L’estiu del 2019 es va celebrar el 50è aniversari de la missió Apollo 11, quan la gent va caminar per primera vegada a la superfície de la Lluna. L'enginyeria i la tecnologia van avançar gràcies a dues curses de cavalls entre els Estats Units i la Unió Soviètica, i aquesta va ser pionera en tots els camps. Aquesta guerra ha estat alimentada pel dubte, la por i un esforç per ser "millor" que l'altre país. Però, com tots els esprint fins a la meta, el ritme no va poder continuar i la urgència va passar aviat. Però ara hi ha una nova cursa, no pas països, empreses. El capitalisme, el creixement i les oportunitats de negoci nous combustibles i objectius són encara més grans: no només a la Lluna, sinó a Mart i més enllà.

Un resum de la darrera cursa espacial

Què exactament is I si "carrera espacial"? Actualment, llança un coet que transporta satèl·lits a l’espai. unes 200 vegades cada any i diverses naus espacials corren per sobre o al voltant d'altres planetes del nostre sistema solar. Per tant, la idea de tenir una carrera a l’espai o a l’espai pot semblar força estranya, però, retrocedint fa 60 anys, la situació era: molt diferent.

En l'època actual, es llança un coet que transporta satèl·lits a l'espai, que es produeix unes 200 vegades cada any.

Només dos països tenien la capacitat de llançar alguna cosa a l’espai: els Estats Units i la Unió de Repúbliques Socialistes Soviètiques (més coneguda com la Unió Soviètica). El primer objecte artificial conegut que va arribar a l'espai, Coet V2 alemanyVa ser llançat per l’Alemanya nazi el juny de 1944, els darrers dies de la Segona Guerra Mundial. No hi havia cap objectiu científic darrere de la prova; Va ser un exercici militar pur i va arribar a una altitud de 109 km abans de tornar directament a la Terra.







La tecnologia darrere del V2 va ser utilitzada tant pels Estats Units com per la Unió Soviètica després que es posés al dia amb científics, tècnics en enginyeria i plans tècnics al final de la Segona Guerra Mundial. EUA amb disseny alemany Coet para-xocs El programa va assolir la seva gesta al cap de 4 anys, pocs mesos després de la URSS.

Tanmateix, cal dir una paraula ràpida sobre on es troba exactament la línia límit de l'espai. Per exemple, la Força Aèria dels Estats Units i la NASA van establir-ho a una altitud de 80,5 km, FER (una organització mundial que registra èxits en vol aeri i espacial) Theodore von Kármán definició teòrica uns 100 km per començar l’espai. La densitat atmosfèrica a ambdues altituds és molt baixa: el 99% de l’atmosfera terrestre es troba per sota d’aquesta zona, de manera que el vol alat és realment impossible.




Només anar a l’espai no era la principal preocupació dels dos països, ja que pretenien arribar a l’òrbita. Amb ell, poden col·locar objectes fora de l'abast de qualsevol avió de combat que pugui orbitar ràpidament al voltant del planeta per capturar imatges o lliurar una càrrega útil armada. En altres paraules, militar Els conflictes a Corea i Vietnam als anys cinquanta van provocar una urgència desesperada a la cursa, juntament amb un enorme creixement de les proves d’armes nuclears i les creixents tensions polítiques entre els Estats Units i l’URSS.




El punt d’inflexió crític en tot plegat va ser el de l’URSS Sputnik 1 - primer artefacte per completar l’òrbita del nostre planeta. De fet, va fer més de mil òrbites abans que tornés l’arrossegament atmosfèric, però durant 3 setmanes, el satèl·lit de 85 lliures (85 lliures) va emetre al món un senyal de ràdio senzill que deia “Estic aquí”.




La cursa espacial havia començat realment.

Després, la Unió Soviètica va aconseguir una sèrie de grans "primers":

Van desenvolupar els primers satèl·lits alimentats per energia solar en un moment similar (als anys seixanta), tot i que ara sembla que Amèrica només es recula i deixa que algú altre prengui tota la glòria; primers satèl·lits de comunicació, satnav i meteorològics; també van arribar per primer cop a Mart (l’URSS va arribar a Venus fa uns anys) i van realitzar la primera cita orbital i el moll.




La línia de meta real de la primera cursa espacial era sens dubte la Lluna. Quan els soviètics van arribar al nostre satèl·lit natural (i quan ho vam fer, ens van impressionar més de 7000 mph), es va convertir en l'objectiu obvi destinat a un lloc permanent en la història, no només per motius militars. El president John F. Kennedy el maig de 1961 Famós discurs al congrés, amb la línia immortal:

"Crec que aquesta nació ha d'aconseguir el seu objectiu: aterrar un home a la lluna i retornar-lo amb seguretat a la terra abans de finals d'aquesta dècada".

Com que es va dir només un mes després de Yuri Gagarin,Poyekhali! " i si donava la volta a la Terra a l’espai, semblaria gairebé impossible d’aconseguir en només 9 anys; i, tanmateix, com tots sabem, a la mà 5 mesos de substitució.

Gràcies a aquest objectiu presidencial, l’impuls i el compromís de milers de científics i una bona pila de dòlars, el programa espacial Apollo va llançar una sèrie de nous desenvolupaments d’enginyeria, especialment en informàtica, materials i tecnologia de coets. Per tant, per preparar l’escenari d’aquest article sobre la nova cursa espacial, fem una ullada ràpida a ells.

Nova tecnologia de vella guàrdia

Finals dels anys 50 i principis dels 60, digital els sistemes mecànics i analògics per ordinador s’utilitzaven abans i durant aquest període, però no tenien les capacitats de processament necessàries per gestionar un sistema de coets complex, eren massa fràgils per dependre de milers de quilòmetres d’espai o estaven molt allunyats, Iraq És massa gran per utilitzar-lo en qualsevol nau espacial.

Afortunadament per al programa Apollo circuits integrats monolítics (també conegut com a xip) s’havien inventat fa només uns anys i el ritme del seu desenvolupament es podia produir amb una qualitat i una quantitat suficient com per ser la base dels ordinadors per gestionar els sistemes de guiatge del coet.

Des de principis fins a mitjans de la dècada de 1960, investigadors del Massachusetts Institute of Technology van utilitzar el nou invent per crear un ordinador potent (unes 85.000 operacions per segon), compacte (només 70 kg o 32 kg de pes) i molt fiable. Pot semblar completament arcaic segons els estàndards actuals, però era perfecte per als requeriments de la NASA i es va utilitzar en la multitarea durant gairebé deu anys. Es va dir oficialment AGC, Ordinador Apollo Guidance.

Pantalla de funcionament i sortida de l'ordinador, DSKY (Mostrar i teclat); L'entrada d'un programa es va fer utilitzant només dues ordres (verb ve nom) i números associats. Aquesta senzillesa va ser el seu punt fort: els astronautes poden obtenir nous programes del control de terra, entrar ràpidament i no s’han de preocupar perquè no siguin els informàtics més recents.

Els múltiples nuclis no són res de nou

Per descomptat, tots els ordinadors necessiten memòria i AGC no era diferent - Només cal llegir emmagatzematge (ROM) per contenir programari operatiu, memòria de corda central. Penseu-ho com una catifa teixida a mà on milers de fils de filferro s’enrotllen o s’enfilen a través de petits llaços metàl·lics.

Aquests cicles Colorsd’un component del circuit transformador de premsa i en funció de com es trenen els fils sobre els nuclis, el transformador produirà una sortida nul·la (0) o una sortida d’ona quadrada (1), és a dir, cada nucli generarà essencialment 1 bit d’espai d’emmagatzematge.

L’AGC, que controla la sonda espacial Apollo 11, té 540 kilobits (36.864 conjunts de 16 nuclis, 15 per a dades, 1 per a verificacions de paritat) dissenyats pels científics del MIT de ROM i tots els programes dissenyats pels científics del MIT són produïts meticulosament. A les fàbriques de Raytheon.

A més de ROM, AGC també tenia una petita quantitat d'emmagatzematge regravable, només 30 kilobits memòria de nucli magnètic. Igual que amb l'estructura i el funcionament similars a la memòria de corda de nucli, aquesta RAM bàsica però fiable va utilitzar la inducció electromagnètica dins dels nuclis per generar valors de 0 i 1 per a cada bit.

A diferència de l'última tecnologia que s'utilitza per controlar els sistemes de vol a l'espai Apollo, la Unió Soviètica Globus IMP unitat de navegació. Aquest ordinador "rellotge" és sorprenentment sofisticat i ha estat en ús durant gairebé 40 anys (tot i que amb revisions significatives al llarg del camí).

Val a dir que, a diferència de l’AGC de la NASA, la màquina Globus no controla directament la nau espacial. Les primeres missions espacials de la Unió Soviètica es van automatitzar i / o controlar des de la Terra, els cosmonautes eren literalment per conduir. No obstant això, la nau espacial va romandre en contacte per ràdio amb el control de la missió durant un període de temps força reduït a cada òrbita i l'ordinador Globus amb engranatges proporcionava un sistema robust per mantenir la posició correcta i proporcionar a la tripulació la informació necessària per canviar la seva posició, si fos necessari.

Els ordinadors han tornat al món

L’ús innovador dels ordinadors no era només per controlar coets. Marxa enrere terra signaturaLa NASA va utilitzar les últimes màquines d'IBM per processar les dades retornades de les missions i per al primer aterratge a la Lluna, Sistema / 360-91s aquest número va crepitar.

Es tractava de màquines realment remarcables: van ser de les primeres a fer una canonada d’instruccions profundes i una execució fora de comanda, capaces de realitzar operacions de punt flotant enter de 32 bits i 64 bits amb fins a 16 milions de càlculs per segon. La memòria del sistema oscil·lava entre 2 i 4 MiB i tenia diversos canals de memòria per millorar el rendiment de lectura / escriptura.

Els ordinadors de control de terra de la URSS estaven igualment avançats. L'Acadèmia Soviètica de Ciències va dissenyar i construir una màquina, que la NASA també va utilitzar els superordinadors d'IBM per fer ple efecte al programa Apollo. BESM-6), que és una línia d’ordres paral·lela i un processador de coma flotant de 48 bits (operacions senceres realitzades per les mateixes unitats).

Tot i que no coincidia amb el sistema / 360, en termes de velocitat de rellotge i memòria (el bus d’adreces tenia només 15 bits d’amplada en comparació amb els 21 bits d’IBM), encara era un ordinador molt capaç, de manera que van romandre, com la majoria de la tecnologia soviètica, durant gairebé dues dècades.

El ritme de progrés en tecnologia informàtica ha fet històrica aquestes màquines en només dues dècades (per exemple, la CPU 80486 d'Intel, llançada el 1989, podria gestionar 20 milions d'instruccions per segon i dirigir 4096 MiB de RAM), però avui en dia té capacitats que els enginyers podrien somiar als anys seixanta. no té cap deute gràcies a l'agitada investigació i desenvolupament dels EUA i la Unió Soviètica.

Materials per a home i màquina

L’electrònica digital no va ser l’única àrea que va veure desenvolupament i progrés. Per completar la missió de 8 dies a la superfície i la part posterior de la Lluna, la tripulació necessitava 3 naus espacials i 3 coets. En el cas dels primers, aquests són:

  • Mòdul de comandament i servei Apollo (CSM): era la llar dels astronautes en vol i també contenia hidrogen i oxigen necessaris per a l'aire, l'aigua i l'electricitat
  • Apollo Lunar Module (LM): la màquina que porta Neil i Buzz a la Lluna i a l’òrbita
  • Apollo A7L: vestit espacial autònom per caminar per la lluna

Podria semblar una mica estrany pensar en el vestit espacial a la mateixa llum que el CSM / LM, però tenien una funció molt similar: mantenir la tripulació viva a l’espai. Aquests consistien en un recipient a pressió per fer front a les capes de refredament: a la llum solar directa, les temperatures a la Lluna podrien arribar als 120 ° C / 250 ° F - protecció contra micrometeorits i la lluna gruixuda i la manca d’atmosfera. .

Els conjunts complets estan dissenyats i fabricats per International Latex Corporation (ILC), una empresa especialitzada en productes que utilitzen materials de polímer i sílice. A7L va utilitzar tota la gamma: cautxús de làtex; fibres de polietilè tereftalat; pel·lícules de poliimida; aliatges de níquel i crom; closques de policarbonat; làmines de polisulfona banyades en or.

La NASA i diversos fabricants continuen fent acords comercials, molts d’ells ho sabem i fem servir fins i tot avui.

L'A7L va tenir tant èxit per a ICL que l'estructura general encara està en ús, tot i que ha estat molt modificada per als requisits actuals de les missions a l'Estació Espacial Internacional.

Durant tota la construcció del coet Saturn V, es van utilitzar materials especials, incloent una gran quantitat d'aliatges d'alumini, titani i acer. Hi va haver 3 etapes en total: la primera, utilitzant querosè refinat i oxigen líquid com a combustible, només trigaria 2 minuts, però seria suficient per accelerar el coet a una velocitat de 5.000 mph.

La segona etapa va ser més petita i menys potent, cremant hidrogen i oxigen líquid durant 6 minuts per augmentar la velocitat 10.000 mph més.

L'última etapa, similar a la segona, es va utilitzar per posar el coet a l'òrbita terrestre i després tornar a la Lluna.

Totalment alimentat, el pes total de l’estructura superava els 6 milions de lliures (aproximadament 3.000 tones mètriques) i tenia una longitud de 111 metres. Encara manté el rècord del coet més gran i potent mai construït.

Saturn creu que l’amplada de V és molt important perquè el programa Apollo funcioni, de manera que el mòdul lunar tenia una massa seca inferior a 4.500 kg i, en alguns llocs, els materials compostos no eren més gruixuts que les parets de sosa. Els criteris de disseny per a la seguretat no eren realment "segurs", sinó que "el feien prou segur".

La Unió Soviètica també va desenvolupar un gran coet. N1Tot i que no és a la mateixa escala que Saturn V, els primers tres intents de llançament no van tenir èxit, i tot el projecte va estar ple de conflictes, egos i guerres de política i la manca de finançament adequat.

Quan el programa Apollo va acabar el 1972, els enginyers de l'URSS van intentar en va durant diversos anys obtenir l'èxit del coet, però es va desfer sense fantasia fins al 1975.

Lluna: Massa lluny, massa car

Impulsat per l'èxit dels seus enginyers als anys seixanta, la NASA va planejar múltiples nous programes post-Apollo, incloses estacions espacials permanents i una base a la Lluna, vehicles reutilitzables i coets nuclears i una missió tripulada a Mart.

Es van presentar al president Nixon i a la seva administració a principis dels anys setanta, i la decisió es va convertir en un "no" evident per a tots els vehicles reutilitzables. Al programa Apollo v2.0, l’esperança de tornar a la Lluna es va reduir categòricament.

El projecte de vehicles reutilitzables continuarà al final i Programa del transbordador espacial (també una estació espacial temporal skylab), però una cosa era clara: en lloc d’objectiu d’aconseguir aterrar la gent sobre un altre objecte, no hi hauria diners per posar la gent a terra més que l’òrbita terrestre baixa.

El 1973, el programa Apollo costava 25.000 milions de dòlars (almenys 5.000 milions de l’estimació de 1961 i més del doble de les estimacions inicials) i la NASA rebia gairebé la meitat del seu pressupost cada any. Per entendre quants diners es tracta, consulteu el pressupost federal dels EUA per a l'any en què els EUA van caminar per primera vegada a la Lluna. 180.000 milions de dòlars.

Aquest nivell de despesa mai no seria sostenible i ni els Estats Units ni la Unió Soviètica es podrien permetre assumir els somnis de la gent de viure a la Lluna o a Mart. Es suposava que el vol espacial era molt més rendible, sobretot en comparació amb l’Apollo, que superava els 300 milions de dòlars que cobrien embarcacions, combustible, personal, etc., de cada missió de vol.Valoració vers 1974, 1.500 milions de dòlars el 2019).

Cada coet Saturn V era realment únic, no estava dissenyat per a ser produït en massa, i cadascun va sofrir diverses revisions per solucionar problemes amb vols anteriors. Cap part del coet no es pot reutilitzar; L'única part que va tornar a la Terra va ser el mòdul de comandament, i no van tornar a veure el servei després de la missió.

La NASA es va fixar sobretot en esperances de fer rutinàries i rendibles els vols espacials amb el transbordador espacial reutilitzable (només es va malgastar el tanc de combustible taronja principal en cada vol); Després del col·lapse de la Unió Soviètica i més tard de l’antic estat, Rússia sí Buran), però cap d’ells no va assolir els objectius elevats d’una nau espacial que es podia utilitzar una i altra vegada. Els fracassos es van deure a problemes fonamentals de disseny, a costos operatius o a la manca de finançament per al desenvolupament.

Rússia va deixar el programa Buran el 1993 i la NASA es va retirar de la flota Shuttle el 2011, moment en què cada missió va costar més de 400 milions de dòlars. Tot i això, els llançaments de sonda per satèl·lit i espacial s’han convertit en rutina gràcies als nombrosos sistemes de llançament nord-americans, russos i europeus en funcionament actualment, juntament amb els viatges a l’Estació Espacial Internacional. No obstant això, el cost segueix sent sorprenentment elevat i totes les plataformes de coets utilitzades no són de cap manera reutilitzables.

Va ser així fins fa dos anys.

Comença una nova cursa

Un agradable dijous al vespre, el 30 de març de 2017, Complex espacial de llançament del Kennedy Space Center 39, un geoestadístic satèl·lit de comunicació.

Dues coses eren especials en aquest llançament, i totes dues eren sobre el coet: primer, la primera etapa, després de col·locar alguna cosa en òrbita del satèl·lit, i la segona, la mateixa etapa va tornar a la Terra i va aterrar en algun lloc. És una plataforma autònoma a la costa de Florida, a l’oceà Atlàntic.

No es tractava d’una missió militar d’alt secret ni d’una màquina experimental de la NASA; ell es un Falcon 9 FT vehicle de llançament dissenyat i fabricat exclusivament per SpaceX. Aquesta organització en particular, dissenyada i fundada per Elon Musk amb fons recaptats d’empreses anteriors (Zip2 i X.com, eventualment PayPal), tenia 16 anys en aquell moment.

El primer llançament de coets de SpaceX a l’òrbita terrestre baixa es va produir fa només 6 anys i es pot dir que l’empresa es va situar a les espatlles de la NASA i Rússia per explicar Isaac Newton una mica més, el ritme de desenvolupament i el nivell d’èxit del vol eren meteòrics.

Musk va abordar el tema de la reutilització des del principi de SpaceX per reduir els costos i maximitzar els ingressos. Però, a diferència de l’enfocament de la NASA als impulsors de coets de combustible sòlid que s’utilitzen en aquest programa del transbordador espacial, els enginyers de SpaceX van idear un enfocament més radical.

Els impulsors de la llançadora van ser dissenyats per proporcionar la major part del llançament requerit, i un cop disparats es cremarien fins a estar gairebé buits. En aquest punt, serien llançats des del Transbordador, continuarien cremant fins que quedessin buits i després caurien lliures a la Terra.

Els impulsors utilitzarien paracaigudes per frenar la velocitat de descens abans d’esquitxar-se a l’oceà Atlàntic. Sense combustible, podrien flotar fàcilment, de manera que romandrien a la superfície fins que els recollís un vaixell.

Per a SpaceX, això no va ser prou bo, sobretot perquè requeria una quantitat important de treball per recuperar manualment els boosters Shuttle i després estar preparats per a un altre llançament.

El que volien era un coet amb motors de múltiples capacitats (prioritat de la funció d'empenta, acceleració i reinici), però sense el costós servei que requereixen els motors de Shuttle.

També coets volen ells mateixos Aterrar-se en una estructura que es pot salvar amb la menor intervenció pràctica.

I així va néixer el coet Falcon. La versió 1 va obtenir el seu primer vol el març del 2006. Com molts assajos anteriors, el petit coet Falcon 1 va fracassar en el seu viatge inaugural durant només 40 segons i va impactar contra el sòl a només 250 metres d’on es va originar.

Es pot perdonar per pensar que la tasca de dissenyar i construir un nou coet després de 50 anys de llançaments serà un procés relativament senzill. Però els coets dignes d’espai són màquines amb una línia infinitament fina que els distingeix de classificar-los com a vehicles comercials o artefactes explosius molt cars.

Els objectius de disseny de Falcon i, de fet, qualsevol coet capaç de fer les mateixes habilitats, són molt diferents dels que s’utilitzen en general. Podeu esbrinar-ho equilibrant un pal llarg a la punta dels dits: heu de moure la mà constantment per mantenir-la en posició vertical, però és més fàcil pujar constantment cap amunt.

Quan un coet normal arriba a l’altura desitjada (aconseguint-ho amb un moviment estabilitzador constant de l’empenta ascendent) i desplegant la seva càrrega útil, el vol cessa. És només la meitat del viatge per a un coet Falcon: ha de volar cap a la Terra.

L’etapa de retorn ha de ser el més lleugera possible i tenir control aerodinàmic durant la tornada. El coet Saturn V era en realitat una estructura d’aliatge d’alumini considerada molt pesada, de manera que el Falcon utilitza un aliatge d’alumini-liti; aquesta tria de material presenta els seus propis desafiaments, però el seu ús creixent en tota la indústria de l’aviació.

Durant el vol de tornada, el control del coet es gestiona mitjançant el coet principal, propulsors petits i aletes de la graella aerodinàmica, com es mostra a continuació.

Aquests es mantenen enganxats durant el llançament i després es plegen cap enrere en tornar. Originalment feta d’un aliatge d’alumini, SpaceX va canviar a l’aliatge de titani perquè va descobrir que l’elecció anterior només feia front a les tensions tèrmiques del vol supersònic a l’atmosfera.

Podeu entendre com és el viatge de tornada en aquest vídeo de SpaceX, rodat amb una càmera integrada a la part superior de l’escenari del coet:

Tot això està controlat pels sistemes informàtics dels coets. Tenint en compte la rapidesa i la complexitat de l’aterratge, se us perdonaria tenir en compte la tecnologia a mida també a mida. Tot i que no sabem exactament quins sistemes utilitza SpaceX, processadors de doble nucli i de naturalesa x86indica que els xips utilitzats estan "preparats".

Els ordinadors funcionen amb un sistema operatiu basat en Linux i utilitzen programari desenvolupat completament a casa. També s’instal·len en diversos grups per protegir-se dels problemes causats per fallades de radiació i maquinari. L’electrònica digital moderna és sensible a la radiació ionitzant i hi ha dues maneres de combatre-la: enduriment per radiació ve tolerant a la radiació.

En primer lloc, requereix que els xips siguin produïts de manera única per ser molt més prims que els seus cosins nadius: un xip més prim pot absorbir la radiació penetrant menys que els més grossos, però el procés obliga a restringir la complexitat del xip i augmenta significativament el cost.

Un sistema a prova de radiacions que l’utilitza el salta completament. tres conjunts de processadors Per a tots els sistemes informàtics de bord, si la radiació afecta els càlculs d’un d’aquests, els altres dos produiran els mateixos resultats, però diferents dels resultats afectats per la radiació. El programari pren això i tot va en conseqüència.

Quan tot el que hi ha als coets Saturn V es pot controlar manualment mitjançant el control de la tripulació o de terra, totes les màquines de l’SpaceX estan dissenyades per ser totalment autònomes; l’única vegada que la gent augmenta és quan alguna cosa surt malament o ha de donar la confirmació final. abans que comenci una acció.

Aquest és el cas del vaixell de càrrega Dragon a l’hora d’atracar amb l’Estació Espacial Internacional. Tot el vol està dirigit pel propi vaixell, però passa per la maniobra d’acoblament final fins que la tripulació de la ISS ho fa.

SpaceX ha recorregut un llarg camí en 20 anys, demostrant que encara hi ha molt més marge per desenvolupar coets.

Hi ha més d’un cavall en aquesta cursa

Elon Musk no és l’única aparició malèfica de James Bond a l’espai ple d’efectius i ambició. Neix d’una manca d’admiració total, Origen blau Va ser fundada per Jeff Bezos d'Amazon el 2000, però en només 5 anys va llançar coets de prova dels seus propis dissenys.

No podria ser més diferent si les dues empreses ho intentessin: SpaceX sempre és entusiasta, gratificant al teatre; Blue Origin, en canvi, ha estat molt més discret i prudent al llarg dels anys. En total, SpaceX va fer més de 80 llançaments, mentre que Blue Origin va arribar a 11 en un temps similar.

Tot i això, SpaceX supera tres vegades la mida de Blue Origin en termes de personal i, malgrat la gran quantitat de diners que Bezos va comprometre personalment amb l’empresa, l’organització més petita va rebre una inversió externa significativament menor i amb prou feines contractes de llançament. Això no va impedir que l'equip de Bezos descobrís noves tecnologies, especialment quan es tractava de motors coets.

Diversos sistemes de llançament que s’utilitzen actualment solen utilitzar un dels tres tipus de combustible:

  • Líquids criogènics, com l’hidrogen oxigenat o el querosè refinat oxigenat
  • Líquids hipergòlics, per exemple, hidrazina amb tetroxid de nitrogen
  • Sòlids, per exemple. alumini amb perclorat d'amoni unit amb butadiè

Cada tipus té els seus propis avantatges i inconvenients, i analitzar-los seria un article complet en si mateix, però anava amb una combinació de gas natural liquat d’origen blau (GNL) amb oxigen líquid. Aquest és el segon sistema de combustió de combustible més net després de l’hidrogen líquid, però el seu principal avantatge és que el propi motor requereix menys complexitat que altres sistemes de combustible líquid.

Aquesta simplicitat es tradueix en menors costos i un manteniment més econòmic. SpaceX s’ha mantingut en una ruta més tradicional utilitzant querosè refinat, però malgrat les diferències en la seva aproximació als motors de coets, els objectius i les filosofies de disseny de les dues companyies (de baix cost, reutilitzables, autònomes) són essencialment els mateixos. Aquest és el pol oposat a les decisions preses per la NASA per al successor del programa Transbordador espacial.

Nomenat per un comitè de planificació que no sap què significa la paraula emocionant significa, fabricat per Boeing Sistema de llançament espacial (SLS per abreujar) Apollo reneix. Prenent elements del sistema de llançament del transbordador espacial com els principals motors i coets de reforç, la NASA va dissenyar el disseny que a primera vista sembla una rèplica de carboni del coet Saturn V.

En el moment de redactar aquest escrit, la NASA no va llançar un sistema SLS de mida completa, ja que la missió inicial de prova no estava prevista durant un altre període de 1 a 2 anys. Si els paràmetres del disseny s’aconsegueixen completament, el SLS serà un dels concursants per a la corona del coet més gran i potent en funcionament, però la màquina de 50 anys que va enviar la humanitat en realitat tindrà les mateixes capacitats d’elevació. lluna.

El caràcter no reutilitzable de SLS, els costos de tasca elevats i els retards en la construcció, present ve vell Però els executius de la NASA. Una part de la font d’aquests problemes es deu al fet que la NASA es finança públicament a través d’impostos i ha permès a diversos polítics pressionar l’organització perquè utilitzi empreses que donen feina als estats que representen. Un altre factor consisteix a tornar a la Lluna, però en direm més en un moment.

El sistema de llançament espacial no és l’únic jugador en la càrrega pesada dels coets; Tant SpaceX com Blue Origin tenen dissenys que, quan es realitzen completament, tenen una mida física similar a la SLS o superen les seves capacitats d’elevació.

Hi ha dos motius principals pels quals tots aquests fabricants van ser capaços d’elevar prop de 45.000 tones (45.000 tones mètriques) a l’òrbita terrestre baixa empenyent coets enormes. El primer és senzill: des de Saturn V no hi ha res que pugui fer front a aquestes càrregues. El transbordador espacial està valorat en 54.000 lliures (aproximadament 24 tones mètriques) i Lockheed Martin / Boeing'in Delta V Heavy només pot moure 8.000 lliures més. El coet Falcon Heavy de SpaceX teòricament té molta més capacitat, però encara no s’ha provat amb una càrrega útil de més de 14.000 lliures (6 tones mètriques).

Però això encara no respon a la pregunta de per què necessitem un coet que pugui suportar una càrrega més gran. Per què la NASA necessita SLS per poder posar en òrbita 230.000 lliures?

Amb l'objectiu de la lluna (de nou)

El 2005, el Congrés dels Estats Units va signar una acció que autoritzava la NASA a llançar el programa Constellation. L'objectiu era millorar la ubicació del transbordador espacial perquè l'Estació Espacial Internacional pogués continuar el seu desenvolupament i proporcionar a la Lluna una nova plataforma per a missions tripulades. Tot va quedar immediatament sense signar quan, després de només cinc anys, es va fer evident la veritable magnitud dels costos.

El retorn a la lluna ha estat objecte d’una forta controvèrsia, que es va repetir des que l’Apollo 17 va deixar la "bella desolació" el 1972. Els científics i els antics astronautes d'Apol·lo han expressat consternació per la manca d'exploració de l'espai humà més enllà de l'òrbita baixa de la Terra; Els polítics i els economistes sempre han respost a aquestes queixes amb la mateixa resposta: no ens ho podem permetre.

La NASA no va prendre el tancament de la constel·lació a la lleugera. La majoria dels seus elements es van reciclar immediatament en un nou programa (SLS) amb una idea aproximada per a una altra estació espacial; el segon tampoc substituiria la ISS. Originalment anomenat Hàbitat de l’espai profund, va ser concebut com una porta d’entrada a l’exploració lunar i més enllà, i va ser dissenyat per orbitar al voltant de la Lluna, no de la Terra.

El 2016, les coses van canviar (de nou): un nou president dels EUA estava al poder, interessat en projectes espacialsi una certa companyia Elon Musk Plans per colonitzar Mart. Va resultar que totes dues no eren promeses buides, com en un any, S'explica la Directiva de política espacial 1 (amb Buzz Aldrin amb un aspecte força malhumorat) i Musk proporcionat més detallsInclou dissenys bàsics de coets i com pagar-los.

A principis d’aquest any, la NASA va canviar el nom del programa de missió tripulada Artemis i va confirmar la data de la Lluna.

El vídeo promocional del programa Artemis il·lumina els detalls: el SLS que ja coneixem està en construcció, però encara no s’ha realitzat un vol de prova complet; Es va construir una càpsula de prova Orion, es va llançar a l'espai damunt del coet Delta VI i va tornar amb seguretat a la Terra.

Tanmateix, el Gateway (essencialment anomenat Deep Space Habitat rebranded) amb prou feines va començar, no té el disseny o s’ha decidit un fabricant per a l’aterratge a la lluna. La tecnologia necessària per fer-ho ja existeix, però la política i els diners afecten el ritme del progrés. Així, a dosi sana d’escepticisme Per sobre de la NASA fins i tot va arribar a la Lluna abans d'aterrar de nou el 2024.

Tanmateix, tornant al 1964, cinc anys abans que Neil i Buzz posessin el peu a la Lluna, la carrera cap a la Lluna es trobava en una situació similar. El programa Apollo ja havia començat, però el coet Saturn V no estava preparat i la NASA lluitava amb problemes de cita orbital al programa Gemini. Haurien passat 4 anys més abans que els humans es col·loquessin en òrbita al voltant de la Lluna a la missió Apollo 8.

Tot i que a la NASA ja no li agrada el finançament i la força de treball que vivia fa cinc anys, hi ha moltes més empreses que poden obtenir contractes de disseny i fabricació. onze en total S’ha registrat per desenvolupar sistemes de desembarcament lunar (components complets i parcials) per tenir-los en compte fins ara.

Blue Origin ja és un Lunar Lander Té capacitats més grans que el LEM original i només planeja utilitzar les seves variants en missions diferents a Artemis. SpaceX és una d’aquestes onze empreses, però també tenen previst enviar un turista per la Lluna. #dearMoon.

I hi ha un altre motiu per al desembarcament de la lluna el 2024: hi ha una recompensa més gran en joc.

Tot està bé per a Mart

Com es va esmentar anteriorment en aquest article, Elon Musk va morir per anar a Mart (fins i tot aclareix a què vols dir 'mort') i, per fer-ho, SpaceX està desenvolupant dues noves màquines: Molt pesat (abans anomenat Big Falcon Rocket) i nau espacial Shuttle-esque Nau estel·lar.

Junts semblen haver sortit d’una pel·lícula de ciència ficció i, tot i que el producte final no és molt verge i brillant, l’empresa californiana és completament projecte.

Us podeu preguntar per què un vaixell dissenyat per al vol espacial té ales, encara que petites, però no per volar a Mart, per frenar a l’entrada. La nau estel·lar realment aterrarà verticalmentutilitzant sistemes similars als trobats en els coets de la sèrie Falcon, ja sigui a la Terra o a Mart.

SpaceX no ha establert una data ferma per arribar a Mart, i no estan sotmesos a pressions polítiques per assolir aquest objectiu en un termini determinat, excepte els acords amb els inversors. És una mica diferent per a la NASA. Abans que s’intenti enviar els humans al petit planeta llunyà, utilitzen el programa Artemis per desenvolupar sistemes i estructures que es puguin col·locar.

No obstant això, el programa Lunar venut obertament Fins i tot s’utilitza per tatuar Mart com a precursor i aquest últim associacions comercials i enfortir aliances polítiques.

A mesura que les administracions van i venen, la NASA estarà pressionada per lliurar Artemis a temps i per avançar bé en tots els diferents programes necessaris per traslladar una missió tripulada a Mart.

Però si Artemis té èxit i, al final de la propera dècada, veiem gent caminant per la superfície de la Lluna, està garantit un viatge a Mart?

Penya-segat per saltar

Enviar gent a Mart i tornar-los a casa és una tasca que fa que anar a la lluna sigui semblant a viatjar a la platja a la tarda. El primer obstacle és senzill: la distància. A la seva proximitat, la Terra i Mart es troben a uns 56 milions de quilòmetres de distància, aproximadament 150 vegades més que l’espai mitjà entre la Terra i la Lluna.

Per a les missions Apollo, el viatge entre cossos rocosos va durar uns 4 dies; Suposant que les velocitats siguin les mateixes, es necessiten 600 dies, o 1,5, per anar a Mart. curs.

El temps més llarg que algú passa a l’espai és de 438 dies. Valeri Polyakov Al vaixell rus Estació espacial Mir. Efectes a llarg termini de la vida en entorns de microgravetat estudiat a fons Al llarg dels anys, i malgrat les mesures preses per combatre la pèrdua de densitat òssia, els canvis de gens i el comportament cognitiu, no s’escapa del fet que les persones que passen a l’espai durant un any viatjant a Mart no estaran en un estat ideal per dur a terme missions a la superfície del planeta.

L’adaptació a la Terra després d’una missió espacial típica de sis mesos requereix mesos de rehabilitació

Val la pena tenir en compte que el viatge de 600 dies a través de l’espai s’ha de fer dues vegades (allà ve enrere), i durant aquest temps, els planetes continuen movent-se, de manera que Mart i la Terra són els més propers a tot arreu. a curs.

Així, la distància real recorreguda serà de més de 35 milions de milles i la tripulació ay A Mart, per permetre el temps perquè els planetes es realinquin a la distància mínima. El temps més llarg passat a la lluna 3 diesPer Eugene Cernan i Harrison Schmitt Apol·lo 17 missió.

Una solució òbvia a això és augmentar la velocitat del vaixell que porta la tripulació a Mart. Apol·lo 10 Actualment té el rècord de vehicle tripulat més ràpid i pics a poc menys de 39.900 km / h, i el viatge a Mart a aquesta velocitat només trigaria uns mesos. Tot i això, l’atracció gravitatòria de la Terra va ser la responsable, i els viatges a Mart no podran utilitzar aquest viatge gratuït.

El següent gran repte es refereix al primer: qualsevol persona a Mart haurà de resoldre gairebé qualsevol problema greu per si sol. El més ràpid que pot arribar cap senyal de ràdio al petit planeta (durant la separació mínima) és de poc més de 3 minuts, però pot trigar fins a 22 minuts, i això és només un camí.

Per tant, a diferència de les missions d’Apollo on el contacte amb un enginyer a la Terra no és mai més que d’uns quants segons, no hi ha possibilitat de xatejar una solució en temps real amb el ‘Googling’ o el control de la missió. Això vol dir que qualsevol problema mèdic i d’enginyeria que sorgeixi requerirà un especialista adequat per tractar-lo, però, i si aquest especialista cau malalt o és incompetent d’alguna manera?

Per tractar-ho, gairebé caldrà que la tripulació tingui coneixements i hàbils en diverses àrees, amb suport de manuals i documentació digitals. Els homes que volaven en missions Apollo van ser entrenats en tantes zones com sigui possible, però tenien l’avantatge d’estar a només un segon o dos de la NASA.

On i què més és possible?

Mart i la Lluna no són els únics objectius d’aquesta nova cursa espacial. Hi ha un bon turisme de moda passada, tot i que s’ha pogut comprar un bitllet per a un viatge a l’espai durant un temps.

L'abril de 2001, Dennis Tito va passar una setmana a l'Estació Espacial Internacional, pagant una quantitat de diners no revelada a l'Agència Espacial Federal Russa per entrenament, coet Soyuz i ISS, convertint-se en el primer turista espacial de la història. . Tot i que es desconeix l’import pagat, estimació reportada Ho va posar per 20 milions de dòlars.

Això és molt més enllà del que gairebé tothom consideraria, fins i tot com a "ben fet" per les normes mundials. No obstant això, no va poder impedir que algunes empreses conquerissin empreses d’aquest alt risc, sobretot les de Richard Branson Verge galàctica.

Malgrat el nom, el viatge previst és només un petit coqueteig amb la vora del camp. La nau espacialitzada amb materials compostos i impulsada per un coet de combustible líquid s’estavella des d’un avió de càrrega pesada a mida a una altitud de 15.000 peus i després alimenta la línia Kármán a 100 km.

La tripulació i els passatgers van estar micro- durant uns minutsg (és a dir, surant al voltant) abans de lliscar cap a la Terra.

Els preus inicials de les entrades del projecte es van fixar en 200.000 dòlars; Unes 300 persones havien reservat una plaça, tot i que va dir que passarien 3 anys fins que tot estigués a punt.

La iniciativa mai no va complir els seus objectius, sobretot a causa d’un revés el 2014, quan un vol de prova es va equivocar greument (que va matar un membre de la tripulació i va ferir greument un altre).

SpaceX i Blue Origin també estan interessats a portar a la gent a l’espai per a una explosió. rebre comandes de vols Amb el coet New Shephard per a un ràpid esclat a la línia Kármán.

La imatge superior mostra com l’artesania del drac de SpaceX va predir com seria l’interior de la càpsula de la tripulació: la naturalesa clínica i la quasi manca d’instrumentació reflecteixen el funcionament de l’embarcació i la naturalesa de la tripulació, cosa que significa que no cal volar ni tenir-hi cap control. El mateix passa amb la càpsula de Blue Origin (a sota):

Una mirada acurada de les dues imatges mostrarà com ha canviat l’elecció dels materials des dels temps d’Apolo. Panells metàl·lics freds, tots pintats de gris militar; en polímers compostos i fibra de carboni. Els seus costos de producció han caigut dràsticament durant la darrera dècada, cosa que els permet utilitzar-los de manera més liberal.

L’avantatge d’això és, per descomptat, l’estalvi de pes i, per cada lliura rapada de la nau espacial i del llançador, hauria d’entrar menys combustible a l’espai i tot el vol hauria de ser més barat i ràpid. Una excepció a això és la nau espacial de SpaceX, que s’espera que estigui feta principalment d’aliatges d’acer, tot i el pes important.

El motiu d'això és Starship molt Per a vaixells de creuers / creuers més grans i de mida que Dragon, utilitzar compostos de fibra de carboni per a tota la barca seria un augment inacceptable del cost del programa.

El turisme espacial està a punt de ser econòmic, però aquest terme només s’aplica als milionaris. Però en qualsevol altre lloc de l’espai, hi ha diners per guanyar en aquesta nova cursa, que es poden trobar en forma de grumolls massius de roca, metall i gel que orbiten al voltant del Sol. asteroides.

En realitat, són restes dels primers dies del nostre sistema solar: trossos de matèria que no es combinaven amb la resta per formar planetes. Tenen totes les formes i mides; alguns tenen la mida d'un planeta petit (per exemple, Ceres), però la majoria no són prou grans per mantenir-se units sota la seva pròpia gravetat.

Un d’aquests exemples és un asteroide carbonaci anomenat 101955 Bennu. Res d’especial en comparació amb els milions especials d’asteroides aquí, però només orbita al voltant del Sol raonablement a prop de la Terra; també té aproximadament 488 m de diàmetre, similar a la densitat mitjana de l'aigua.

Per aquests dos motius, la NASA, fa 3 anys, OSIRIS-REx. Els objectius de la missió eren senzills: anar als asteroides, posar la sonda en òrbita al seu voltant, recollir una mostra de l’asteroide i enviar el material a la Terra per a la seva anàlisi.

La proximitat de l'asteroide a nosaltres significava que es podia arribar relativament ràpidament i la seva petita mida assegurava que la presa d'una mostra no requeriria l'ús d'un aterratge o un trepant. Està previst que els fragments recollits entrin en contacte amb la Terra el desembre de 2023 i els científics podran examinar materials més antics que el nostre planeta.

Llavors, quina és exactament l’oportunitat d’aquest treball? La missió OSIRIS-REx és un dels primers passos per convertir-se en una realitat comercial per als asteroides miners, molts dels quals se sap que són rics en metalls.

Hi ha importants obstacles financers i tecnològics per superar; El primer d’ells requereix que els vols espacials siguin molt més econòmics que ara, i és aquí on entren en joc empreses com SpaceX i Blue Origin amb els seus sistemes de llançament reutilitzables.

Certament, dècades, potser centenars d’anys, estem lluny de veure el lloc de la Terra com a asteroides com la font de tots els metalls i minerals rars, però tingueu en compte que el primer vol potent de la humanitat es va produir a principis del segle XX. . Va trigar menys de 7 anys a passar del vol de 12 segons d'Orville Wright als llibres d'història per conduir cotxes elèctrics ve jugar al golf Ai'da.

Què ha de fer aquesta cursa espacial?

Aquesta nova cursa espacial és diferent de l’anterior. No hi ha urgència i finançament de la guerra freda de la superpotència. Les promeses de tornar a la Lluna o enviar humans a Mart tampoc no són noves, de manera que no es poden utilitzar com a motiu de la raça actual.

I, tanmateix, allà is És una cursa. Però no és una velocitat esbojarrada; això s’assembla més a una marató i els seus rivals estan desbordats per l’ambició i hi ha pocs diners al darrere. Això es deu al fet que hi ha incentius financers clars: els llançaments de coets són cada vegada més assequibles i hi ha milers de persones i empreses disposades a invertir en empreses espacials.

On estimat Només als Estats Units, hi ha vint vegades més milionaris que als anys seixanta, i si bé aquest creixement de la riquesa individual es va deure en part a la disminució del valor del dòlar, la globalització i la difusió del capitalisme també van tenir un paper important. Quan la idea de ser un turista espacial no és més que un vol de fantasia, l’oportunitat de convertir-se en astronauta privat ara és real.

El programa Apollo ha ajudat a produir tantes noves tecnologies que encara sentim els beneficis 50 anys després. Tornarà a fer el mateix aquesta nova carrera espacial; Els ordinadors i materials del futur proper estan disponibles per a Musk, Bezos, et al? Probablement no. Malgrat tots els fons que reben SpaceX i Blue Origin, segueixen obligats als mateixos límits. Vol espacial i exploració humana d'altres mons a calcular; recursos no pot ser desaprofitat A l'apogeu d'Apol·lo, no hi havia aquesta restricció, i va volar cap a una progressió i desenvolupament de Saturn V que probablement no tornarem a veure mai més.

Aquesta nova cursa ha començat, la línia de sortida ara només és un record. Però la Lluna encara espera que la gent nova faci els seus propis petits passos i gegants, i Mart ha d’esperar encara més. Esperaran com sempre i, un dia, d’aquí a 5 o 50 anys, una nova generació observarà aquests aterratges i somiarà amb córrer a les seves carreres.