Ядерная ракета vasimr доставит людей на марс за один месяц. опасна ли она?

Избранное

См. также

Физика звука

Игорь Есипов • Библиотека • «Квант» №12, 2018

Звучащий мир: голос, ультразвук, терагерцы

15.11.2020 • Игорь Иванов • Видеотека

Разгадана тайна быстрого звука в воде

13.12.2006 • Игорь Иванов • Новости науки

Фононика открывает новые возможности для управления звуком и тепловыми потоками

29.11.2013 • Игорь Иванов • Новости науки

И рыбы уши имеют

Юлия Сапожникова • Библиотека • «Наука из первых рук» №5/6(80), 2018

Что слышат птицы

Ольга Нестеренко • Библиотека • «Химия и жизнь» №5, 2019

Летучие мыши определяют пол сородичей по их эхолокационным сигналам

05.11.2012 • Елена Наймарк • Новости науки

Откуда берутся молния и гром? Почему летучие мыши видят ушами? («Детский университет». Главы из книги)

2017 • Улла Штойернагель, Ульрих Янссен • Книжный клуб • Главы

Ночные кровопийцы, кудряшки и подводные лодки

Григорий Мерцалов • Библиотека • «Квантик» №5, 2014

Кашалот добывает пищу щелканьем и жужжанием

10.05.2006 • Алексей Гиляров • Новости науки

Ударные волны устраняют боль

Сергей Мусатов • Библиотека • «Наука и жизнь» №5, 2013

Как общаются афалины?

Александр Агафонов, Елена Панова • Библиотека • «Природа» №4, 2018

Изучение афалин в природе: история с продолжением

Александр Агафонов, Ирина Логоминова • Библиотека • «Природа» №7, 2018

Язык косаток и его диалекты

Ольга Филатова • Библиотека • «Коммерсантъ Наука» №33, август 2019

Разнообразие звуков китов-убийц зависит от размера их популяции

28.02.2012 • Варвара Веденина • Новости науки

Дельфины раздают «автографы»

Ксения Перфильева • Журнал общей биологии • №1, 2017

Опасность ядерных ракет

Идея компании Ad Astra звучит и круто, и опасно. Но она уже примерно знает, как обезопасить жителей Земли и космических путешественников от излучения ядерного двигателя. Во-первых, ракета Vasimr будет активирована только после вывода на орбиту при помощи обычной ракеты-носителя. Если во время запуска произойдет взрыв, опасные частицы не смогут достигнуть земной поверхности. А для защиты астронавтов планируется использовать не пропускающие излучение материалы.

Испытание Vasimr VX-200SS в 2017 году на мощности 30 кВт (недавний тест был проведен на мощности 80 кВт)

Недавно в лаборатории компании Ad Astra в Техасе были успешно проведены 88-часовые испытания ракеты Vasimr на выносливость. По словам главы компании Франклина Чанг-Диаса, это большой успех и награда за множество лет испытаний. Сообщается, что упорная команда достигла больших результатов методом проб и ошибок, при этом даже не думая сдаваться. Для справки стоит отметить, что сам Франклин Чанг-Диас является известным американским физиком и астронавтом NASA, который совершил семь космических полетов и в общем числе провел в космосе 1601 час. Компанию Ad Astra он основал после того, как завершил карьеру астронавта.

Франклин Чанг-Диас

Как всегда, в конце статьи про ядерные ракеты для полетов в космос, хочу порекомендовать статью про самые быстрые способы космических путешествий. Перейдите по этой ссылке и вы узнаете об электромагнитном двигателе EM Drive, термоядерном прямоточном воздушно-реактивном двигателе и других технологиях, которые в будущем позволят нам осваивать космос. Приятного чтения!

Какие шумы мы слышим в космосе?

Мы не зря написали, что звуки Вселенной недоступны для нашего уха, но что-то же распространяется в космическом пространстве. Радиоволны – это электромагнитные волны определённой частоты. То есть для них не надо никакого вещества, они сами вещество. Безвоздушное (беспрепятственное) для их распространения ещё лучше. И космическое пространство – это отличная среда для распространения.
Мы выяснили, что радиоволны хорошо себя чувствуют в космосе, но при чём здесь звуки космоса.

А вот тут начинается самое интересное, вернее, всё гениальное просто. Эти радиоволны, легко, при мощи радиоприёмника преобразуются в обычный для нашего уха шум. То есть нам остаточно, поймать радиоволну и «услышать» её.

Кстати, учёные используют не только телескопы, но и радиотелескопы. Радиотелескоп не строит изображения, он измеряет энергию, силу. Притом что существуют различные типы и каждый из них выполняет определённые функции. Так, что, радиоволны играют важную роль в изучении космического пространства.

Звук на Земле

Как вы знаете, звук обеспечивает один из самых распространенных способов общения между животными и людьми

Однако более важно, что звук также является отличным инструментом для дистанционного зондирования окружающей среды, атмосферы, океана и структуры нашей планеты (см., например, статью «Физика звука» в «Кванте» № 12 за 2018 г.)

Сначала кратко рассмотрим, как мы изучаем звук на Земле. Земная гравитация создала слоистую структуру атмосферы, океана и земной коры. Поэтому на Земле имеются условия для существования звуковых каналов, по которым звук может пробегать огромные расстояния без существенного затухания. Скорость звука возрастает с температурой, зависит от скорости ветра в атмосфере или течения в океане. В земной коре скорость звука зависит от плотности и структуры вещества, что позволяет сейсмологам находить подземные месторождения полезных ископаемых. Пробегая в океане большие расстояния, звук оказывается чувствительным к малым изменениям средней температуры океана, что может быть критерием глобального потепления (рис. 1). Несколько пересекающихся акустических путей используется для акустической томографии, которая обеспечивает 4D-изображения океанических процессов (3D-пространство плюс время).

У нас имеется большое разнообразие акустических методов и инструментов для исследования структуры земной коры, океана и атмосферы здесь на Земле. И возникает естественный вопрос — можем ли мы взять их в космос для исследований на других планетах? Ответить на этот вопрос не так просто. Исследование космоса имеет ряд существенных ограничений, которые необходимо выполнять, и не все известные нам методы, которые используются на Земле, удовлетворяют этим ограничениям.

Во-первых, и, пожалуй, самое строгое ограничение, это вес полезной нагрузки. Доставка оборудования в космос — весьма дорогостоящая процедура, а многие акустические методы (особенно те, которые связаны с низкочастотными источниками звука) требуют тяжелого оборудования. Во-вторых, есть ограничения по энергопотреблению оборудования. В космосе нужно полагаться на тяжелые батареи или солнечные панели, чтобы обеспечить электрическое питание взятых в космический полет приборов. В-третьих, существует конкуренция в исследованиях разными методами. Электромагнитные и гравитационные волны не требуют упругой среды для распространения, и, таким образом, их можно использовать для дистанционного зондирования, в отличие от акустических методов, которые требуют установки измерительных приборов на планете. Поэтому акустические методы могут быть полезными там, где у них нет конкуренции. Это, прежде всего, исследование электропроводящих сред: плазма, океаны, внутренняя структура планет, куда не проникают электромагнитные волны. И наконец, нужно учитывать тот факт, что акустические методы не обязательно имеют такую же эффективность на других планетах, о которой мы знаем на Земле. Эффективность акустических методов зависит от состояния среды, в которой они используются, а давление, температура, плотность и химический состав других миров, как правило, сильно отличаются от того, к чему мы привыкли здесь, на Земле.

В этой связи важно понять, как уже используются акустические методы в космосе и какие имеются результаты, полученные с их помощью

Исследование Луны

Начало инструментального исследования Луны можно отнести к 1959 году, когда впервые рукотворный инструмент достиг поверхности естественного спутника Земли. Это была советская станция «Луна-2». В 1969 году американский космический корабль «Аполлон-11» доставил на Луну первую в истории экспедицию. Эта и последующие экспедиции (последним был полет корабля «Аполлон-17» в 1972 г.) позволили выполнить ряд наблюдений на Луне и доставили образцы лунного грунта на Землю. В это же время СССР запустил ряд автоматических лунных станций («Луна-16» в 1970 г. и последняя «Луна-24» в 1976 г.), которые также выполнили исследования на Луне и доставили на Землю лунный грунт (рис. 2).

Автоматические станции «Луна» доставляли на Землю керны лунного реголита, полученные в результате бурения на глубину более 2-х метров. Чтобы обеспечить такое бурение и получить неразрушенные керны, дополнительно использовалось ультразвуковое возмущение бура. Такая ультразвуковая технология лунного бурения позволила получить качественные образцы кернов, показавшие структуру лунного реголита. Анализ результатов этих полетов впервые дал убедительное доказательство наличия на Луне воды. Значительно позже, в 1990-х годах, американцы смогли получить аналогичные результаты. В структуре лунного грунта была обнаружена вода!

В ходе исследований по программе «Аполлон» измерялись различные физические поля на поверхности Луны, но достаточно детальную картину внутренней структуры Луны удалось получить именно акустическим методом. Акустические сигналы могли возбуждаться при старте возвращающейся ракеты либо естественными возмущениями поверхности Луны (включая падение метеоритов). Сигналы, возбужденные на поверхности, распространяются в глубь Луны, там они рассеиваются и отражаются на внутренней структуре. С помощью линейки сейсмических приемников, установленной на лунной поверхности, рассеянные внутренней структурой акустические сигналы регистрировались и затем передавались по радиоканалу связи на Землю.

Стоит заметить, что хотя сейсмические и другие эксперименты на Луне были прекращены в 1977 году, полученные данные от лунных сейсмических датчиков были заново обработаны в 2010 году с применением современных вычислительных средств. Интересно, что эта обработка показала новый вид лунного ядра: твердое ядро, окруженное жидким внешним ядром, в свою очередь, окруженным слоем частично расплавленной магмы (рис. 3).

Полученный опыт сейсмических исследований на Луне успешно применятся при исследовании астероидов. Автоматическая стация устанавливает на поверхности астероида сейсмоприемники, которые регистрируют искусственные или естественные возмущения и их отражения от внутренней структуры.

Принцип работы ядерного двигателя

Название ракеты Vasimr связана с аббревиатурой, которую можно перевести как «Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом». Если говорить коротко, используемый в нем двигатель использует ядерные реакторы для нагрева плазмы (получается из газа под воздействием радиоволновых антенн) до двух миллионов градусов. После этого реактивная струя выходит из задней части двигателя, приводя ракету в движение со скоростью до 197 950 километров в час (54 километра в секунду). Подробнее о том, как работают ядерные двигатели, я уже рассказывал в этом материале.

Визуализация работы ракетного двигателя Ad Astra

Преимущества ядерных ракет

Подробностями о ракете для полетов на Марс поделилось издание Interesting Engineering. Сообщается, что обычные ракеты расходуют весь запас своего топлива за один управляемый взрыв во время запуска. Они не могут временно остановить использование топливо и даже не способны резко изменить траекторию своего полета. Также между космическим кораблем и центром управления непременно будет 10-минутная задержка связи. Получается, что если с экипажем произойдет что-то страшное, нам придется с ужасом наблюдать за их гибелью — с Земли им помочь будет невозможно.

Для полетов на Марс в будущем планируется также использовать Starship от SpaceX

По словам компании Ad Astra, их ракета Vasimr VX-200SS способна устранить все эти сложности. Установленный в нее двигатель сможет выключаться и активироваться во время всего полета. Он будет постепенно ускоряться и достигнет своей пиковой скорости в 54 километра в секунду уже к 21 дню полета. Получается, что он будет в 4 раза быстрее всех существующих сегодня космических ракет. Благодаря этой особенности, она сможет доставить людей на Марс всего за 1 месяц вместо 7-8 месяцев. Члены экипажа подвергнутся меньшему воздействию космической радиации, что очень хорошо — недавно я уже писал, что для целостности астронавтов полеты в космосе должны быть максимально короткими. Двигатель ракеты также позволит в любое время изменить маршрут движения.

Полет на Марс планируется совершить примерно в 2024 году. Верите ли вы, что человечеству удастся это сделать в такие короткие сроки? Пишите в нашем Telegram-чате

Как распространяется.

Звук, который мы слышим это вибрация какого-нибудь вещества, и наши барабанные перепонки воспринимают эту вибрацию.

Вещество заставляет наши барабанные перепонки вибрировать, а уже мозг преобразует вибрацию в узнаваемые шумы.

В 1660 году опытным путём, британский ученный доказал, что для распространения звука нужно вещество. Он поместил свои часы в банку, тиканье часов хорошо прослушивалось, но как только он откачал из банки воздух, тиканье часов перестало слышаться. Вот так, казалось бы, простой опыт доказал то, что сейчас для нас кажется очевидным.

То есть для того, чтобы был не было тишины нужно вещество.

Примеры разных видов[править]

  • Tyrian — корабль оснащён «Мега-звуковым креслом», которое работает по второму-третьему варианту (это можно вычитать из дата-кубов, которые вылавливаются по ходу миссий как приятный бонус).
  • Elite: Dangerous — если не учитывать звуков работы бортовых систем звездолета (те же звуки выстрелов оружия на ура передаются по обшивке), в кабине имеются динамики, имитирующие внешнюю «звуковую обстановку». Взрывы в ней, что характерно, отсутствуют (ибо нефиг), а вот если вашему звездолету ухитрились разнести фонарь кабины, стеклышки красиво улетают в вакуум, и пилот оказывается в девственной тишине космоса. На те несколько минут, что отпущены ему аварийной системой жизнеобеспечения. Да и вынос стекла обычно недвусмысленно намекает, что дело запахло керосином, и если к этому моменту еще цел гиперпривод, пора делать ноги. Пока есть на чем.
  • Пространство — придирка тут скорее не к звукам в космосе. Они есть, и к примерно половине можно прицепить обоснование разной степени достоверности. Тут придирка к тому что Марк Инарос, зачитывая призыв к астероидянам, стоит на фоне нарисованного на компьютере, РАЗВЕВАЮЩЕГОСЯ НА ВЕТРУ ФЛАГА! Это на минутку людям, которые ветер видели только в исполнении вентилятора и пробоин в корпусе! Такой показушный штамп больше подходит планетянам, астероидянам же это должно было набить оскомину изрядную.
  • Футурама — в серии, где космический корабль несколько месяцев терроризирует землю звуковым сигналом, профессор Фарнсворт замечает что в его время звуки в космосе не распространялись.

Реальная жизнь[править]

Край

Бескрайнего неба горит
Магнитная буря шумит
И вспыхнула, как никогда
Звезда

— Танцы Минус, «Жуть»

А взрыв в космосе всё-таки может быть услышан — не любой звук, а именно взрыв, и только на сравнительно небольшом расстоянии. Да, верно, звук в вакууме не распространяется. Но при взрыве образуется расширяющееся облако горячего газа. Когда оно дойдёт до корабля наблюдателей, то ударит по обшивке и заставит её вибрировать, что и создаст (при достаточной силе удара) слышимый звук. Правда, вместе с газом могут прилететь и крупные осколки, которые создадут совсем другой звуковой эффект.

Обоснуй с искусственным «аудиоинтерпретатором» придумали не на пустом месте. В старых системах аналоговой голосовой связи из-за несовершенства технологии неизбежно возникали шумы. Разумеется, с ними боролись и пытались уменьшить, но полностью подавить было слишком затратно и во время пауз в разговорах такой шум был слышен. Когда связь стала цифровой, появились более качественные микрофоны, эффективные механизмы шумоподавления и от шума таки смогли полностью избавиться, пользователи стали жаловаться на невозможность отличить ситуацию «собеседник просто молчит» от ситуации «канал связи стал неисправен». Поэтому в хороших современных системах, даже когда по каналу связи не передается ни одного байта звука, на принимающей стороне устройство связи добавляет так называемый «комфортный шум». Искусственный шум, который разговаривать не мешает, но по наличию которого однозначно понятно, что канал связи исправен.

А как грамотно обойти этот троп?[править]

«Бродяга» вырвался из атмосферы. Морган приказала включить звуковые имитаторы. Её уши уловили дальний рокот других истребителей. Корабль под ней слегка содрогнулся, и она услышала близкий и успокаивающий рёв острых, как ножи, стабилизаторов, рассекающих вакуум.
— Эд Брайант знает как. (Из повести «Пилоты сумрака».)

Примерно так, как сделано в сериале «Светлячок» и его сиквеле — фильме «Миссия Серенити». Там звуков в космосе нет, но вполне убедительно подобрана фоновая музыка для всего, происходящего в космосе. Фоновая музыка с приличествующими драматизму ситуации эффектами, кусочками переговоров и звуков по радио (главное — добавить характерный статический хрип, чтобы было понятно, что мы слышим этот звук через радио) — и вам уже не нужно никаких звуков мессеров и хохота черных властелинов. Впрочем, в «Миссии Серенити» одноименный корабль вообще не участвует ни в каких боях — герои сначала проходят мимо Потрошителей, прикинувшись «своими», а потом быстро-быстро удирают. Бой Альянса с Пожирателями играет роль исключительно фона для бегства героев. Хотя звук битвы там немного слышен, это можно обосновать тем, что происходит он в верхних слоях атмосферы.

Есть и второй вариант: представить дело так, будто специальная программа бортового компьютера преобразует свет в шум. Именно затем, чтобы не вызывать у пилотов психического дискомфорта. Чем-то подобным отмахиваются создатели видеоигры Mass Effect: там есть «специальные аудиоэмуляторы», которые можно отключить (и один персонаж — а именно Стив Кортез — так делает, чтобы насладиться бесшумным зрелищем кораблей (или уничтожения кораблей) в вакууме). Как минимум в одной из более-менее толковых новеллизаций Звёздных войн тоже использовался этот обоснуй — упоминаются корабельные «аудиоинтерпретаторы», которые издают звук взрыва при уничтожении вражеского корабля (можно предположить, что они же издают «пиу-пиу», когда мимо вашего истребителя пролетают бластерные импульсы).

Третий — тоже запросто. Есть ведь эфир! И любой себя уважающий корабль имеет «уши», которые слышат всплески от систем питания вражеского лазера, шум от рекомбинации плазмы в мощном факеле выхлопа, невероятный грохот далёкого атомного взрыва и прочие проявления космической жизнедеятельности. Засорение эфира всеми этими высокоэнергетическими процессами — по факту и есть настоящие «звуки космоса». И над этим всем, как ветер в кронах, тихо веет реликтовое излучение Большого Взрыва. Правда, придётся попотеть, чтобы найти все эти радиозвуки, более-менее единообразно конвертировать в слышимый диапазон, да и звучат они несколько непривычно. Зато сколько можно добавить впечатлений, когда раздаётся невнятное зловещее бормотание и побледневший акустик орёт: «Они греют плазмаган!»

Звук на Солнце

Солнце — это достаточно плотная ионизированная газовая структура. Мы не можем сомневаться в существовании звука на Солнце. Конечно, интенсивные вихри горячего газа в его верхних слоях и турбулентность создают страшный рев в широкой полосе частот. Однако на Земле мы этот рев не слышим, поскольку между Землей и Солнцем имеется 150 миллионов километров вакуума, который не пропускает звук.

В верхних слоях солнечной атмосферы температура газа ниже, чем в более глубоких слоях. По опыту исследования распространения звука в стратифицированной среде можно ожидать, что звук будет концентрироваться в области с минимальной скоростью своего распространения, т.е. в слое с минимальной температурой. Звук, рождаясь в результате турбулентных движений в конвективных зонах, распространяется таким образом, чтобы остаться в верхних слоях солнечной атмосферы (рис. 4). На глубине скорость звука и температура резко увеличиваются, и это заставляет звук возвращается обратно в конвективную зону. Солнце имеет сферическую форму, поэтому звук, распространяясь по циклическим траекториям вдоль поверхности Солнца (p-моды на рисунке 4, что соответствует волнам давления), будет усиливаться, если число таких циклов будет целым. В таком случае мы можем считать Солнце резонатором, в котором усиливаются определенные колебания — сферические моды.

Заметим, что на Солнце не может быть сдвиговых волн, эффективных в сейсмических задачах на Земле или на других планетах. Солнце — это плотный газ (или жидкость), в такой среде отсутствует модуль сдвига и поэтому солнечная среда не может обеспечить распространение сдвиговой волны. На большой глубине, в радиационной зоне и ядре, существенны силы гравитации, а не упругости. Поэтому там будут распространяться не упругие волны давления, а внутренние волны, совершающие движение под действием сил плавучести (g-моды на рисунке 4). Так что это скорее гидродинамическая, а не акустическая задача. Эти волны (g-моды) затухают в области конвективных потоков и не доходят до поверхности, и поверхность Солнца не отражает информацию о ядре.

Однако в последнее время появились данные о возможности наблюдения этих слабых волн на Земле. Ядро Солнца вращается с периодом один оборот в семь дней, что намного быстрее, чем вращение радиационной и конвективной зон. Волны g-моды модулируют магнитное поле, создаваемое вращающимся ядром Солнца, и эти модуляционные составляющие с периодом в 7 дней были зарегистрированы земными магнетометрами.

Таким образом, получается, что мы можем слышать звук Солнца на Земле.

Откуда в космосе радиоволны.

Все объекты в космосе – это мощные и не очень источники электромагнитных излучений. А значит излучают радиоволны, вот эти волны, ученные ловят, слушают и изучаю.

Давайте посмотрим первый видеоролик от телестудии Роскосмоса. В нём вы услышите звуки пульсара, Юпитера, а также звуки спутника Юпитера, Ганимед. Услышите, как треск северного сияния, чёрная дыра издаёт интересный рокот. И наконец звучание Вселенной.

В следующих роликах, сделанные и предоставленные NASA, вы услышите звук Сатурна, Миранды (спутник Урана), Нептуна, Юпитера, колец Урана. А какие звуки у планет солнечной системы и Солнца.

Человек приспособлен для жизни на планете Земля и для него звуки космоса недоступны. Но благодаря учёным, мы можем окунуться в этот удивительный мир.

А возможно, есть где-то разумные существа, а может и неразумные, может даже и не существа. Так вот этим существам доступно звучание Вселенной, у них совершенно другие органы чувств. Представляете, как для них всё это звучит. Всё это можно сравнить, например, если бы человек вышел в лес и слушает как шумит лес, поют птицы, жужжат мухи. И приятны человеческому уху эти шорохи и знает он каждый. Наслаждается человек этой песней, приятны они ему.

И вот также, где-то, за миллиард световых лет, вышел гуманоид, и стал наслаждаться звучанием Вселенной. Фантастика? Возможно, а может и нет. Но главное, у нас есть удивительная возможность услышать космос и насладиться этой мелодией и немного пофантазировать, ведь мечтать никогда не вредно.

Почему так? Обоснование в рамках логики мира[править]

Авторы Star Wars отмахнулись, что-де звук в космосе не передается, а вот колеблющиеся электромагнитные поля могут вызывать вибрацию обшивки звездолёта, в результате мы имеем беспроводную озвучку боя — где-то взрывается корабль, в котором смачно лопается реактор распада гиперматерии, вспухает дрожащее электромагнитное поле, в котором вибрирует корпус звездолёта, и его обитатели, пялясь в иллюминатор на вспышку, слышат грохот взрыва. А ещё пиу-пиу бластерных выстрелов и гудение двигателей москитного флота, ведущего свой догфайт.
Фанаты поморщились, но обоснуй проглотили.
И стало так.

Есть, впрочем, и более простое и жестокое обоснование: взрыв корабля слышен тем, кто на нём взрывается. То есть мы слышим звук не из того места, где стоит камера, а то последнее, что слышат перед смертью погибшие.