O verão de 2019 viu o 50º aniversário da missão Apollo 11, quando as pessoas caminharam pela primeira vez na superfície da lua. A engenharia e a tecnologia progrediram graças a duas corridas de cavalos entre os Estados Unidos e a União Soviética, sendo esta última pioneira em todos os campos. Esta guerra foi alimentada pela dúvida, medo e um esforço para ser "melhor" que o outro país. Mas como todos os sprints para a linha de chegada, o ritmo não podia continuar e a urgência logo passou. Mas agora há uma nova raça - não países, empresas. Capitalismo, crescimento e oportunidades de negócios, novos combustíveis e objetivos são ainda maiores: não apenas para a Lua, mas para Marte e além.

Um resumo da última corrida espacial

O que exatamente is E se 'corrida espacial'? Nos dias de hoje, ele lança um foguete que transporta satélites para o espaço. cerca de 200 vezes a cada ano e várias espaçonaves rodando acima ou ao redor de outras planetas em nosso sistema solar. Portanto, a ideia de fazer uma corrida no espaço ou no espaço pode parecer um tanto estranha, mas voltando há 60 anos, a situação era: muito diferente.

Nos dias de hoje, um foguete que carrega satélites para o espaço é lançado, ocorrendo cerca de 200 vezes por ano.

Apenas dois países tinham a capacidade de lançar algo ao espaço: os Estados Unidos e a União das Repúblicas Socialistas Soviéticas (mais conhecida como União Soviética). O primeiro objeto feito pelo homem conhecido a alcançar o espaço, Foguete V2 alemãoFoi lançado pela Alemanha nazista em junho de 1944, nos últimos dias da Segunda Guerra Mundial. Não havia objetivo científico por trás do teste; Foi um puro exercício militar e atingiu uma altitude de 109 km antes de retornar diretamente à Terra.







A tecnologia por trás do V2 foi usada tanto pelos EUA quanto pela União Soviética depois que alcançou cientistas, técnicos de engenharia e planos técnicos no final da Segunda Guerra Mundial. EUA usando design alemão Foguete pára-choque O programa alcançou seu feito após 4 anos, apenas alguns meses após a URSS.

No entanto, uma palavra rápida deve ser dita sobre onde exatamente está a linha de limite para o espaço. Por exemplo, a Força Aérea dos EUA e a NASA definiram isso para uma altitude de 80,5 km, FAÇO (uma organização global que registra sucessos em voos aéreos e espaciais) Theodore von Kármán definição teórica cerca de 100 km para começar o espaço. A densidade atmosférica em ambas as altitudes é muito baixa: 99% da atmosfera da Terra está abaixo desta zona, então o vôo alado é realmente impossível.




Apenas ir para o espaço não era a principal preocupação dos dois países, pois pretendiam chegar à órbita. Com ele, eles podem colocar objetos fora do alcance de qualquer caça a jato que pode orbitar rapidamente o planeta para capturar imagens ou entregar uma carga armada. Em outras palavras, militares Os conflitos na Coréia e no Vietnã na década de 1950 trouxeram uma urgência desesperada à corrida, junto com um enorme crescimento nos testes de armas nucleares e crescentes tensões políticas entre os Estados Unidos e a URSS.




O ponto de viragem crítico em tudo isso foi a URSS Sputnik 1 - primeiro artefato para completar a órbita do nosso planeta. Na verdade, ele fez mais de mil órbitas antes que o arrasto atmosférico voltasse, mas por 3 semanas, o satélite de 180 libras (85 kg) emitiu um sinal de rádio simples dizendo "Estou aqui" para o mundo.




A corrida espacial havia realmente começado.

A União Soviética então alcançou uma série de grandes 'primeiros':

Eles desenvolveram os primeiros satélites movidos a energia solar em uma época semelhante (na década de 1960), embora agora pareça que a América está apenas se recostando e deixando outra pessoa ficar com toda a glória; primeira comunicação, satnav e satélites meteorológicos; eles também alcançaram Marte (a URSS alcançou Vênus alguns anos atrás) e realizaram o primeiro encontro orbital e atracação.




A linha de chegada real para a primeira corrida espacial foi indiscutivelmente a lua. Quando os soviéticos alcançaram nosso satélite natural (e quando o fizemos, ficamos impressionados com mais de 7.000 mph), ele se tornou o alvo óbvio destinado a um lugar permanente na história, não apenas por razões militares. Presidente John F. Kennedy em maio de 1961 Discurso famoso no congresso, com a linha imortal:

"Acredito que esta nação deve atingir seu objetivo de pousar um homem na Lua e devolvê-lo em segurança à Terra antes do final desta década."

Como foi dito apenas um mês depois de Yuri Gagarin,Poyekhali! ' e se ele circulou a Terra no espaço, parecia quase impossível de conseguir em apenas 9 anos; e ainda, como todos sabemos, em mão Substituição de 5 meses.

Graças a essa meta presidencial, o ímpeto e o compromisso de milhares de cientistas e uma pilha de dólares saudável, o programa espacial Apollo lançou uma série de novos desenvolvimentos de engenharia, especialmente em computação, materiais e tecnologia de foguetes. Então, para preparar o terreno para este artigo sobre a nova corrida espacial, vamos dar uma olhada rápida neles.

Nova tecnologia da velha guarda

Final dos anos 1950 e início dos anos 60, digital computador - sistemas mecânicos e analógicos estavam em uso antes e durante este período, mas faltavam os recursos de processamento necessários para gerenciar um sistema de foguete complexo, eram muito frágeis para depender de milhares de quilômetros no espaço ou estavam distantes, Iraque É muito grande para ser usado em qualquer nave espacial.

Felizmente para os circuitos integrados monolíticos do programa Apollo (também conhecido como um lasca) tinha sido inventado há apenas alguns anos, e o ritmo de seu desenvolvimento poderia ser produzido em qualidade e quantidade suficientes para ser usado para formar a base de computadores para gerenciar os sistemas de orientação do foguete.

Do início a meados da década de 1960, pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology usaram a nova invenção para criar um computador poderoso (cerca de 85.000 operações por segundo), compacto (apenas 70 libras ou peso de 32 kg) e muito confiável. Pode parecer completamente arcaico para os padrões de hoje, mas era perfeito para os requisitos da NASA e foi usado em multitarefa por quase 10 anos. Era oficialmente chamado de AGC, Computador de orientação Apollo.

Operação do computador e tela de saída, DSKY (Mostrar e teclado); A entrada de um programa era feita usando apenas dois comandos (verbo ve nome) e números associados. Essa simplicidade era seu ponto forte: os astronautas podem obter novos programas de controle de solo, entrar rapidamente e não precisam se preocupar por não serem os cientistas da computação mais recentes.

Vários 'núcleos' não são nenhuma novidade

Todos os computadores precisam de memória, é claro, e o AGC não foi diferente - Apenas leia armazenamento (ROM) para manter o software operacional, memória da corda central. Pense nisso como um tapete tecido à mão, onde milhares de fios de arame são enrolados ou enfiados em pequenos laços metálicos.

Esses ciclos Coresde um componente de circuito transformador de imprensa e dependendo de como os fios são tecidos em torno dos núcleos, o transformador irá produzir uma saída nula (0) ou uma saída de onda quadrada (1) - ou seja, cada núcleo irá essencialmente gerar 1 bit de espaço de armazenamento.

O AGC, que controla a espaçonave Apollo 11, tem 540 kilobits (36.864 conjuntos de 16 núcleos - 15 para dados, 1 para verificações de paridade) projetado por cientistas do MIT da ROM, e todos os softwares projetados por cientistas do MIT são produzidos meticulosamente. Nas fábricas da Raytheon.

Além de ROM, o AGC também tinha uma pequena quantidade de armazenamento regravável, apenas 30 kilobits memória de núcleo magnético. Tal como acontece com a estrutura e operação semelhante à memória do cabo central, esta RAM básica, mas confiável, usava indução eletromagnética dentro dos núcleos para gerar valores de 0 e 1 para cada bit.

Ao contrário da tecnologia mais recente usada para controlar os sistemas de vôo no espaço da Apollo, a União Soviética Globus IMP unidade de navegação. Este computador 'relógio' é surpreendentemente sofisticado e está em uso há quase 40 anos (embora com revisões significativas ao longo do caminho).

É importante notar que, ao contrário do AGC da NASA, a máquina Globus não controla diretamente a espaçonave. As primeiras missões espaciais da União Soviética eram automatizadas e / ou controladas da Terra - os cosmonautas eram literalmente para dirigir. No entanto, a espaçonave permaneceu em contato de rádio com o controle da missão por um período bastante pequeno de tempo em cada órbita, e o computador Globus acionado por engrenagem forneceu um sistema robusto para manter a posição correta e fornecer à tripulação as informações necessárias para mudar sua posição, se necessário.

Os computadores estão de volta ao mundo

O uso inovador de computadores não foi apenas para controlar foguetes. Saia de perto terra firmeA NASA usou as máquinas mais recentes da IBM para processar dados retornados de missões e, para o primeiro pouso na Lua, System / 360-91s este número estalou.

Essas eram máquinas realmente notáveis ​​- elas estavam entre as primeiras a fazer um pipeline de instruções profundo e execução fora de ordem, capazes de realizar operações inteiras de 32 bits e de ponto flutuante de 64 bits em até 16 milhões de cálculos por segundo. A memória do sistema variava de 2 a 4 MiBs e tinha vários canais de memória para melhorar o desempenho de leitura / gravação.

Os computadores de controle terrestre na URSS eram igualmente avançados. A Academia Soviética de Ciências projetou e construiu uma máquina, que a NASA também usou supercomputadores da IBM para ter efeito total no programa Apollo. BESM-6), que é uma linha de comando paralela e um processador de ponto flutuante de 48 bits (operações inteiras realizadas pelas mesmas unidades).

Embora não correspondesse ao sistema / 360, em termos de velocidade de clock e memória (o barramento de endereço tinha apenas 15 bits de largura em comparação com o de 21 bits da IBM), ainda era um computador muito capaz - de modo que permaneceu, como a maioria da tecnologia soviética, por quase duas décadas.

A taxa de progresso na tecnologia dos computadores fez dessas máquinas história em apenas duas décadas (por exemplo, a CPU 80486 da Intel, lançada em 1989, podia lidar com 20 milhões de instruções por segundo e endereçar 4096 MiB de RAM), mas hoje ela tem recursos com os quais os engenheiros poderiam sonhar na década de 1960. Não possui dívidas graças à agitada pesquisa e desenvolvimento dos EUA e da União Soviética.

Materiais para homem e máquina

A eletrônica digital não foi a única área que viu desenvolvimento e progresso. Para completar a missão de 8 dias à superfície e de volta à Lua, a tripulação precisava de 3 espaçonaves e 3 foguetes. No caso do primeiro, são:

  • Módulo de Comando e Serviço Apollo (CSM) - esta era a casa dos astronautas em vôo e também continha hidrogênio e oxigênio necessários para o ar, água e eletricidade
  • Módulo Lunar Apollo (LM) - A máquina que leva Neil e Buzz à Lua e orbita
  • Apollo A7L - traje espacial independente para caminhar na lua

Pode parecer um pouco estranho pensar no traje espacial da mesma forma que o CSM / LM, mas eles tinham uma função muito semelhante: manter a tripulação viva no espaço. Estes consistiam em um recipiente pressurizado para lidar com as camadas de resfriamento - sob luz solar direta, as temperaturas na Lua podiam chegar a 250 ° F / 120 ° C - proteção contra micrometeoritos e luar grosso e a falta de atmosfera. .

Os conjuntos completos são projetados e fabricados pela International Latex Corporation (ILC), uma empresa especializada em produtos que utilizam polímeros e materiais de sílica. A7L usou toda a gama: borrachas de látex; fibras de tereftalato de polietileno; filmes de poliimida; ligas de níquel e cromo; conchas de policarbonato; folhas de polissulfona folheadas a ouro.

A NASA e vários fabricantes continuam a fazer acordos comerciais, muitos deles nós sabemos e usamos ainda hoje.

O A7L foi tão bem-sucedido para a ICL que a estrutura geral ainda está em uso, embora tenha sido bastante modificada para os requisitos atuais de missões na Estação Espacial Internacional.

Ao longo da construção do foguete Saturn V, materiais especiais foram usados, incluindo uma grande variedade de ligas de alumínio, titânio e aço. Foram 3 estágios no total: o primeiro, usando querosene refinado e oxigênio líquido como combustível, levaria apenas 2 minutos, mas seria o suficiente para acelerar o foguete a uma velocidade de 5.000 mph.

O segundo estágio era menor e menos poderoso, queimando hidrogênio líquido e oxigênio por 6 minutos para aumentar a velocidade em mais 10.000 mph.

A última etapa, semelhante à segunda, foi usada para colocar o foguete em órbita terrestre e depois voltar para a lua.

Totalmente abastecido, o peso geral da estrutura ultrapassava 6 milhões de libras (aproximadamente 3.000 toneladas métricas) e tinha 111 metros de comprimento. Ele ainda detém o recorde do maior e mais poderoso foguete já construído.

Saturno acredita que a largura de V é muito importante para o programa Apollo funcionar, então o Módulo Lunar tinha uma massa seca de menos de 10.000 libras (4.500 kg) e, em alguns lugares, os materiais compostos não eram mais grossos do que as paredes de um refrigerante. Os critérios de projeto para segurança não eram, na verdade, "seguros de qualquer maneira", mas "tornavam-nos suficientemente seguros".

A União Soviética também desenvolveu um grande foguete. N1Embora não esteja na mesma escala do Saturno V, as primeiras 3 tentativas de lançamento não tiveram sucesso, e todo o projeto estava repleto de conflitos, egos e guerras políticas, e falta de financiamento adequado.

Quando o programa Apollo terminou em 1972, os engenheiros da URSS tentaram em vão por vários anos obter sucesso com o foguete, mas ele foi descartado sem fantasia até 1975.

Lua: Muito longe, muito caro

Impulsionada pelo sucesso de seus engenheiros na década de 1960, a NASA planejou vários novos programas pós-Apollo, incluindo estações espaciais permanentes e uma base na Lua, veículos reutilizáveis ​​e foguetes nucleares e uma missão tripulada a Marte.

Estas foram apresentadas ao presidente Nixon e seu governo no início dos anos 1970, e a decisão tornou-se um óbvio "não" para todos os veículos reutilizáveis. No programa Apollo v2.0, a esperança de retornar à Lua foi categoricamente reduzida.

O projeto do veículo reutilizável continuará no final e Programa do ônibus espacial (também uma estação espacial temporária skylab), mas uma coisa era clara: em vez de visar pousar as pessoas em outro objeto, não haveria mais dinheiro para colocar as pessoas no solo do que a Órbita Terrestre Baixa.

Em 1973, o programa Apollo custava US $ 25 bilhões (pelo menos 5 bilhões da estimativa de 1961 e mais do que o dobro das estimativas iniciais) e a NASA recebia quase metade de seu orçamento a cada ano. Para entender quanto dinheiro é isso, o orçamento federal dos EUA para o ano em que os EUA caminharam pela primeira vez na lua. 180 bilhões de dólares.

Esse nível de gastos nunca seria sustentável, e nem os Estados Unidos nem a União Soviética poderiam se dar ao luxo de assumir os sonhos das pessoas de viver na Lua ou em Marte. O voo espacial deveria ser muito mais econômico, especialmente em comparação com o Apollo, que ultrapassou os US $ 300 milhões cobrindo aeronaves, combustível, pessoal, etc., de cada missão de voo.Avaliação por volta de 1974, $ 1,5 bilhão em 2019).

Cada foguete Saturn V era realmente único, não foi projetado para ser produzido em massa, e cada um passou por várias revisões para resolver problemas com voos anteriores. Nenhuma parte do foguete pode ser reutilizada; A única parte que voltou para a Terra foi o Módulo de Comando, e eles nunca viram o serviço novamente após a missão.

A NASA basicamente estabeleceu esperanças de tornar os voos espaciais rotineiros e lucrativos no ônibus espacial reutilizável (apenas o tanque principal de combustível laranja foi desperdiçado em cada voo); Após o colapso da União Soviética e mais tarde do antigo estado, a Rússia Buran), mas nenhum deles atingiu os objetivos elevados de uma espaçonave que poderia ser usada repetidamente. As falhas foram devidas a questões fundamentais de design, custos operacionais ou falta de financiamento para o desenvolvimento.

A Rússia deixou o programa de Buran em 1993 e a NASA se aposentou da frota do Shuttle em 2011, ponto no qual cada missão custou mais de US $ 400 milhões. No entanto, os lançamentos de satélites e sondas espaciais se tornaram rotina graças aos muitos sistemas de lançamento americanos, russos e europeus atualmente em operação, juntamente com as viagens à Estação Espacial Internacional. No entanto, o custo ainda é surpreendentemente alto e todas as plataformas de foguetes usadas não são de forma alguma reutilizáveis.

Esse era o caso até dois anos atrás.

Uma nova corrida começa

Uma agradável noite de quinta-feira, 30 de março de 2017, Complexo de lançamento 39 do Centro Espacial Kennedy, um geoestatístico Satélite de comunicação.

Duas coisas foram especiais sobre este lançamento, e ambas foram sobre o foguete: primeiro, o primeiro estágio, após colocar algo em órbita do satélite, e segundo, o mesmo estágio retornou à Terra e pousou em algum lugar. É uma plataforma autônoma na costa da Flórida, no Oceano Atlântico.

Esta não era uma missão militar ultrassecreta ou uma máquina experimental da NASA; ele é um Falcon 9 FT veículo de lançamento projetado e fabricado exclusivamente pela SpaceX. Esta organização em particular, projetada e fundada por Elon Musk usando fundos coletados de empresas anteriores (Zip2 e X.com, eventualmente PayPal), tinha 16 anos na época.

O primeiro lançamento de foguete da SpaceX em órbita baixa da Terra aconteceu apenas 6 anos atrás, e pode-se dizer que a empresa apoiou a NASA e a Rússia para explicar Isaac Newton um pouco mais, o ritmo de desenvolvimento e o nível de sucesso do voo foram meteóricos.

Musk abordou a questão da reutilização desde o início da SpaceX para reduzir custos e maximizar a receita. Mas, ao contrário da abordagem da NASA para foguetes de combustível sólido usados ​​neste programa do ônibus espacial, os engenheiros da SpaceX desenvolveram uma abordagem mais radical.

Os propulsores do ônibus espacial foram projetados para fornecer a maior parte do impulso de lançamento necessário e, uma vez disparados, queimariam até ficarem quase vazios. Nesse ponto, eles seriam lançados da nave, continuariam a queimar até ficarem vazios e então cairiam na Terra.

Os propulsores usariam paraquedas para diminuir a taxa de descida antes de mergulhar no Oceano Atlântico. Sem combustível, eles poderiam flutuar facilmente, então eles permaneceriam na superfície até serem apanhados por um navio.

Para o SpaceX, isso não era bom o suficiente, especialmente porque exigia uma quantidade significativa de trabalho para recuperar manualmente os boosters do Shuttle e estar pronto para outro lançamento.

O que eles queriam era um foguete com motores multi-capacidade (vetor de empuxo, acelerador e prioridades de função de reinicialização), mas sem o serviço caro exigido pelos motores do Shuttle.

Também foguetes voar-se Aterrissar numa estrutura que pode ser salva com o mínimo de intervenção prática.

E assim nasceu o foguete Falcon. A versão 1 teve seu primeiro voo em março de 2006. Como muitos testes anteriores, o pequeno foguete Falcon 1 falhou em sua viagem inaugural por apenas 40 segundos, atingindo o solo a apenas 250 metros de onde se originou.

Você pode ser perdoado por pensar que a tarefa de projetar e construir um novo foguete após 50 anos de lançamentos será um processo relativamente simples. Mas foguetes dignos de espaço são máquinas com uma linha extremamente tênue que os distingue de classificá-los como veículos comerciais ou dispositivos explosivos muito caros.

Os objetivos de design do Falcon, e de fato qualquer foguete capaz de fazer as mesmas habilidades, são muito diferentes daqueles em uso geral. Você pode descobrir isso equilibrando uma vara comprida na ponta dos dedos - você precisa mover a mão constantemente para mantê-la em pé, mas é mais fácil empurrar para cima constantemente.

Quando um foguete normal atinge a altitude desejada - conseguindo isso com um movimento de estabilização constante do impulso ascendente - e desdobrando sua carga útil, o vôo cessa. É apenas metade da jornada de um foguete Falcon: ele precisa voar de volta à Terra.

O estágio de retorno deve ser o mais leve possível e ter controle aerodinâmico durante o retorno. O foguete Saturn V era na verdade uma estrutura de liga de alumínio considerada muito pesada, então o Falcon usa uma liga de alumínio-lítio - esta escolha de material apresenta seus próprios desafios, mas seu uso crescente em toda a indústria da aviação, eles são.

Durante o vôo de retorno, o controle do foguete é gerenciado usando o foguete principal, pequenos propelentes e aletas da grade aerodinâmica, conforme mostrado abaixo.

Eles são mantidos presos durante o lançamento e dobrados para trás ao retornar. Originalmente feito de uma liga de alumínio, a SpaceX mudou para a liga de titânio porque descobriu que a escolha anterior apenas lidava com as tensões térmicas do vôo supersônico na atmosfera.

Você pode entender como é a viagem de volta neste vídeo da SpaceX, filmado com uma câmera embutida no topo do palco do foguete:

Tudo isso é controlado pelos sistemas de computador em foguetes. Dada a velocidade e complexidade do pouso, você seria perdoado por considerar a tecnologia de ponta sob medida também foi usada aqui. Embora não saibamos exatamente quais sistemas o SpaceX usa, processadores dual core e x86 por naturezaindica que os chips usados ​​estão 'prontos'.

Os computadores rodam um sistema operacional baseado em Linux e usam software desenvolvido inteiramente internamente. Eles também são instalados em vários grupos para proteger contra problemas causados ​​por radiação e falha de hardware. A eletrônica digital moderna é sensível à radiação ionizante e há duas maneiras de combatê-la: endurecimento por radiação ve tolerante à radiação.

Primeiro, exige que os chips sejam produzidos exclusivamente para serem muito mais finos do que seus primos nativos - um chip mais fino pode absorver a radiação penetrante menos do que os mais espessos, mas o processo força restrições sobre o quão complexo o chip pode ser e aumenta o custo significativamente.

Um sistema à prova de radiação, usando-o, o contorna completamente. três conjuntos de processadores Para todos os sistemas de computador de bordo, se a radiação afetar os cálculos de um deles, os outros dois produzirão os mesmos resultados, mas diferentes dos resultados afetados pela radiação. O software pega isso e tudo vai de acordo.

Onde tudo nos foguetes Saturn V pode ser controlado manualmente pela tripulação ou pelo controle de solo, todas as máquinas da SpaceX são projetadas para serem totalmente autônomas - a única vez que as pessoas dão um passo à frente é quando algo dá errado ou precisam dar a confirmação final. antes que uma ação comece.

Esse é o caso da nave de carga Dragon quando se trata de atracar na Estação Espacial Internacional. Todo o vôo é conduzido pelo próprio barco, mas passa pela manobra final de atracação até os sinais da tripulação da ISS.

A SpaceX já percorreu um longo caminho em 20 anos, mostrando que ainda há muito mais espaço para o desenvolvimento de foguetes.

Há mais de um cavalo nesta corrida

Elon Musk não é a única aparição malévola de James Bond no espaço cheio de dinheiro e ambição. Nasceu de uma total falta de admiração, Origem Azul Foi fundada por Jeff Bezos da Amazon em 2000, mas em apenas 5 anos lançou foguetes de teste de seus próprios projetos.

Não poderia ser mais diferente se as duas empresas tentassem: a SpaceX está sempre entusiasmada, gratificante no teatro; A Blue Origin, por outro lado, tem sido muito mais discreta e cautelosa ao longo dos anos. No total, a SpaceX teve mais de 80 lançamentos, enquanto o Blue Origin chegou a 11 em um tempo semelhante.

No entanto, a SpaceX tem mais de 3 vezes o tamanho da Blue Origin em termos de pessoal e, apesar da grande quantidade de dinheiro que Bezos pessoalmente alocou à empresa, a organização menor recebeu significativamente menos investimento externo e quase nenhum contrato de lançamento. Isso não impediu a equipe de Bezos de descobrir novas tecnologias, especialmente quando se tratava de motores de foguetes.

Vários sistemas de lançamento usados ​​hoje geralmente usam um dos três tipos de combustível:

  • Líquidos criogênicos, como hidrogênio oxigenado ou querosene refinado oxigenado
  • Líquidos hipergólicos, por exemplo, hidrazina com tetróxido de nitrogênio
  • Sólidos, por exemplo. alumínio com perclorato de amônio ligado com butadieno

Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens, e analisá-los seria um artigo completo em si, mas foi com uma combinação de gás natural liquefeito (GNL) Blue Origin com oxigênio líquido. Este é o segundo sistema de combustão de combustível mais limpo depois do hidrogênio líquido, mas sua principal vantagem é que o motor em si requer menos complexidade do que outros sistemas de combustível líquido.

Essa simplicidade se traduz em custos mais baixos e manutenção mais barata. A SpaceX permaneceu em uma rota mais tradicional usando querosene refinado, mas apesar das diferenças em sua abordagem para motores de foguete, os objetivos e filosofias de design das duas empresas - baixo custo, reutilizável, autônomo - são essencialmente os mesmos. Este é o pólo oposto às escolhas feitas pela NASA para o sucessor do programa Space Shuttle.

Nomeado por um comitê de planejamento que não sabe o que a palavra significa emocionante significa, Boeing fabricado Sistema de lançamento espacial (SLS para abreviar) Apollo renasce. Usando elementos do sistema de lançamento do ônibus espacial, como os motores principais e foguetes de reforço, a NASA projetou o projeto que, à primeira vista, parece uma réplica de carbono do foguete Saturno V.

No momento em que este artigo foi escrito, a NASA não lançou um sistema SLS em tamanho real, pois a missão de teste inicial não estava planejada para outros 1 a 2 anos. Se os parâmetros do projeto forem totalmente realizados, o SLS será um dos concorrentes à coroa do maior e mais poderoso foguete em operação, mas a máquina de 50 anos que enviou a humanidade terá, na verdade, as mesmas capacidades de elevação. lua.

A natureza não reutilizável do SLS, altos custos de tarefas associados e atrasos na construção, presente ve velho Porém, executivos da NASA. Parte da origem desses problemas se deve ao fato de que a NASA é financiada publicamente por meio de impostos e permitiu que vários políticos pressionassem a organização a usar empresas que empregam pessoas nos estados que representam. Outro fator envolve o retorno à Lua, mas falaremos mais sobre isso em um momento.

O Space Launch System não é o único jogador no trabalho pesado de foguetes; Tanto a SpaceX quanto a Blue Origin têm designs que, quando totalmente realizados, são semelhantes em tamanho físico ao SLS ou excedem suas capacidades de levantamento.

Existem duas razões principais pelas quais todos esses fabricantes foram capazes de elevar cerca de 100.000 libras (cerca de 45 toneladas métricas) para a órbita terrestre baixa empurrando foguetes enormes. A primeira é simples: não há nada desde Saturno V que possa lidar com algo parecido com essas cargas. O ônibus espacial é avaliado em 54.000 libras (cerca de 24 toneladas métricas) e Lockheed Martin / Boeing'in Delta V Heavy ele só pode mover mais de 8.000 libras. O foguete Falcon Heavy da SpaceX teoricamente tem muito mais capacidade, mas ainda não foi testado com uma carga útil de mais de 14.000 libras (6 toneladas métricas).

Mas isso ainda não responde à pergunta de por que precisamos de um foguete que possa lidar com uma carga maior. Por que a NASA precisa que o SLS seja capaz de colocar 230.000 libras em órbita?

Visando a lua (de novo)

Em 2005, o Congresso dos EUA assinou uma ação autorizando a NASA a lançar o programa Constellation. O objetivo era melhorar a localização do Ônibus Espacial para que a Estação Espacial Internacional pudesse continuar o desenvolvimento e fornecer à Lua uma nova plataforma para missões tripuladas. Tudo ficou imediatamente sem assinatura quando, após apenas 5 anos, a verdadeira magnitude dos custos tornou-se aparente.

O retorno à lua tem sido objeto de grande polêmica, repetida desde que a Apollo 17 deixou a 'bela desolação' em 1972. Cientistas e antigos astronautas da Apollo expressaram consternação constante pela falta de exploração espacial humana além da Órbita Terrestre Baixa; Políticos e economistas sempre responderam a essas reclamações com a mesma resposta: não podemos pagar.

A NASA não considerou o fechamento da Constelação levianamente. A maioria de seus elementos foram imediatamente reciclados em um novo programa (SLS) com uma ideia aproximada para outra estação espacial; o segundo também não substituiria o ISS. Originalmente chamado de Deep Space Habitat, foi concebido como uma porta de entrada para a exploração lunar e além, e foi projetado para orbitar ao redor da Lua, não da Terra.

Em 2016, as coisas mudaram (de novo) - um novo presidente dos EUA estava no poder, interessado em projetos espaciaise uma certa empresa Elon Musk Planos para colonizar Marte. Como se viu, ambos não eram promessas vazias, como em um ano, Diretriz de Política Espacial 1 explicada (com Buzz Aldrin parecendo muito mal-humorado a reboque) e Musk forneceu mais detalhesInclui projetos básicos de foguetes e como pagar por eles.

No início deste ano, a NASA rebatizou o programa de missão tripulada Artemis e confirmou uma data para a lua.

O vídeo promocional do programa Artemis lança luz sobre os detalhes - o SLS que já conhecemos está em construção, mas um vôo de teste completo ainda não ocorreu; Uma cápsula de teste Orion foi construída, lançada no espaço no topo do foguete Delta VI e retornada em segurança à Terra.

No entanto, o Gateway (essencialmente Deep Space Habitat rebranded) mal começou, não tem o projeto, ou um fabricante foi decidido para o pouso na lua. A tecnologia necessária para fazer isso já existe, mas a política e o dinheiro afetam o ritmo do progresso. Assim, um dose saudável de ceticismo Acima da NASA, ele até alcançou a Lua antes de pousar novamente em 2024.

No entanto, voltando a 1964, cinco anos antes de Neil e Buzz pisarem na Lua, a corrida para a Lua estava em uma situação semelhante. O programa Apollo já havia começado, mas o foguete Saturn V não estava pronto, e a NASA estava lutando com problemas de nomeação orbital no programa Gemini. Teria se passado mais 4 anos antes que os humanos fossem colocados em órbita ao redor da Lua na missão Apollo 8.

Embora a NASA não goste mais do financiamento e da força de trabalho que vivia há cinco anos, há muito mais empresas que podem obter contratos de design e fabricação - a onze no total Foi registrado para desenvolver sistemas de pouso na lua (componentes completos e parciais) para consideração até agora.

Blue Origin já é um Lunar Lander Ele tem recursos maiores do que o LEM original e planeja apenas usar suas variantes em missões diferentes de Artemis. A SpaceX é uma dessas onze empresas, mas eles também planejam enviar um turista ao redor da lua. #dearMoon.

E há outro motivo para um pouso na lua em 2024: há uma recompensa maior em jogo.

Está tudo bem para Marte

Como mencionado anteriormente neste artigo, Elon Musk morreu para ir para Marte (mesmo claro o que você quer dizer 'morto') e para fazer isso, a SpaceX está em processo de desenvolvimento de duas novas máquinas: Muito pesado (anteriormente chamado de Big Falcon Rocket) e nave espacial Shuttle Nave estelar.

Juntos, eles parecem saídos de um filme de ficção científica e, embora o produto final não seja muito imaculado e brilhante, a empresa da Califórnia é completamente projeto.

Você pode se perguntar por que uma nave projetada para voos espaciais tem asas, embora pequenas, mas não para voar em Marte - para aerofrenagem na entrada. A nave vai realmente pousar verticalmenteusando sistemas semelhantes aos encontrados nos foguetes da série Falcon, seja na Terra ou em Marte.

A SpaceX não definiu uma data definitiva para chegar à Mars e não está sob pressão política para atingir tal objetivo dentro de um determinado prazo, exceto para acordos com investidores. É um pouco diferente para a NASA. Antes que qualquer tentativa seja feita para enviar humanos para o planeta distante, eles usam o programa Artemis para desenvolver sistemas e estruturas que podem ser colocados.

No entanto, o programa Lunar vendido abertamente É ainda usado para tatuar Marte como um precursor e este último parcerias comerciais e fortalecer alianças políticas.

À medida que as administrações vão e vêm, a NASA estará sob pressão para entregar Artemis a tempo e fazer um bom progresso em todos os vários programas necessários para mover uma missão tripulada a Marte.

Mas se Artemis tiver sucesso e, no final da próxima década, vermos pessoas caminhando na superfície da Lua novamente, uma viagem a Marte está garantida?

Penhasco para pular

Mandar pessoas a Marte e trazê-las de volta para casa é uma tarefa que faz com que ir à lua seja semelhante a viajar à praia à tarde. O primeiro obstáculo é simples: distância. Na sua proximidade mais próxima, a Terra e Marte estão separados por cerca de 35 milhões de milhas (56 milhões de km), cerca de 150 vezes maior do que o espaço médio entre a Terra e a Lua.

Para as missões Apollo, a viagem entre corpos rochosos demorou cerca de 4 dias; Supondo que as velocidades sejam as mesmas, levará 600 dias ou 1,5 para chegar a Marte. ano.

O tempo mais longo que alguém passa no espaço é de 438 dias. Valeri Polyakov No navio russo Estação espacial mir. Efeitos de longo prazo de viver em ambientes de microgravidade estudado em profundidade Com o passar dos anos, e apesar das medidas tomadas para combater a perda de densidade óssea, mudanças genéticas e comportamento cognitivo, não há como escapar do fato de que as pessoas que passaram mais de um ano no espaço viajando para Marte não estarão em um estado ideal para realizar missões na superfície do planeta.

A adaptação à Terra após uma típica missão espacial de seis meses requer meses de reabilitação

É importante ter em mente que a viagem de 600 dias pelo espaço tem que ser feita duas vezes (lá ve voltar), e durante esse tempo, os planetas continuam a se mover, então Marte e a Terra estão mais próximos de todos os lugares. para ano.

Assim, a distância real percorrida será de mais de 35 milhões de milhas e a tripulação ay Em Marte, para dar tempo aos planetas se realinharem à distância mínima. O tempo mais longo passado na lua 3 diasPor Eugene Cernan e Harrison Schmitt Apollo 17 missão.

Uma solução óbvia para isso é aumentar a velocidade da nave que leva a tripulação a Marte. Apollo 10 Atualmente, ele detém o recorde de veículo tripulado mais rápido, com picos de pouco menos de 39.900 km / h, e a jornada até Marte a essa velocidade levaria apenas alguns meses. No entanto, a atração gravitacional da Terra foi responsável por isso, e viagens a Marte não serão capazes de usar esse passeio gratuito.

O próximo grande desafio diz respeito ao primeiro, qualquer pessoa em Marte terá que resolver quase todos os problemas sérios por conta própria. O mais rápido que qualquer sinal de rádio pode alcançar o planeta minúsculo (durante a separação mínima) é pouco mais de 3 minutos, mas pode levar até 22 minutos, e isso é apenas uma maneira.

Portanto, ao contrário das missões Apollo, nas quais o contato com um engenheiro na Terra nunca dura mais do que alguns segundos, não há chance de conversar sobre uma solução em tempo real com 'Googling' ou controle de missão. Isso significa que cada problema médico e de engenharia que surgir exigirá um especialista apropriado para tratar, mas e se esse especialista adoecer ou for incompetente de alguma forma?

Lidar com isso quase exigirá que a tripulação tenha conhecimento e habilidade em uma série de áreas, apoiada por manuais e documentação digital. Os homens que voavam em missões Apollo eram treinados em tantas áreas quanto possível, mas tinham a vantagem de estar a apenas um ou dois segundos de distância da NASA.

Onde e o que mais é possível?

Marte e a Lua não são os únicos alvos nesta nova corrida espacial. O bom turismo à moda antiga está na mistura, embora tenha sido possível comprar uma passagem para uma viagem ao espaço por um tempo.

Em abril de 2001, Dennis Tito passou uma semana na Estação Espacial Internacional, pagando uma quantia não revelada à Agência Espacial Federal Russa para treinamento, foguete Soyuz e ISS, tornando-se o primeiro turista espacial da história. . Embora o valor pago seja desconhecido, estimativa relatada Ele calculou por 20 milhões de dólares.

Isso está muito além do que quase qualquer pessoa consideraria, mesmo como 'bem feito' para os padrões globais. No entanto, isso não poderia impedir algumas empresas de conquistar tais empreendimentos de alto risco, mais notavelmente o de Richard Branson Galáctico virgem.

Apesar do nome, o passeio pretendido é apenas um curto flerte com a borda do campo. Espaçada com materiais compostos e movida por um foguete de combustível líquido, a espaçonave cai de uma aeronave de carga pesada feita sob medida a uma altitude de 15.000 pés e então impulsiona a linha Kármán a 100 km.

A tripulação e os passageiros ficaram micro- por alguns minutosg (ou seja, flutuando) antes de deslizar de volta para a Terra.

Os preços iniciais dos ingressos do projeto foram fixados em $ 200.000; Cerca de 300 pessoas reservaram um lugar, embora ele tenha dito que demoraria 3 anos até que tudo estivesse pronto.

A iniciativa nunca atingiu seus objetivos, principalmente devido a um revés em 2014, quando um vôo de teste deu muito errado (que matou um tripulante e feriu gravemente outro).

A SpaceX e a Blue Origin também estão interessadas em levar as pessoas ao espaço para uma explosão. anotar pedidos de voos No foguete New Shephard para uma rápida explosão na linha Kármán.

A imagem acima mostra como as naves do dragão da SpaceX previram como seria o interior da cápsula da tripulação - a natureza clínica e a quase falta de instrumentação refletem como a nave funciona e a natureza da tripulação, o que significa que você não precisa voar ou ter qualquer controle sobre ela. O mesmo vale para a cápsula da Blue Origin (abaixo):

Uma olhada cuidadosa em ambas as imagens mostrará como a escolha dos materiais mudou desde os dias da Apollo. Painéis de metal frio, todos pintados em cinza militar; em polímeros compostos e fibra de carbono. Seus custos de produção caíram drasticamente na última década, permitindo que sejam usados ​​de forma mais liberal.

O benefício disso é, claro, a economia de peso, e para cada libra cortada da espaçonave e do lançador, menos combustível deve ir para o espaço e todo o vôo deve ser mais barato e mais rápido. Uma exceção a isso é a nave espacial da SpaceX, que deverá ser feita principalmente de ligas de aço, apesar do problema de peso significativo.

A razão para isso é Starship muito Para cargas / navios de cruzeiro e tamanhos maiores do que o Dragon, usar compostos de fibra de carbono para o barco inteiro seria um aumento inaceitável no custo do programa.

O turismo espacial está no auge da economia, mas esse termo realmente só se aplica a milionários. Mas em outras partes do espaço, há dinheiro a ser ganho nesta nova corrida, e pode ser encontrado na forma de enormes pedaços de rocha, metal e gelo orbitando o Sol - caso contrário asteróides.

Na verdade, são sobras dos primeiros dias de nosso sistema solar - pedaços de matéria que não se combinaram com o resto para formar planetas. Eles vêm em todas as formas e tamanhos; alguns são do tamanho de um pequeno planeta (por exemplo, Ceres), mas a maioria não é grande o suficiente para se manter unida sob sua própria gravidade.

Um exemplo é um asteróide carbonáceo chamado 101955 Bennu. Nada de especial comparado aos milhões especiais de asteróides aqui, mas está apenas orbitando o Sol razoavelmente perto da Terra; também tem aproximadamente 488 m de diâmetro, semelhante à densidade média da água.

Por essas duas razões, a NASA, há 3 anos, OSIRIS-REx. Os objetivos da missão eram simples: ir até os asteróides, colocar a sonda em órbita ao redor deles, coletar uma amostra do asteróide e enviar o material de volta à Terra para análise.

A proximidade do asteróide de nós significava que ele poderia ser alcançado com relativa rapidez, e seu pequeno tamanho garantiu que a coleta de uma amostra não exigiria o uso de um pouso ou broca. Os fragmentos coletados devem entrar em contato com a Terra em dezembro de 2023, e os cientistas serão capazes de observar materiais mais antigos que o nosso planeta.

Então, qual é exatamente a oportunidade para este trabalho? A missão OSIRIS-REx é um dos primeiros passos para se tornar uma realidade comercial para a mineração de asteróides, muitos dos quais são conhecidos por serem ricos em metais.

Existem grandes obstáculos financeiros e tecnológicos a serem superados; O primeiro deles requer que os voos espaciais sejam muito mais baratos do que são agora, e é aqui que empresas como a SpaceX e a Blue Origin entram em ação com seus sistemas de lançamento reutilizáveis.

Certamente, décadas, talvez centenas de anos, estamos longe de ver o lugar da Terra como asteróides como a fonte de todos os metais e minerais raros, mas tenha em mente que o primeiro vôo poderoso da humanidade ocorreu no início do século XX. . Demorou menos de 7 anos para ir do voo de 12 segundos de Orville Wright aos livros de história para dirigir carros elétricos ve jogar golfe Ay'da.

O que essa corrida espacial deve fazer?

Esta nova corrida espacial é diferente da anterior. Não há urgência e financiamento de superpotência da guerra fria. Promessas de retornar à lua ou enviar humanos a Marte também não são novas, portanto não podem ser usadas como a razão para a raça atual.

E ainda, lá is É uma corrida. Não é uma velocidade louca; isto é mais como uma maratona e seus rivais estão cheios de ambição e há pouco dinheiro por trás disso. Isso porque existem incentivos financeiros claros: o lançamento de foguetes está se tornando cada vez mais acessível e há milhares de pessoas e empresas dispostas a investir em empreendimentos espaciais.

Onde estimado Só nos Estados Unidos, há 20 vezes mais milionários do que na década de 1960 e, embora esse crescimento da riqueza individual se devesse em parte ao declínio do valor do dólar, a globalização e a disseminação do capitalismo também tiveram sua influência. Onde a ideia de ser um turista espacial nada mais é do que um voo de fantasia, a chance de se tornar um astronauta particular agora é real.

O programa Apollo ajudou a produzir tantas tecnologias novas que ainda sentimos os benefícios 50 anos depois. Esta nova corrida espacial fará o mesmo novamente; Computadores e materiais de um futuro próximo estão disponíveis para Musk, Bezos, et al? Provavelmente não. Apesar de todos os fundos que a SpaceX e a Blue Origin recebem, eles ainda estão sujeitos aos mesmos limites. Voo espacial e exploração humana de outros mundos tem a ser calculado; Recursos não pode ser desperdiçado No apogeu de Apollo, não havia tal restrição, e ele voou para uma progressão e desenvolvimento de Saturno V que provavelmente nunca mais veremos.

Esta nova corrida começou, a linha de partida agora é apenas uma memória. Mas a Lua ainda está esperando que novas pessoas dêem seus próprios pequenos passos e grandes passos, e Marte tem que esperar ainda mais. Eles vão esperar como sempre fazem, e um dia - daqui a 5 ou 50 anos - uma nova geração vai assistir a esses pousos e sonhar em correr em suas corridas.