Berurusan dengan gravitasi dalam peluncuran luar angkasa bukanlah tugas yang mudah. Roket konvensional sangat mahal, menghasilkan banyak puing dan, dalam praktiknya, sangat berbahaya. Untungnya, sains tidak berhenti, dan semakin banyak cara alternatif muncul yang menjanjikan kita cara yang lebih efisien, lebih murah, dan lebih aman untuk menaklukkan luar angkasa. Hari ini kita akan berbicara tentang bagaimana umat manusia akan terbang ke luar angkasa di masa depan.
Tetapi sebelum Anda mulai, perlu ditunjukkan bahwa mesin jet kimia (CRM), yang sekarang digunakan sebagai dasar untuk semua peluncuran luar angkasa, adalah alat penting untuk pengembangan sektor luar angkasa, sehingga penggunaannya akan terus berlanjut selama lebih dari selusin tahun hingga ada. menemukan dan, yang paling penting, berulang kali menguji teknologi yang mampu memberikan transisi tanpa rasa sakit ke tingkat peluncuran dan penerbangan luar angkasa yang secara fundamental baru.
Tapi sekarang, ketika biaya peluncuran bisa mencapai beberapa ratus juta dolar, jelas bahwa HRD adalah jalan buntu. Ambil Sistem Peluncuran Luar Angkasa terbaru sebagai contoh. Sistem inilah yang dianggap oleh badan kedirgantaraan NASA sebagai dasar untuk eksplorasi luar angkasa yang dalam. Para ahli telah menghitung bahwa biaya satu peluncuran SLS akan menjadi sekitar $ 500 juta. Sekarang, karena ruang angkasa tidak hanya menjadi urusan negara tetapi juga urusan perusahaan swasta, alternatif yang lebih murah mulai ditawarkan. Misalnya, SpaceX's Falcon Heavy akan menelan biaya sekitar $ 83 juta untuk diluncurkan. Tapi itu masih sangat, sangat mahal. Dan kami belum menyentuh masalah ramah lingkungan dari peluncuran luar angkasa berdasarkan CRD, yang, tanpa diragukan, menyebabkan kerusakan yang signifikan terhadap lingkungan.
Kabar baiknya adalah para ilmuwan dan insinyur sudah mengusulkan cara dan metode alternatif peluncuran luar angkasa, dan beberapa di antaranya memang berpotensi menjadi teknologi yang efektif selama beberapa dekade mendatang. Semua alternatif ini dapat diringkas dalam beberapa kategori: jenis alternatif peluncuran jet, sistem transportasi stasioner dan dinamis, dan sistem ejeksi. Tentu saja, mereka tidak menyatukan semua ide yang diusulkan, tetapi dalam artikel ini kita akan menganalisis ide yang paling menjanjikan.
Jenis peluncuran jet alternatif
Dorongan jet laser
Pengalihan aliran plasma untuk meningkatkan daya dorong
Video promosi:
Rudal yang digunakan saat ini membutuhkan propelan padat atau cair dalam jumlah besar, dan seringkali jangkauan dan efektivitasnya dibatasi oleh seberapa banyak bahan bakar yang dapat mereka bawa. Namun, ada opsi yang akan mengatasi keterbatasan ini di masa mendatang. Solusinya mungkin instalasi laser khusus yang akan mengirim roket ke luar angkasa.
Fisikawan Rusia Yuri Rezunkov dari Institut Pengembangan Instrumen Optoelektronik dan Alexander Schmidt dari Institut Fisikoteknik Ioffe baru-baru ini menggambarkan proses "ablasi laser", yang menurutnya daya dorong pesawat akan dihasilkan menggunakan radiasi laser yang dihasilkan oleh perangkat laser di luar pesawat ruang angkasa. Akibat paparan radiasi ini, material permukaan penerima akan terbakar dan aliran plasma akan dibuat. Aliran ini akan memberikan daya dorong yang diperlukan yang mampu mempercepat pesawat ruang angkasa dengan kecepatan puluhan kali lebih besar dari kecepatan suara.
Jika kita menghilangkan semua sifat fantastis dari metode ini, sebelum membuat sistem seperti itu, perlu untuk menyelesaikan dua masalah: laser dalam kasus ini harus sangat kuat. Begitu kuatnya sehingga dapat menguapkan logam dalam jarak beberapa ratus kilometer. Karenanya masalah lain - laser ini dapat digunakan sebagai senjata untuk menghancurkan pesawat ruang angkasa lain.
Peluncuran stratosfer dan pesawat luar angkasa
Kurang konseptual dan lebih realistis tampaknya menjadi metode peluncuran pesawat ruang angkasa dengan bantuan traktor udara pembawa beban khusus yang kuat.
Siapa bilang metode Virgin Galactic hanya bisa digunakan untuk wisata luar angkasa? Perusahaan berencana menggunakan perangkat LauncherOne sebagai sistem transportasi untuk meluncurkan satelit kompak yang beratnya mencapai 100 kilogram ke orbit Bumi. Mempertimbangkan kecepatan miniaturisasi sistem antariksa sekarang, idenya sangat menarik.
Contoh lain dari sistem peluncuran adalah pesawat ruang angkasa XCOR Aerospace Lynx Mark III (gambar di atas) dan pesawat ruang angkasa Orbital Sciences Pegasus II (gambar di bawah).
Salah satu keuntungan peluncuran luar angkasa dari wilayah udara adalah roket tidak harus bergerak melalui atmosfer yang sangat padat. Akibatnya beban pada perangkat itu sendiri akan berkurang. Selain itu, pesawat jauh lebih mudah untuk dinyalakan. Itu kurang rentan terhadap perubahan cuaca atmosfer. Pada akhirnya, fitur peluncuran tersebut membuka lebih banyak kemungkinan dalam hal skala yang dapat dipilih.
Pesawat luar angkasa adalah pilihan lain. Pesawat yang dapat digunakan kembali ini akan mirip dengan pesawat ulang-alik pensiunan dan Buran, tetapi tidak seperti yang terakhir, mereka tidak memerlukan penggunaan kendaraan peluncur besar untuk diluncurkan ke orbit. Salah satu proyek paling menjanjikan dan maju dalam hal ini adalah pesawat luar angkasa British Skylon (gambar di atas) - pesawat satu tahap untuk memasuki orbit. Daya dorong jet pesawat ruang angkasa akan dihasilkan oleh dua mesin jet udara, yang akan mempercepatnya hingga 5 kali lebih tinggi dari kecepatan suara dan mengangkatnya ke ketinggian hampir 30 kilometer. Namun, ini hanya 20 persen dari kecepatan dan ketinggian yang dibutuhkan untuk berjalan di luar angkasa, sehingga pesawat ruang angkasa akan beralih ke apa yang disebut "mode roket" setelah mencapai ketinggian langit-langit.
Sayangnya, masih banyak kendala teknologi dalam perjalanan menuju implementasi proyek ini yang belum terselesaikan. Misalnya, pesawat ruang angkasa diperkirakan akan menghadapi perubahan lintasan pendakian yang tidak direncanakan karena tekanan dinamis tinggi dan suhu ekstrem yang pasti akan mempengaruhi bagian paling sensitif dari pesawat. Dengan kata lain, pesawat luar angkasa semacam itu bisa berbahaya.
Contoh lain dari pesawat luar angkasa yang sedang dikembangkan adalah Dream Chaser, yang dikembangkan oleh Sierra Nevada Corporation untuk badan kedirgantaraan NASA (gambar di atas).
Sistem transportasi stasioner dan dinamis
Jika bukan mesin terbang, maka bangunan besar yang menjulang tinggi atau bahkan langsung ke luar angkasa adalah solusinya.
Misalnya, Geoffrey Landis, seorang ilmuwan dan penulis fiksi ilmiah, mengajukan gagasan untuk membangun menara raksasa yang puncaknya akan mencapai batas atmosfer bumi. Terletak sekitar 100 kilometer di atas permukaan bumi, itu dapat digunakan sebagai platform peluncuran roket konvensional. Pada ketinggian ini, roket praktis tidak harus menghadapi dampak apa pun dari atmosfer bumi.
Pilihan konstruksi lain yang menarik perhatian banyak perwakilan komunitas ilmiah dan pseudo-ilmiah adalah lift ruang angkasa. Sebenarnya, ide ini sudah ada sejak abad ke-19. Versi modern mengusulkan untuk meregangkan kabel tugas berat ke ketinggian 35.400 (yang berada di luar lokasi sebagian besar satelit komunikasi) kilometer di atas permukaan bumi. Setelah melakukan semua penyeimbangan yang diperlukan pada kabel, diusulkan untuk memulai kendaraan pengangkut yang beroperasi pada traksi laser dengan beban.
Ilustrasi lift luar angkasa di Mars
Ide elevator antariksa memang berpotensi menciptakan revolusi nyata dalam transportasi antariksa ke orbit dekat bumi. Tetapi akan sangat sulit untuk menerjemahkan ide ini ke dalam kehidupan nyata. Diperlukan waktu lama sebelum para ilmuwan menciptakan bahan yang dapat menopang bobot struktur seperti itu. Pilihan yang sedang dipertimbangkan sekarang adalah tabung nano karbon, atau lebih tepatnya struktur yang didasarkan pada interlacements berlian mikroskopis dengan serat nano ultra-tipis. Tetapi bahkan jika kita menemukan cara untuk membangun elevator luar angkasa, itu tidak akan menyelesaikan semua masalah. Getaran berbahaya, getaran intens, tabrakan dengan satelit dan puing-puing ruang hanyalah beberapa tugas yang harus ditangani.
Alternatif lain yang diusulkan adalah "roda gila orbital" raksasa. Roda gila adalah satelit yang berputar dengan kabel panjang yang menyimpang ke dua arah berbeda, yang ujungnya akan menghubungi atmosfer planet selama rotasi. Dalam hal ini, kecepatan rotasi struktur akan mengimbangi sebagian atau seluruhnya kecepatan orbital.
Portal Lengan Orion menjelaskan cara kerjanya:
“Di bagian bawah kabel, yang terletak di dekat planet seukuran Bumi, akan ada docking platform di ketinggian 100-300 kilometer di atas permukaan (sedangkan panjang kabel dari pusat flywheel beberapa ribu kilometer). Ketinggian ini dipilih karena di sini pengaruh atmosfer pada “flywheel” itu sendiri akan diminimalkan, begitu pula kerugian gravitasi dari angkutan docking akan diminimalkan. Docking akan terjadi pada kecepatan yang sangat rendah baik dari flywheel itu sendiri maupun pada docking shuttle, biasanya pada puncak lintasan suborbital parabola yang ditetapkan oleh kendaraan peluncur. Dalam hal ini, pesawat ulang-alik akan relatif tidak bergerak relatif terhadap "flywheel" dan dapat ditangkap dengan kait khusus, lalu ditarik ke kunci dok atau platform pendaratan. Untuk penentuan posisi yang benar di orbit, "roda gila" akan menggunakan pendorong."
Karena flywheel akan ditempatkan seluruhnya di luar angkasa, tidak berlabuh ke Bumi, mereka tidak harus mengalami tekanan fisik yang sama dengan elevator ruang angkasa, sehingga ide ini pada akhirnya terbukti lebih layak.
Dalam hal struktur dinamis, Popular Mechanics menjelaskan setidaknya dua opsi utama:
“Struktur seperti“air mancur luar angkasa”dan“Lofstrom's loop”akan mempertahankan integritas strukturalnya karena efek elektrodinamik atau impuls yang bergerak di dalamnya, serta kargo dan penumpang yang masuk ke orbit. Rotovator sepertinya merupakan konsep yang lebih menarik. Ide ini mengusulkan konstruksi struktur orbital besar dengan tambatan yang berputar pada bidang orbit sehingga pada titik lingkaran yang paling dekat dengan Bumi, kecepatan ujung tambatan relatif ke pusat berlawanan dengan kecepatan orbital. Dengan demikian, kabel, melewati minimum, dapat mengambil objek yang diinginkan, yang memiliki kecepatan lebih rendah dari kosmik pertama, dan melepaskannya pada titik jarak maksimum dengan kecepatan yang sudah lebih besar dari yang pertama”.
Ini akan terlihat seperti "gif"
Alternatif lain untuk kabel dan lift ruang angkasa adalah menara tiup vertikal yang dapat tumbuh setinggi 20-200 kilometer. Desain yang diusulkan oleh Brendan Quinn dan rekan-rekannya akan didirikan di atas gunung dan sempurna untuk penelitian atmosfer, pemasangan peralatan komunikasi radio dan televisi, peluncuran pesawat ruang angkasa, dan pariwisata. Menara itu sendiri akan dibuat atas dasar beberapa bagian geser yang dikendalikan secara eksternal pneumatik.
“Memilih menara akan membantu menghindari masalah yang terkait dengan elevator luar angkasa. Ini tentang kekuatan bahan bangunan yang cocok untuk bekerja di luar angkasa, kesulitan membuat kabel setidaknya sepanjang 50.000 kilometer, dan mengatasi ancaman meteorit di orbit rendah Bumi,”kata para peneliti yang mengusulkan desain menara.
Untuk menguji idenya, mereka membangun model menara setinggi 7 meter dengan enam modul, yang masing-masing didasarkan pada tiga tabung yang dipasang di sekitar ruang silinder berisi udara.
Menariknya, teknologi serupa dapat digunakan dalam pembangunan "dermaga luar angkasa" yang diusulkan oleh John Storrs Hall. Menurut konsep ini, diusulkan untuk mendirikan bangunan setinggi 100 kilometer dan panjang 300 kilometer. Dengan penyetelan ini, elevator akan langsung bergerak menuju titik peluncuran. Peluncuran muatan ke orbit akan terjadi dengan percepatan hanya 10g.
“Opsi hibrida ini mengabaikan kerugian dari opsi yang diusulkan dengan menara orbit (ukuran dermaga jauh lebih kecil, oleh karena itu, lebih mudah untuk membangunnya) dan kesulitan yang harus dihadapi dengan peluncuran elektromagnetik (kepadatan dan hambatan udara pada ketinggian 100 kilometer adalah satu juta kali lebih kecil daripada di tingkat laut),”kata Hall.
Sistem ketapel
Jika semua ide yang diusulkan untuk pembaca rata-rata mungkin tampak sepenuhnya fiksi ilmiah, maka yang berikut ini lebih mendekati kenyataan daripada yang terlihat pada pandangan pertama. Alternatif lain untuk peluncuran roket adalah sistem ketapel, di mana pesawat ruang angkasa akan diluncurkan ke luar angkasa seperti meriam.
Sangat jelas bahwa dalam kasus ini beban itu sendiri harus dirancang untuk pengaruh gaya ekstrim. Namun, sistem ketapel bisa menjadi alat yang sangat efektif untuk mengirim muatan ke luar angkasa, di mana ia akan diambil oleh pesawat luar angkasa yang berada di sana.
Sistem ketapel dapat dibagi menjadi tiga jenis utama: listrik, kimia, dan mekanis.
Listrik
Jenis ini termasuk railgun, atau ketapel elektromagnetik, yang beroperasi berdasarkan prinsip akselerator elektromagnetik. Selama peluncuran, pesawat ruang angkasa akan ditempatkan pada rel pemandu khusus dan dipercepat dengan tajam menggunakan medan magnet. Dalam hal ini, gaya percepatan akan cukup untuk mengeluarkan perangkat dari atmosfer bumi.
Namun, fitur desain dari sistem semacam itu akan membuatnya sangat masif dan mahal untuk dibangun. Selain itu, sistem seperti itu akan menghabiskan banyak listrik. Terlepas dari kekuatannya, ketapel elektromagnetik masih harus menghadapi beberapa masalah yang terkait dengan gravitasi dan kepadatan atmosfer bumi. Jika digunakan, kemungkinan besar akan terjadi di planet dengan gravitasi lebih rendah dan atmosfer yang dijernihkan.
Bahan kimia
Ia mengusulkan untuk meluncurkan objek ke luar angkasa menggunakan senjata besar yang dipicu oleh gas yang mudah terbakar seperti hidrogen. Namun, seperti halnya sistem ejeksi, kargo yang dikirim ke luar angkasa harus mengalami peningkatan beban selama peluncuran. Selain itu, sistem semacam itu tidak dapat digunakan untuk mengirim orang ke luar angkasa. Selain itu, peralatan tambahan harus digunakan yang memungkinkan peluncuran kargo, seperti satelit kompak, ke orbit permanen. Jika tidak, objek yang diluncurkan, setelah mencapai ketinggian maksimum, akan jatuh kembali ke Bumi.
Proyek HARP (Proyek Penelitian Ketinggian Tinggi). Meriam ini menembakkan proyektil roket Martlet-2 ke ketinggian 180 kilometer. Rekornya masih dipegang
Perkembangan logis dari proyek HARP adalah proyek SHARP (Proyek Penelitian Ketinggian Super Tinggi). Pada 90-an abad terakhir, para peneliti dari Lawrence Livermore Lab melakukan demonstrasi peluncuran proyektil dengan kecepatan 3 kilometer per detik (meskipun tidak dalam ketinggian, tetapi di tanah). Pada akhirnya, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa pembuatan sampel kerja nyata dari senjata semacam itu akan membutuhkan setidaknya $ 1 miliar. Gambaran itu juga diperkuat oleh fakta bahwa para ilmuwan gagal mencapai kecepatan proyektil yang direncanakan yaitu 7 kilometer per detik.
Mekanis
Senjata mekanis dapat berfungsi sebagai alternatif dari senjata elektromagnetik dan kimia. Benar, tidak sepenuhnya benar menyebut senjata sistem seperti itu. Sebaliknya, itu semacam ketapel. Contohnya adalah proyek Slingatron HyperV Technologies Corp. Sistem itu sendiri adalah struktur berongga spiral di dalamnya. Sebuah benda yang ditempatkan di dalam spiral dipercepat dengan memutar seluruh struktur di sekitar titik tetap.
Secara teori, slingatron mampu memberikan akselerasi yang diperlukan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh pengembang sendiri, sistem ini tidak cocok untuk meluncurkan orang dan muatan besar ke orbit. Tetapi metode ini dapat digunakan untuk mengirim muatan kecil ke luar angkasa, seperti pasokan air, bahan bakar, dan bahan bangunan.
Tampilan slingatron ukuran penuh akan terlihat seperti ini
Akan seperti apa masa depan sebenarnya?
Sangat sulit untuk memprediksi apa jawaban atas pertanyaan ini nantinya. Penemuan teknologi tak terduga dan efek yang diciptakan oleh mereka dapat mengarah pada fakta bahwa semua opsi untuk peluncuran luar angkasa tanpa roket yang dipertimbangkan hari ini akan menjadi setara dengan efisiensi. Sekarang bukan ini masalahnya, seperti yang dapat dilihat setidaknya dari tabel perbandingan di sini.
Ambil contoh potensi teknologi perakitan molekul. Begitu kita menguasai area ini, kita tidak perlu lagi meluncurkan apapun ke luar angkasa. Kami hanya akan menangkap asteroid di tata surya dan membuatnya (atau lebih tepatnya bahan berguna yang terkandung di dalamnya) apa pun yang kami inginkan di luar angkasa. Hal yang paling menarik adalah kemajuan ke arah ini sudah terlihat saat ini. Misalnya, astronot NASA Barry Wilmore pernah membutuhkan kunci pas yang dapat disesuaikan. Tampaknya, apa masalahnya - pergi ke toko perkakas terdekat? Hanya toko perkakas terdekat pada saat itu tidak berada di sebelah Wilmore, karena astronot itu berada di dalam Stasiun Luar Angkasa Internasional!NASA keluar dari situasi itu dengan anggun - ia mengirim email ke ISS diagram kunci yang diperlukan dan menawarkan Wilmore untuk mencetaknya sendiri pada printer 3D di pesawat. Ini hanyalah satu contoh yang menunjukkan bahwa dalam waktu yang relatif singkat kita tidak perlu meluncurkan apapun ke luar angkasa sama sekali. Semuanya akan dibuat sudah di tempatnya.
Adapun sumber daya yang diperlukan, maka ini juga akan berhenti menjadi masalah. Sabuk asteroid penuh dengan bahan yang diperlukan: volumenya hampir setengah massa Bulan kita. Suatu hari nanti kita akan sampai pada kesimpulan bahwa segerombolan pesawat luar angkasa mirip "Philae" akan mendarat di asteroid atau meteorit berikutnya dan menghasilkan sumber daya mineral di atasnya. NASA ingin melakukan misi serupa yang pertama pada tahun 2020. Direncanakan untuk menangkap asteroid kecil, menempatkannya di orbit bulan yang stabil, dan di sana untuk mendaratkan astronot di atasnya, yang dapat mempelajari batu bulat luar angkasa dan bahkan mengumpulkan sampel tanah yang menarik.
Membawa orang ke luar angkasa adalah masalah yang berbeda, terutama jika Anda mempertimbangkan bahwa di masa depan ada rencana untuk pindah ke pengiriman massal ke luar angkasa. Beberapa ide yang diusulkan, seperti lift ruang angkasa, mungkin benar-benar berhasil. Tetapi hanya jika kita tidak berbicara tentang penaklukan ruang angkasa. Oleh karena itu, dalam hal ini kita harus bergantung pada peluncuran roket tradisional untuk waktu yang lama. Ide-ide mereka sudah disuarakan baik di tingkat negara bagian maupun di ranah pribadi. Ambil kembali Elon Musk yang sama dengan proyek kolonisasi Mars-nya.
Kita juga harus memperhitungkan fakta bahwa tubuh manusia tidak dirancang untuk waktu yang lama di luar angkasa. Oleh karena itu, sampai kita sampai pada teknologi efektif yang memungkinkan terciptanya gravitasi buatan, robot dapat menjadi solusi parsial untuk masalah ini. Robot dapat dikirim ke luar angkasa dan dikendalikan dari jarak jauh dari Earth menggunakan augmented reality atau virtual reality.
Robot memiliki peluang nyata untuk menjadi kunci untuk memulai eksplorasi luar angkasa kita yang dalam. Sangat mungkin bahwa di masa depan yang lebih jauh kita akan belajar bagaimana mendigitalkan otak kita dan mengirimkan informasi ini ke superkomputer di stasiun ruang angkasa yang jauh, di mana informasi itu akan dimuat ke dalam semua jenis avatar robotik, yang dengannya kita akan membuka jalan kita ke perbatasan ruang angkasa yang jauh.
NIKOLAY KHIZHNYAK
