Освоение космоса — одна из ключевых задач XXI века. Российские учёные и инженеры разрабатывают уникальные технологии и вносят весомый вклад в это важное дело. В этой статье мы расскажем о десяти самых перспективных российских разработках, которые могут изменить будущее космонавтики.
В XXI веке космос становится всё более важной частью нашей жизни: спутники связи, навигации, метеорологического наблюдения — всё это уже стало настолько привычным, что сложно себе представить жизнь без них.
Но мы не ограничиваемся ближним космосом — нас манят далёкие планеты и звёзды, а для их освоения нужны новые технологии, и Россия уже сегодня работает над их созданием.
Наши инженеры и учёные активно патентуют свои разработки: Роспатент проанализировал более 1200 заявок и составил своего рода топ самых перспективных технологий для освоения космоса. Какие же разработки смогут изменить будущее космонавтики?
Астероидная угроза
Начнём с чего-нибудь эпичного, а именно с защиты нашей планеты от непрошеных гостей из космоса. Допустим, на землю летит огромный камень, который хочет нам устроить новый ледниковый период. И что делать в столь непростой ситуации? Звонить Брюсу Уиллису?
Человечество ждёт гибель: угроза астероидов
Теперь у Военной академии Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого есть план — там разработали систему, которая может изменить траекторию опасного астероида (или чего-нибудь ещё).
Работает это так: космический аппарат сканирует пространство, ищет опасность, а затем выпускает специальный модуль, который сближается с астероидом, захватывает его, уводит своими двигателями в сторону и меняет ему курс. Шах и мат, Апокалипсис!
ferra.ru
Дрон-почтальон
Интернет и мобильная связь — наши верные помощники не только на Земле, но и в космосе (ну, почти!).
Как работает интернет в космосе и что такое «Луч»
А ещё в последнее время повсюду активно используются дроны — космос тоже не остаётся в стороне. Московская компания «Лоретт» запатентовала мобильный комплекс для приёма данных из космоса, где ключевую роль играет именно дрон.
Система состоит из параболического зеркала, которое установлено на земле или подвижной платформе, и облучателя. Дрон с облучателем перемещается в нужное место и обеспечивает высокое качество передачи данных.
Главное преимущество этой разработки — отсутствие необходимости в настройке положения самого зеркала, поскольку облучатель не связан с ним механически.
Кто знает, а вдруг в скором времени через космос можно будет отправлять и обычные посылки?
Блок-схема работы мобильного комплекса. 1 — параболическое зеркало; 2 — поверхность Земли; 3 — космический объект; 4 — фокальная плоскость; 5 — дрон; 6 — облучатель; 7 — узел позиционирования; 8 — датчик угла горизонта; 9 — узел координации; 10 — ЭВМ
Лоретт
Космический пылесос
А если нам нужно добыть не посылку из космоса, а нечто гораздо более ценное — например, частички внеземной пыли?
Вот и Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина озадачился подобным вопросом и запатентовал удивительный аппарат, который бороздит космические просторы и собирает наноразмерные объекты внеземного происхождения.
Он состоит из двух цилиндрических модулей и оснащён гибкой лентой с микроконтейнерами. Работает аппарат так: лента из подложки разматывается и собирает частицы пыли, используя электромагнитное поле. С помощью этой же подложки питается и сам космический аппарат — там расположились солнечные элементы.
Схема бинарного космического аппарата для поиска и сбора внеземных низкотемпературных нанообъектов с магнитными свойствами в окрестностях точек либрации планет, входящих в Солнечную систему
Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина
Микроконтейнеры тоже не простые: в них находятся микрогранулы термопластичного клея с наночастицами, которые активируются высокочастотным электромагнитным полем, что позволяет надёжно изолировать собранные образцы и сохранить их в условиях низких температур до момента доставки на Землю (или на космическую лабораторию, чтобы лишний раз не загрязнять).
Может быть именно в таких частицах и кроется ответ на вопрос, одни ли мы во Вселенной?
Космический ретранслятор
В наше время даже в глухой деревне можно позалипать в интернете, но что делать, если вы на орбите Марса, а вам срочно нужно связаться с Землей? На помощь приходит спутник-ретранслятор, разработанный РКК «Энергия» имени С.П. Королёва.
ferra.ru
И чем же он отличается от кучи других? Ну, по заявлениям разработчиков, он может обеспечить бесперебойную связь между космическими аппаратами. Секрет кроется в новой архитектуре коммутатора.
Инженеры улучшили специальные устройства, которые отвечают за распределение сигналов: добавили блок мультиплексоров и изменили структуру коммутационного блока, который стал более отказоустойчивым. Кроме того, новая система использует шифратор для защиты служебной информации (но это база).
Такая конструкция не только упрощает настройку спутника, но и позволяет быстро устранять неисправности — отсюда и бесперебойность связи.
Роботы-строители
Строить в космосе сложно, дорого и опасно, но что, если доверить это дело роботам? Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики разработал робота, который может собирать всякое прямо на орбите.
В чем же изюминка? Во-первых, в специальных захватах и фитингах (соединительных элементах), которые обеспечивают высокую точность стыковки.
Общий вид захвата
ЦНИИ РТК
А во-вторых, вся система адаптирована для работы с роботами: это делает процесс сборки автоматическим и исключает человеческий фактор.
Поэтому теперь можно создавать прямо-таки крупногабаритные конструкции в космосе — от мощных телескопов до элементов будущих орбитальных станций.
Термостойкие материалы
Строить в космосе — дело непростое: материалы должны выдерживать колоссальные перепады температур, радиацию и другие прелести открытого космоса. ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина разработало уникальный термостойкий материал, который не боится ни жары, ни холода.
Секрет прочности материала — в особой технологии его изготовления: кварцевая ткань пропитывается составом на основе связующего и порошка электрокорунда, а затем подвергается многоступенчатой термообработке при разных температурах и с использованием кремнийорганической смолы.
ferra.ru
В итоге получается лёгкий и прочный материал, который способен выдерживать температуры от -60°C до +800°C — идеально для антенн, радаров и другого оборудования.
Микроволновка для ракеты
Скорость — ключевой фактор в освоении космоса. Ракете нужна мощная реактивная тяга, а для этого нужно разогнать топливо до огромных скоростей, и чем она выше, тем дальше и быстрее мы сможем путешествовать.
Вот и учёные из Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде разработали инновационный способ создания реактивной тяги для космических аппаратов, который основан на принципе безэлектродной плазменной магнитогидродинамики. Звучит сложно? Сейчас объясним!
Суть в том, чтобы использовать микроволновое излучение для нагрева топлива — в данном случае водорода — до состояния плазмы. Это, конечно, сложнее бытовой микроволновки, но принцип тот же.
mai.ru
Чтобы плазма не распылилась, её удерживает магнитное поле, а для разгона используется эффект электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) — нужно «толкнуть» электроны плазмы в резонанс с магнитным полем с помощью микроволн.
Далее в дело вступает хитро спроектированное магнитное сопло, которое устроено таким образом, что при прохождении через него плазма адиабатически (без теплообмена с окружающей средой) расширяется, и энергия электронов «перекачивается» в продольное движение.
В результате скорость истечения плазмы значительно возрастает, что и создаёт мощную реактивную тягу.
Так двигатели можно делать не только проще, но и эффективнее, ведь скорость истечения плазмы значительно выше, чем у обычного топлива в химических двигателях.
Не совсем ядерный двигатель
Двигатели на химическом топливе — вчерашний день. Будущее космических путешествий за ядерной энергией (особенно, если вы хотите отправится в дальний космос).
Нужны мощные и, главное, компактные источники энергии. Вот инженеры из Центра Келдыша и разработали усовершенствованную ядерную энергодвигательную установку (ЯЭДУ), которая идеально подходит для этой цели.
ЯЭДУ иногда путают с ядерным ракетным двигателем (ЯРД). Однако, если ЯРД использует ядерную энергию напрямую для нагрева, выброса рабочего тела и создания тяги, то ЯЭДУ работает иначе. Она подобна электростанции на борту космического корабля: её задача — вырабатывать электроэнергию, которая питает более экономичный и долговечный электроракетный двигатель (например, плазменный или ионный).
Двигательная установка может работать годами и обеспечивать космическому аппарату постоянное ускорение. Главная особенность новой ЯЭДУ — уникальная конструкция холодильника-излучателя, который отводит излишки тепла от реактора в космос.
Он представляет собой набор специальных излучателей — петлеобразных трубок с рёбрами, которые объединены в пространственную структуру. Горячий теплоноситель циркулирует по этим трубкам, а рёбра эффективно излучают тепло в окружающее пространство.
С помощью такой конструкции инженеры сумели сделать установку компактной и лёгкой и сохранить её мощность, ведь в космосе каждый грамм и сантиметр на счёту.
Конструкция ЯЭДУ
АО ГНЦ «Центр Келдыша» Макет ЯЭДУ на выставке Россия
Wikimedia Commons
Витамины для космонавтов
Итак, если мы летим в глубокий космос, то это будет очень долго, а даже сейчас в экспедициях на орбиту Земли космонавтам нужно правильно питаться.
Одна из проблем — низкая антиоксидантная активность обычных продуктов (которые готовятся традиционными способами): в них недостаточно витаминов и минералов.
В экстремальных условиях необходимо, чтобы в еде были и микроэлементы, и витамины, и вот это вот всё. Именно такой продукт разработали в Амурском государственном университете, где запатентовали оригинальный способ приготовления питательной и полезной молочно-ореховой суспензии.
Секрет в тщательно подобранных ингредиентах и особой технологии приготовления: кедровые орехи сначала измельчают в молоке с низким содержанием жира, а затем проводят термокислотную коагуляцию — специальный способ обработки, при котором белки сворачиваются из-за раствора аскорбиновой кислоты и температуры.
В результате получается «смузи», который содержит очень много всего полезного, легко усваивается и помогает поддерживать иммунитет в космосе.
ferra.ru
И кстати, такая вкусняшка не только поможет космонавтам, но и на Земле пригодится — например, в рационе военных, которые работают в экстремальных условиях.
Помощь для мышц
Космос космосом, а о физической форме забывать нельзя: в невесомости мышцы слабеют, и космонавты после полёта рискуют вернуться на Землю в виде желе.
ferra.ru Уцелевших органов не останется: почему в космонавты берут только с супер-здоровьем
Но Институт медико-биологических проблем РАН нашёл решение: они разработали препарат, который помогает космонавтам сохранять мышечную массу даже после длительного пребывания в невесомости.
Препарат CDN1163 активирует определённые рецепторы в мышечных клетках, которые отвечают за сокращение и расслабление мышц. Он балансирует синтез и расход энергии. Эксперименты на животных показали, что инъекции CDN1163 на фоне функциональной разгрузки (то есть в условиях, которые имитируют невесомость) помогают предотвратить атрофию мышц, сохранить их силу и выносливость.
Возможно, в будущем космонавты смогут сохранять отличную физическую форму даже во время долгих космических полётов.
ferra.ru
Итак, это лишь небольшая часть того, над чем работают наши учёные и инженеры, но путь научного прогресса непрост: многие перспективные разработки могут так и остаться на бумаге или в виде опытных образцов.
Но даже если хотя бы одно из этих изобретений станет реальностью, то возможно, оно сможет перевернуть наше представление о космосе и открыть путь туда, дальше. Тот же ЯЭДУ и ядерный буксир «Зевс» — ну очень ждём. Всё-таки приоритетный проект Роскосмоса, как-никак.
Зачем России ядерный буксир?
Кто знает, может быть, именно эти технологии станут основой будущих межпланетных экспедиций и помогут нам ответить на вечные вопросы о месте человечества во Вселенной.
