twee jaar geleden het geval.

Een nieuwe race begint

Een gezellige donderdagavond, op 30 maart 2017, Lanceringscomplex Kennedy Space Center 39, een geostatisticus communicatiesateliet.

Twee dingen waren speciaal aan deze lancering, en beide gingen over de raket: ten eerste, de eerste fase, nadat hij iets in een baan om de aarde had gebracht, en ten tweede, keerde dezelfde fase terug naar de aarde en landde ergens. Het is een autonoom platform net voor de kust van Florida in de Atlantische Oceaan.

Dit was geen uiterst geheime militaire missie of een experimentele NASA-machine; hij is een Falcon 9 FT lanceervoertuig exclusief ontworpen en vervaardigd door SpaceX. Deze specifieke organisatie, ontworpen en opgericht door Elon Musk met behulp van geld verzameld van eerdere bedrijven (Zip2 en X.com, uiteindelijk PayPal), was toen 16 jaar oud.

De eerste raketlancering van SpaceX in een lage baan om de aarde vond slechts 6 jaar geleden plaats, en er kan worden gezegd dat het bedrijf op de schouders van NASA en Rusland stond om Isaac Newton wat meer uit te leggen, het tempo van ontwikkeling en het niveau van vluchtsucces waren enorm.

Musk pakte het probleem van herbruikbaarheid vanaf het allereerste begin van SpaceX aan om de kosten te verlagen en de inkomsten te maximaliseren. Maar in tegenstelling tot NASA's benadering van raketboosters voor vaste brandstof die in dit Space Shuttle-programma worden gebruikt, bedachten de ingenieurs van SpaceX een radicalere benadering.

De boosters van de shuttle waren ontworpen om het grootste deel van de vereiste werpstuwkracht te leveren, en eenmaal afgevuurd, bleven ze branden totdat ze bijna leeg waren. Op dit punt zouden ze worden gelanceerd vanaf de shuttle, doorgaan met branden tot ze leeg waren en dan vrij vallen op de aarde.

Boosters zouden parachutes gebruiken om de daalsnelheid te vertragen voordat ze in de Atlantische Oceaan spatten. Zonder brandstof konden ze gemakkelijk drijven, zodat ze aan de oppervlakte bleven totdat ze door een schip werden opgepikt.

Voor SpaceX was dit niet goed genoeg, vooral omdat het een aanzienlijke hoeveelheid werk vereiste om Shuttle-boosters handmatig te herstellen en vervolgens klaar te zijn voor een nieuwe lancering.

Wat ze wilden, was een raket met multifunctionele motoren (prioriteiten voor de stuwkrachtvector, gasklep en herstartfunctie) maar zonder de dure service die de motoren van de Shuttle nodig hebben.

Ook raketten zelf vliegen Landend op een structuur die kan worden opgeslagen met de minste praktische tussenkomst.

En zo werd de Falcon-raket geboren. Versie 1 kreeg zijn eerste vlucht in maart 2006. Zoals veel eerdere proeven, mislukte de kleine Falcon 1-raket zijn eerste reis gedurende slechts 40 seconden, waarbij hij de grond raakte op slechts 250 meter van waar hij vandaan kwam.

Je kunt je vergeven dat je denkt dat het ontwerpen en bouwen van een nieuwe raket na 50 jaar lancering een relatief eenvoudig proces zal zijn. Maar ruimteraketten zijn machines met een hopeloos dunne lijn die hen onderscheidt van het classificeren als bedrijfsvoertuigen of zeer dure explosieven.

De ontwerpdoelen van de Falcon, en inderdaad elke raket die in staat is om dezelfde vaardigheden uit te oefenen, zijn heel anders dan die in het algemeen. Je kunt dit achterhalen door een lange stok met je vingertoppen te balanceren - je moet je hand constant blijven bewegen om hem rechtop te houden, maar het is gemakkelijker om constant omhoog te duwen.

Wanneer een normale raket de gewenste hoogte bereikt - dit bereikt met een gestage stabiliserende beweging van de opwaartse stuwkracht - en zijn lading ontplooit, stopt de vlucht. Het is maar de helft van de reis voor een Falcon-raket: hij moet terugvliegen naar de aarde.

De retourtrap moet zo licht mogelijk zijn en aerodynamische controle hebben tijdens de terugkeer. De Saturn V-raket was eigenlijk een constructie van een aluminiumlegering die als zeer zwaar werd beschouwd, dus de Falcon gebruikt een aluminium-lithiumlegering - deze materiaalkeuze brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee, maar het toenemende gebruik ervan in de hele luchtvaartindustrie is dat wel.

Tijdens de terugvlucht wordt de raketcontrole beheerd met behulp van de hoofdraket, kleine drijfgassen en aerodynamische grille-vinnen, zoals hieronder weergegeven.

Deze worden tijdens de lancering vastgehouden en bij het terugkeren gevouwen. Oorspronkelijk gemaakt van een aluminiumlegering, schakelde SpaceX over op een titaniumlegering omdat ze ontdekten dat de vorige keuze alleen de thermische spanningen van supersonische vluchten in de atmosfeer aankon.

Je kunt begrijpen hoe de terugreis eruitziet in deze video van SpaceX, gemaakt met een ingebouwde camera bovenaan de rakettrap:

Dit alles wordt bestuurd door de computersystemen in raketten. Gezien de snelheid en complexiteit van de landing, zou het je vergeven zijn als je bedenkt dat de op maat gemaakte, geavanceerde technologie hier ook werd gebruikt. Hoewel we niet precies weten welke systemen SpaceX gebruikt, processors dual core en x86 in de natuurgeeft aan dat de gebruikte chips 'klaar' zijn.

De computers draaien op een Linux-gebaseerd besturingssysteem en gebruiken software die volledig in eigen huis is ontwikkeld. Ze zijn ook in meerdere groepen geïnstalleerd om te beschermen tegen problemen veroorzaakt door straling en hardwarestoringen. Moderne digitale elektronica is gevoelig voor ioniserende straling en er zijn twee manieren om deze te bestrijden: stralingsharden ve stralingstolerant.

Ten eerste vereist het dat chips op unieke wijze worden geproduceerd om veel dunner te zijn dan hun oorspronkelijke neven - een dunnere chip kan de doordringende straling minder absorberen dan dikkere, maar het proces dwingt beperkingen op aan hoe complex de chip kan zijn en verhoogt de kosten aanzienlijk.

Een stralingsdicht systeem door het gebruik ervan omzeilt het volledig. drie processorsets Voor alle boordcomputersystemen geldt dat als de straling de berekeningen van een van deze beïnvloedt, de andere twee dezelfde resultaten opleveren als elkaar, maar verschillen van de door straling beïnvloede resultaten. De software neemt dit en alles verloopt overeenkomstig.

Waar alles op Saturn V-raketten handmatig kan worden bestuurd door bemanning of grondbesturing, zijn alle SpaceX-machines ontworpen om volledig autonoom te zijn - de enige keer dat mensen opstaan, is wanneer er iets misgaat of als ze de definitieve bevestiging moeten geven. voordat een actie begint.

Dit is het geval voor het Dragon-vrachtschip als het gaat om het aanmeren bij het International Space Station. De hele vlucht wordt geleid door de boot zelf, maar doorloopt de laatste aanmeermanoeuvre totdat de ISS-bemanning aangeeft.

SpaceX heeft in 20 jaar een lange weg afgelegd en laat zien dat er nog veel meer ruimte is om raketten te ontwikkelen.

Er is meer dan één paard in deze race

Elon Musk is niet de enige kwaadaardige verschijning van James Bond in de ruimte vol geld en ambitie. Geboren uit een totaal gebrek aan bewondering, Blauwe oorsprong Het werd in 2000 opgericht door Jeff Bezos van Amazon, maar lanceerde in slechts 5 jaar tijd testraketten van zijn eigen ontwerp.

Het zou niet anders kunnen zijn als de twee bedrijven het probeerden: SpaceX is altijd enthousiast, verheugend in het theater; Blue Origin, aan de andere kant, is door de jaren heen veel discreter en voorzichtiger geweest. In totaal had SpaceX meer dan 80 lanceringen, terwijl Blue Origin in dezelfde tijd 11 bereikte.

SpaceX is echter meer dan drie keer zo groot als Blue Origin in termen van personeel, en ondanks de grote hoeveelheid geld die Bezos persoonlijk aan het bedrijf heeft toegewijd, ontving de kleinere organisatie aanzienlijk minder externe investeringen en nauwelijks lanceringscontracten. Dit weerhield het team van Bezos er niet van om nieuwe technologieën te ontdekken, vooral als het om raketmotoren ging.

Verschillende lanceersystemen die tegenwoordig worden gebruikt, gebruiken over het algemeen een van de drie soorten brandstof:

  • Cryogene vloeistoffen, zoals geoxygeneerde waterstof of geoxygeneerde geraffineerde kerosine
  • Hypergolische vloeistoffen, bijv. Hydrazine met stikstoftetroxide
  • Vaste stoffen, bijv. aluminium met ammoniumperchloraat gebonden met butadieen

Elk type heeft zijn eigen voor- en nadelen, en het analyseren ervan zou een compleet artikel op zich zijn, maar het ging met een combinatie van Blue Origin vloeibaar aardgas (LNG) met vloeibare zuurstof. Dit is het op een na schoonste brandstofverbrandingssysteem na vloeibare waterstof, maar het belangrijkste voordeel is dat de motor zelf minder complexiteit vereist dan andere vloeibare brandstofsystemen.

Deze eenvoud vertaalt zich in lagere kosten en goedkoper onderhoud. SpaceX is op een meer traditionele route gebleven met behulp van geraffineerde kerosine, maar ondanks de verschillen in hun benadering van raketmotoren, zijn de doelstellingen en ontwerpfilosofieën van de twee bedrijven - goedkoop, herbruikbaar, autonoom - in wezen hetzelfde. Dit is de tegenpool van de keuzes die NASA heeft gemaakt voor de opvolger van het Space Shuttle-programma.

Genoemd door een planningscommissie die niet weet wat het woord betekent spannend betekent, Boeing vervaardigd Space Launch-systeem (Afgekort SLS) Apollo wordt herboren. Met elementen van het Space Shuttle-lanceersysteem zoals de hoofdmotoren en boosterraketten, ontwierp NASA het ontwerp dat op het eerste gezicht lijkt op een koolstofreplica van de Saturn V-raket.

Op het moment van schrijven heeft NASA geen full-size SLS-systeem gelanceerd, aangezien de eerste testmissie niet nog een tot twee jaar gepland was. Als de parameters van het ontwerp volledig worden gerealiseerd, zal de SLS een van de deelnemers zijn voor de kroon voor de grootste, krachtigste raket die in bedrijf is, maar de 50 jaar oude machine die de mensheid heeft gestuurd, zal in feite dezelfde hefmogelijkheden hebben. maan.

De niet-herbruikbare aard van SLS, de daarmee gepaard gaande hoge taakkosten en bouwvertragingen, Cadeau ve oud NASA-leidinggevenden echter. Een deel van de bron van deze problemen is te wijten aan het feit dat NASA publiekelijk wordt gefinancierd door middel van belastingen en verschillende politici heeft toegestaan ​​druk uit te oefenen op de organisatie om gebruik te maken van bedrijven die mensen in dienst hebben in de staten die ze vertegenwoordigen. Een andere factor is het terugkeren naar de maan, maar daar zullen we straks meer over zeggen.

Het Space Launch System is niet de enige speler in het zwaar tillen van raketten; Zowel SpaceX als Blue Origin hebben ontwerpen die, wanneer ze volledig gerealiseerd zijn, qua fysieke afmetingen vergelijkbaar zijn met SLS of hun hefvermogen overtreffen.

Er zijn twee belangrijke redenen waarom al deze fabrikanten in staat waren om ongeveer 100.000 pond (ongeveer 45 ton) naar een lage baan om de aarde te tillen door enorme raketten te duwen. De eerste is simpel: er is sinds Saturn V niets dat deze ladingen aankan. De Space Shuttle heeft een vermogen van 54.000 pond (ongeveer 24 metrische ton) en Lockheed Martin / Boeing'in Delta V Heavy het kan alleen maar 8000 pond meer verplaatsen. De Falcon Heavy-raket van SpaceX heeft theoretisch veel meer capaciteit, maar is nog niet getest met een laadvermogen van meer dan 14.000 pond (6 ton).

Maar dat geeft nog steeds geen antwoord op de vraag waarom we een raket nodig hebben die een grotere lading aankan. Waarom heeft NASA SLS nodig om 230.000 pond in een baan om de aarde te brengen?

Streven naar de maan (weer)

In 2005 ondertekende het Amerikaanse Congres een actie waarbij NASA werd gemachtigd om het Constellation-programma te lanceren. Het doel was om de locatie van de Space Shuttle te verbeteren, zodat het internationale ruimtestation de ontwikkeling kon voortzetten en de maan een nieuw platform kon bieden voor bemande missies. Alles werd onmiddellijk ongetekend toen, na slechts 5 jaar, de ware omvang van de kosten duidelijk werd.

De terugkeer naar de maan is het onderwerp van hete controverse geweest, herhaald sinds Apollo 17 de 'prachtige verlatenheid' in 1972 verliet. Wetenschappers en oude Apollo-astronauten hebben hun voortdurende ontzetting geuit over het gebrek aan verkenning van de menselijke ruimte buiten de lage baan om de aarde; Politici en economen hebben altijd op dergelijke klachten gereageerd met hetzelfde antwoord: we kunnen het ons niet veroorloven.

NASA nam de sluiting van de constellatie niet lichtvaardig op. De meeste elementen werden onmiddellijk gerecycled tot een nieuw programma (SLS) met een ruw idee voor een ander ruimtestation; de tweede zou het ISS ook niet vervangen. Oorspronkelijk genaamd Deep Space Habitat, werd het opgevat als een toegangspoort tot verkenning van de maan en daarbuiten, en het was ontworpen om rond de maan te draaien, niet de aarde.

In 2016 veranderden de dingen (opnieuw) - er was een nieuwe Amerikaanse president aan de macht, geïnteresseerd in ruimteprojectenen een bepaald bedrijf van Elon Musk Plannen om Mars te koloniseren. Het bleek dat beide geen loze beloften waren, zoals in een jaar Richtlijn ruimtevaartbeleid 1 uitgelegd (met Buzz Aldrin die er behoorlijk chagrijnig uitziet) en Musk verstrekte meer detailsHet bevat eenvoudige raketontwerpen en hoe je ervoor kunt betalen.

Eerder dit jaar hernoemde NASA het bemande missieprogramma Artemis en bevestigde het een datum voor de maan.

De promotievideo van het Artemis-programma werpt licht op de details - de SLS die we al kennen is in aanbouw, maar er moet nog een volledige testvlucht plaatsvinden; Een testcapsule van Orion werd gebouwd, de ruimte in gelanceerd bovenop de Delta VI-raket en keerde veilig terug naar de aarde.

De Gateway (in wezen Deep Space Habitat omgedoopt) echter nog maar net gestart, heeft het ontwerp niet, of er is besloten tot een fabrikant voor de maanlanding. De technologie die hiervoor nodig is, bestaat al, maar beleid en geld hebben invloed op de voortgang. Dus een gezonde dosis scepsis Boven NASA bereikte het zelfs de maan voordat het tegen 2024 weer landde.

Toen we echter terugkeerden naar 1964, vijf jaar voordat Neil en Buzz voet op de maan zetten, bevond de race naar de maan zich in een vergelijkbare situatie. Het Apollo-programma was al begonnen, maar de Saturn V-raket was nog niet klaar en NASA worstelde met orbitale afspraakproblemen in het Gemini-programma. Het zou nog vier jaar duren voordat mensen in een baan rond de maan werden geplaatst tijdens de Apollo 8-missie.

Hoewel NASA niet langer houdt van de financiering en het personeelsbestand dat het vijf jaar geleden leefde, zijn er veel meer bedrijven die ontwerp- en productiecontracten kunnen krijgen - een elf in totaal Het is tot nu toe geregistreerd om maanlandingssystemen (volledige en gedeeltelijke componenten) ter overweging te ontwikkelen.

Blue Origin is al een Maanlander Het heeft grotere mogelijkheden dan de originele LEM en is alleen van plan om zijn varianten op andere missies dan Artemis te gebruiken. SpaceX is een van die elf bedrijven, maar ze zijn ook van plan om een ​​toerist rond de maan te sturen. #dearMoon.

En er is nog een reden voor een maanlanding in 2024: er staat een grotere beloning op het spel.

Alles is in orde voor Mars

Zoals eerder in dit artikel vermeld, stierf Elon Musk om naar Mars te gaan (zelfs duidelijk wat je bedoelt 'dood') en om dit te doen, is SpaceX bezig met het ontwikkelen van twee nieuwe machines: Heel zwaar (voorheen Big Falcon Rocket genaamd) en Shuttle-achtige ruimtevaartuigen Sterrenschip.

Samen zien ze eruit alsof ze uit een sciencefictionfilm komen, en hoewel het eindproduct niet erg smetteloos en glanzend is, is het Californische bedrijf volledig project.

Je vraagt ​​je misschien af ​​waarom een ​​schip dat is ontworpen voor ruimtevluchten vleugels heeft, hoewel klein, maar niet om op Mars te vliegen - voor aerobraking bij de ingang. Het ruimteschip zal daadwerkelijk landen verticaalmet systemen die vergelijkbaar zijn met die gevonden op raketten uit de Falcon-serie, zowel op aarde als op Mars.

SpaceX heeft geen vaste datum vastgesteld om Mars te bereiken, en ze staan ​​niet onder politieke druk om een ​​dergelijk doel binnen een bepaald tijdsbestek te bereiken, behalve bij overeenkomsten met investeerders. Het is een beetje anders voor NASA. Voordat er een poging wordt gedaan om mensen naar de verre kleine planeet te sturen, gebruiken ze het Artemis-programma om systemen en structuren te ontwikkelen die kunnen worden geplaatst.

Het Lunar-programma openlijk verkocht Het wordt zelfs gebruikt om Mars te tatoeëren als voorloper en de laatste commerciële partnerschappen en versterken politieke allianties.

Terwijl administraties komen en gaan, zal NASA onder druk staan ​​om Artemis op tijd af te leveren en goede vooruitgang te boeken met alle verschillende programma's die nodig zijn om een ​​bemande missie naar Mars te verplaatsen.

Maar als het Artemis lukt, en aan het einde van het volgende decennium, zien we weer mensen op het oppervlak van de maan lopen, is een reis naar Mars dan gegarandeerd?

Cliff om te springen

Mensen naar Mars sturen en weer naar huis brengen, is een taak waardoor naar de maan gaan vergelijkbaar is met 's middags naar het strand reizen. De eerste hindernis is simpel: afstand. De aarde en Mars liggen het dichtst bij elkaar, ongeveer 35 miljoen mijl (56 miljoen km) van elkaar, ongeveer 150 keer groter dan de gemiddelde ruimte tussen de aarde en de maan.

Voor de Apollo-missies duurde de reis tussen rotsachtige lichamen ongeveer 4 dagen; Ervan uitgaande dat de snelheden hetzelfde zijn, duurt het 600 dagen, of 1,5, om naar Mars te gaan. jaar.

De langste tijd die iemand in de ruimte doorbrengt, is 438 dagen. Valeri Polyakov Op het Russische schip Mir ruimtestation. Langetermijneffecten van leven in omgevingen met microzwaartekracht diepgaand bestudeerd In de loop der jaren, en ondanks de maatregelen die zijn genomen om verlies van botdichtheid, genveranderingen en cognitief gedrag tegen te gaan, ontkomt er niet aan dat mensen die meer dan een jaar in de ruimte zijn op reis naar Mars niet in een ideale staat verkeren om missies op het aardoppervlak uit te voeren.

Aanpassing aan de aarde na een typische ruimtemissie van zes maanden vereist maanden revalidatie

Houd er rekening mee dat de 600 dagen durende reis door de ruimte twee keer (daar ve terug), en gedurende deze tijd blijven de planeten bewegen, dus Mars en de aarde zijn overal het dichtst bij. naar jaar.

De werkelijk afgelegde afstand zal dus meer dan 35 miljoen mijl bedragen en de bemanning ay Op Mars, zodat de planeten de tijd krijgen om opnieuw uit te lijnen met de minimale afstand. De langste tijd doorgebracht op de maan 3 dagenDoor Eugene Cernan en Harrison Schmitt Apollo 17 missie.

Een voor de hand liggende oplossing hiervoor is het verhogen van de snelheid van het schip dat de bemanning naar Mars brengt. Apollo 10 Het heeft momenteel het record voor het snelste bemande voertuig en pieken van iets minder dan 39.900 km / u, en de reis naar Mars met deze snelheid zou slechts enkele maanden duren. De zwaartekracht van de aarde was hiervoor echter verantwoordelijk en reizen naar Mars zullen deze gratis rit niet kunnen gebruiken.

De volgende grote uitdaging betreft de eerste: elke persoon op Mars zal bijna elk ernstig probleem zelf moeten oplossen. Het snelste radiosignaal dat de kleine planeet kan bereiken (tijdens minimale scheiding) is iets meer dan 3 minuten, maar het kan tot 22 minuten duren, en dat is slechts één manier.

Daarom, in tegenstelling tot Apollo-missies waarbij het contact met een ingenieur op aarde nooit langer is dan een paar seconden, is er geen kans om in realtime een oplossing te chatten met 'Googlen' of missiecontrole. Dit betekent dat voor elk technisch en medisch probleem dat zich voordoet een geschikte specialist moet worden aangepakt, maar wat als die specialist ziek wordt of op de een of andere manier incompetent is?

Om hiermee om te gaan, moet de bemanning bijna deskundig en vaardig zijn op een aantal gebieden, ondersteund door digitale handleidingen en documentatie. De mannen die op Apollo-missies vlogen, werden in zoveel mogelijk gebieden getraind, maar hadden het voordeel dat ze slechts een seconde of twee verwijderd waren van NASA.

Waar en wat is er nog meer mogelijk?

Mars en de maan zijn niet de enige doelen in deze nieuwe ruimtewedloop. Goed ouderwets toerisme zit in de mix, al is het al een tijdje mogelijk om een ​​kaartje te kopen voor een reis naar de ruimte.

In april 2001 bracht Dennis Tito een week door op het internationale ruimtestation ISS en betaalde een niet nader genoemd bedrag aan het Russische Federale Ruimteagentschap voor training, Sojoez-raket en ISS, en werd daarmee de eerste ruimtetoerist in de geschiedenis. . Hoewel het betaalde bedrag onbekend is, gerapporteerde schatting Hij zette het op 20 miljoen dollar.

Dit gaat veel verder dan wat bijna iedereen zou beschouwen, zelfs als 'goed gedaan' volgens wereldwijde normen. Het kon sommige bedrijven er echter niet van weerhouden dergelijke risicovolle ondernemingen te sluiten, met name die van Richard Branson Maagd galactisch.

Ondanks de naam is de beoogde rit slechts een korte flirt met de rand van het veld. Op afstand van composietmaterialen en aangedreven door een raket met vloeibare brandstof, stort het ruimtevaartuig neer uit een op maat gemaakt heavy-lift vliegtuig op een hoogte van 15.000 voet en drijft vervolgens de Kármán-lijn aan op 100 km.

De bemanning en passagiers waren een paar minuten micro-g (d.w.z. rondzweven) voordat je terugglijdt naar de aarde.

De initiële ticketprijzen voor het project waren vastgesteld op $ 200.000; Ongeveer 300 mensen hadden een plaats geboekt, ook al zei hij dat het 3 jaar zou duren voordat alles klaar was.

Het initiatief heeft zijn doelstellingen nooit bereikt, vooral niet door een tegenslag in 2014, toen een testvlucht ernstig misging (waarbij een bemanningslid omkwam en een ander zwaargewond raakte).

SpaceX en Blue Origin zijn ook geïnteresseerd om mensen de ruimte in te nemen voor een explosie. bestellingen voor vluchten aannemen Op de New Shephard-raket voor een snelle aanval in de Kármán-linie.

De afbeelding hierboven laat zien hoe de Dragon-ambachten van SpaceX voorspelden hoe de binnenkant van de bemanningscapsule eruit zou zien - de klinische aard en het bijna gebrek aan instrumentatie weerspiegelt hoe het vaartuig werkt en de aard van de bemanning, wat betekent dat je niet hoeft te vliegen of er controle over hebt. Hetzelfde geldt voor de capsule van Blue Origin (hieronder):

Een zorgvuldige blik op beide afbeeldingen zal laten zien hoe de materiaalkeuze is veranderd sinds de dagen van Apollo. Koude metalen panelen, allemaal geschilderd in militair grijs; in samengestelde polymeren en koolstofvezel. Hun productiekosten zijn het afgelopen decennium dramatisch gedaald, waardoor ze liberaler kunnen worden gebruikt.

Het voordeel hiervan is natuurlijk gewichtsbesparing, en voor elk pond dat door het ruimtevaartuig en de draagraket wordt geschoren, zou er minder brandstof de ruimte in moeten gaan en zou de hele vlucht goedkoper en sneller moeten zijn. Een uitzondering hierop is het ruimteschip van SpaceX, dat naar verwachting grotendeels van staallegeringen zal worden gemaakt, ondanks het aanzienlijke gewichtsprobleem.

De reden hiervoor is Starship heel Voor grotere vracht / cruiseschepen en afmetingen dan Dragon, zou het gebruik van koolstofvezelcomposieten voor de hele boot een onaanvaardbare verhoging van de kosten van het programma zijn.

Ruimtetoerisme is op het hoogtepunt om zuinig te worden, maar deze term is eigenlijk alleen van toepassing op miljonairs. Maar elders in de ruimte is er geld te verdienen in dit nieuwe ras, en dat kan worden gevonden in de vorm van enorme brokken steen, metaal en ijs die in een baan om de zon draaien - anders asteroïden.

Dit zijn eigenlijk overblijfselen van de vroegste dagen van ons zonnestelsel - stukjes materie die niet met de rest zijn gecombineerd om planeten te vormen. Ze zijn er in alle soorten en maten; een paar zijn zo groot als een kleine planeet (bijv. Ceres), maar de meerderheid is niet groot genoeg om onder hun eigen zwaartekracht bij elkaar te worden gehouden.

Een voorbeeld hiervan is een koolstofhoudende asteroïde genaamd 101955 Bennu. Niets bijzonders vergeleken met de speciale miljoenen asteroïden hier, maar het draait gewoon rond de zon, redelijk dicht bij de aarde; het heeft ook een diameter van ongeveer 488 m, vergelijkbaar met de gemiddelde waterdichtheid.

Om deze twee redenen heeft NASA, 3 jaar geleden, OSIRIS-REx. De missiedoelen waren simpel: ga naar de asteroïden, plaats de sonde in een baan eromheen, verzamel een monster van de asteroïde en stuur het materiaal terug naar de aarde voor analyse.

De nabijheid van de asteroïde tot ons betekende dat hij relatief snel kon worden bereikt, en zijn kleine omvang zorgde ervoor dat voor het nemen van een monster geen landing of boor nodig was. De verzamelde fragmenten zullen volgens de planning in december 2023 in contact komen met de aarde en wetenschappers zullen naar materialen kunnen kijken die ouder zijn dan onze planeet.

Dus wat is precies de kans voor deze baan? De OSIRIS-REx-missie is een van de eerste stappen om een ​​commerciële realiteit te worden voor het delven van asteroïden, waarvan er vele bekend staan ​​als metaalrijk.

Er zijn grote financiële en technologische hindernissen die moeten worden overwonnen; De eerste hiervan vereist dat ruimtevluchten veel goedkoper zijn dan nu, en dit is waar bedrijven als SpaceX en Blue Origin in het spel komen met hun herbruikbare lanceersystemen.

Zeker decennia, misschien honderden jaren, zijn we verre van de aardse plaats als asteroïden te zien als de bron voor alle zeldzame metalen en mineralen, maar houd in gedachten dat de eerste krachtige vlucht van de mensheid plaatsvond aan het begin van de 20e eeuw. . Het duurde minder dan 7 jaar om van Orville Wright's vlucht van 12 seconden naar de geschiedenisboeken te rijden elektrische auto's ve Golf spelen Ay'da.

Wat moet deze ruimterace doen?

Deze nieuwe ruimterace is anders dan de vorige. Er is geen urgentie en financiering van de koude oorlog van de supermacht. Beloften om terug te keren naar de maan of mensen naar Mars te sturen zijn ook niet nieuw, dus ze kunnen niet worden gebruikt als reden voor het huidige ras.

En toch, daar is Het is een race. Het is echter geen gekke snelheid; dit is meer een marathon en zijn rivalen worden overweldigd door ambitie en er zit weinig geld achter. Dit komt doordat er duidelijke financiële prikkels zijn: raketlanceringen worden steeds betaalbaarder en er zijn duizenden mensen en bedrijven die willen investeren in ruimtevaartprojecten.

Waar geschatte Alleen al in de VS zijn er 20 keer meer miljonairs dan in de jaren zestig, en hoewel deze groei van de individuele welvaart deels te wijten was aan de daling van de waarde van de dollar, speelden globalisering en de verbreiding van het kapitalisme ook een rol. Waar het idee om een ​​ruimtetoerist te zijn niets meer is dan een fantasievlucht, is de kans om privé-astronaut te worden nu echt.

Het Apollo-programma heeft bijgedragen aan de productie van zoveel nieuwe technologieën dat we er 50 jaar later nog steeds van profiteren. Zal deze nieuwe ruimterace hetzelfde weer doen; Computers en materialen van de nabije toekomst zijn beschikbaar voor Musk, Bezos, et al? Waarschijnlijk niet. Ondanks alle fondsen die SpaceX en Blue Origin ontvangen, zijn ze nog steeds gebonden aan dezelfde grenzen. Ruimtevlucht en menselijke verkenning van andere werelden heeft worden berekend; middelen kan niet zijn verspild In Apollo's hoogtijdagen was er geen dergelijke beperking, en hij vloog in een Saturn V-progressie en ontwikkeling die we waarschijnlijk nooit meer zullen zien.

Deze nieuwe race is begonnen, de startlijn is nu slechts een herinnering. Maar de maan wacht nog steeds op nieuwe mensen om hun eigen kleine stapjes en gigantische stappen te zetten, en Mars moet nog langer wachten. Ze zullen wachten zoals ze altijd doen, en op een dag - over 5 of 50 jaar - zal een nieuwe generatie deze landingen bekijken en ervan dromen om in hun races te rennen.