Après 50 ans, l'humanité envisage de retourner sur la Lune et, un peu plus tard, prédit un vol vers Mars. Cependant, il est peu probable que les gens dans un proche avenir soient destinés à s'éloigner de manière significative de l'orbite terrestre: de nombreux facteurs interfèrent avec cela.
L'espace n'est pas seulement la dernière frontière mais aussi la plus dangereuse. C'est le plus extrême des environnements possibles, mais c'est à travers lui que se trouve le chemin vers de nouveaux mondes. Pour y arriver, une personne devra inventer de nouveaux moteurs, apprendre à résister aux radiations, ne pas mourir d'une égratignure accidentelle et ne pas devenir folle. C'est possible?
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Lors d'un voyage vers des exoplanètes (corps spatiaux en dehors du système solaire), le principal problème pour les chercheurs modernes - vivants et automates - ne sera pas les conditions inconnues des objets d'étude, mais le temps lui-même nécessaire à une telle entreprise. La NASA a souligné les principaux problèmes qui se poseront en raison du fait qu'avec le développement le plus optimal des moyens techniques, le voyage prendra des années.
De nos jours, les principaux moteurs sont basés sur des procédés chimiques: le carburant et l'oxydant sont brûlés pour former du gaz chaud. En raison du chauffage, les gaz d'échappement s'échappent à grande vitesse de la buse de la fusée, poussant la fusée dans la direction opposée. Hélas, de tels moteurs laissent peu de marge de manœuvre pour une personne, car le débit de gaz est limité par la température de combustion. Même en théorie, un voyage dans les étoiles sur des moteurs à propulsion chimique est irréaliste avec le niveau actuel de la technologie. Ainsi, le vaisseau spatial, le plus éloigné de la Terre, Voyager-1, qui a été lancé en 1977, a parcouru plus de 21 milliards de km en 40 ans. C'est, sans exagération, un chiffre astronomique, mais même avec cet état de fait, Voyager-1 atteindra l'étoile AC +79 3888 (17 années-lumière du Soleil), vers laquelle il vole à une vitesse d'environ 62000 km / h, seulement après 40000 ans.
Les sondes spatiales modernes sont capables de développer des vitesses encore plus élevées. Par exemple, le satellite artificiel de Jupiter Juno est capable d'atteindre environ 250 000 km / h, tandis que la sonde solaire Parker récemment lancée accélérera à 692 000 km / h. Mais dans ces projets, la vitesse élevée est obtenue, entre autres, grâce à des manœuvres gravitationnelles: la sonde passe près de la planète, et elle l'emporte "avec elle", l'accélérant jusqu'à sa vitesse orbitale. Ceci est pratique dans notre système, mais pas suffisant pour un voyage rapide vers les étoiles: il n'y aura pas d'objets de manœuvre gravitationnelle en dehors du système solaire. De plus, plus une planète est éloignée d'une étoile, plus elle se déplace lentement.
Une solution possible au problème est un lecteur ionique. Le principe de son fonctionnement est basé sur la création d'une poussée de jet à base de gaz ionisé: les électrons sont arrachés aux molécules et les ions chargés qui en résultent sont accélérés dans un champ électrique. Ainsi, il est possible d'obtenir des débits plus élevés de la substance à partir des buses, en outre, cette approche est plus économe en énergie (moins de carburant est dépensé en accélération). De ce fait, les moteurs ioniques permettent théoriquement d'atteindre des vitesses sans précédent: selon les chercheurs, Mars peut être atteint en seulement 39 jours au lieu de sept mois, qui au total seront consacrés au trajet vers la planète rouge par le module InSight, qui doit atterrir sur Mars en novembre. Malheureusement, les propulseurs ioniques existants sont trop faibles et ne peuvent être utilisés que pour la correction d'orbite.
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En Russie, la société d'État "Rosatom" est engagée dans le projet d'un moteur nucléaire pour la cosmonautique, les détails n'ont pas été divulgués
Une approche plus radicale, au moins pour la colonisation du système solaire, peut être des moteurs de fusée nucléaires. Une source nucléaire est chauffée par la désintégration d'une substance radioactive, chauffant le fluide de travail, qui peut s'écouler à un taux beaucoup plus élevé que celui résultant de la combustion de carburant et d'oxydant dans un moteur chimique. Ils ont essayé d'appliquer cette approche au début de l'ère spatiale, pendant la guerre froide. Cependant, jusqu'à présent, leur utilisation est limitée par deux facteurs. Il n'est pas souhaitable de jeter une grande quantité de substances radioactives en orbite: comme le montre la pratique, elle peut parfois retomber. De plus, un tel moteur nécessite un refroidissement important, et dans l'espace, la chaleur ne peut être dégagée que par rayonnement, qui évacue l'énergie relativement lentement, ce qui limite la puissance des moteurs nucléaires. Les moteurs nucléaires faibles sont plus faciles à remplacer par des moteurs ioniques moins dangereux pour la Terre ou des moteurs à réaction plus familiers alimentés par un carburant chimique.
En utilisant des matériaux et des technologies modernes, différents pays tentent maintenant de développer des modèles plus puissants de moteurs nucléaires et ioniques. Potentiellement, ils laisseront plusieurs mois pour se rendre à Saturne (pour la mission Cassini, ce chemin a pris sept ans). Aujourd'hui, des moteurs nucléaires sont en cours de développement, par exemple, aux États-Unis: en 2017, la NASA et BWXT Nuclear Energy ont signé un contrat pour développer le moteur. En Russie, la société d'État Rosatom est engagée dans le projet d'un moteur nucléaire pour la cosmonautique, les détails n'ont pas été divulgués.
Environnement dangereux
Même avec des moteurs capables d'atteindre des planètes lointaines voire des étoiles en quelques mois ou années, la question de la sécurité de l'équipage d'un tel navire reste ouverte. Et la principale menace ne sera pas les extraterrestres ou les astéroïdes, mais les radiations. Les rayonnements ionisants peuvent endommager l'ADN, causer des problèmes dans le fonctionnement de presque tous les systèmes corporels et annuler toute entreprise spatiale, même la plus réfléchie, impliquant une personne.
Si nous parlons de l'option la plus abordable aujourd'hui (vol vers Mars), alors c'est le rayonnement qui devient l'un des principaux problèmes auxquels les astronautes seront confrontés. Si sur Terre une personne est protégée par l'atmosphère et le champ magnétique de la planète, alors déjà sur l'ISS, les cosmonautes sont exposés à des radiations dix fois plus fortes. Le vol vers la planète rouge avec le niveau actuel de développement technologique prendra environ 7 mois. À cela, il faut ajouter le temps passé sur Mars, qui n'a pas de champ magnétique protecteur et une atmosphère terrestre dense, ainsi que le chemin du retour doit être pris en compte. Pour résumer tous les risques, seule une menace radiologique peut rendre mortelle un billet pour la quatrième planète du Soleil. Par conséquent, par exemple,L'Orion développé par Lockheed Martin sera équipé d'un abri spécial protégé en cas d'activité solaire excessive et de rejet important de particules radioactives. Notez qu'une solution similaire est actuellement utilisée sur l'ISS.
Depuis l'Antiquité, l'activité volcanique sur la Lune et sur Mars aurait pu laisser plusieurs kilomètres de tunnels jusqu'à 1 km de large.
Si nous parlons d'expansion planétaire, alors pour cela, les scientifiques proposent d'utiliser des boucliers magnétiques ou de la terraformation à l'avenir. Il y a une option budgétaire: des chercheurs italiens ont proposé un concept pour le règlement des soi-disant tubes de lave - des canaux dans l'épaisseur de la planète, formés lors d'un refroidissement inégal de la lave. Le rayonnement de l'espace extra-atmosphérique en eux sera minime, car il sera affaibli par les couches supérieures de Mars. Dans ce cas, les tempêtes et autres menaces sur les planètes avec une atmosphère n'ont pas non plus peur.
On suppose que depuis les temps anciens d'activité volcanique sur la Lune et sur Mars, de nombreux kilomètres de tunnels jusqu'à 1 km de large pourraient subsister, dans l'obscurité desquels l'histoire de la colonisation des corps célestes par l'homme pourrait bien commencer.
En plus des radiations, une personne doit encore résoudre de nombreux problèmes: assurer un approvisionnement ininterrompu et fiable en oxygène, résoudre le problème de nutrition, apprendre à s'entendre avec les mêmes personnes pendant longtemps, etc. Inutile de dire que lors d'une mission conditionnelle même aux planètes les plus proches, les astronautes devront résoudre seuls des problèmes médicaux, par exemple en supprimant l'appendicite? Pour le moment, tout le monde va dans l'espace subit de nombreux tests, mais il est tout simplement impossible de s'assurer contre tout. Comme l'ont souligné les chercheurs, une équipe de six hommes au cours d'un voyage de 900 jours vers Mars sera presque inévitablement confrontée à au moins un cas lorsque l'un des membres de l'équipage a besoin d'une aide urgente. L'expérience russo-européenne "Mars-500" donne de l'espoirau cours de laquelle l'équipage de six personnes dans une pièce fermée sur Terre a vécu avec succès «en vol» pendant 520 jours, faisant face à des problèmes psychologiques et médicaux.
Cher espace
Le financement est l'épine dorsale des projets spatiaux, et la grande majorité des projets spatiaux non réalisés ont échoué à ce stade. Même les projets entièrement automatisés comme le rover Curiosity valent des milliards de dollars. Le vol d'un homme vers Mars est estimé parfois plus cher.
Même les projets où il n'est pas nécessaire de réfléchir à des systèmes de survie pour les personnes rencontrent souvent des problèmes de financement en raison du coût élevé de la technologie. Par exemple, le coût du télescope orbital James Webb a déjà dépassé les 9 milliards de dollars et il était prévu de le lancer dans l'espace il y a 10 ans. Si nous parlons du coût des missions habitées, l'exemple le plus frappant est le projet de la Station spatiale internationale. Elle est estimée à 150 milliards de dollars et est l'une des structures d'ingénierie les plus chères au monde.
De plus, le financement d'un projet à lui seul ne garantit pas son succès. De tels projets nécessitent une base scientifique bien développée, ainsi que des installations de production et des infrastructures capables de supporter la station. Les États-Unis dépensent à eux seuls 3 milliards de dollars par an.
Selon les calculs de la NASA, le coût de développement, de préparation et de mise en œuvre d'une mission sur Mars dans un délai de 30 ans pourrait dépasser 450 milliards de dollars. Selon certaines estimations, le coût total du projet sera de 1,5 billion de dollars! Un montant fantastique dans le contexte du budget de l'American Aerospace Agency, qui s'élève en moyenne à environ 20 milliards de dollars par an. Même le volume total du marché moderne des services et des technologies spatiales atteint 350 milliards de dollars. Le coût d’une expédition n’est donc pas moins problématique que le rayonnement spatial.
