Wynalazki, patenty, inżynieria, druk 3d, prawo patentowe

Statek kosmiczny, dzięki któremu zdobędziemy kosmos

Statek kosmiczny, dzięki któremu zdobędziemy kosmos

0

Statek kosmiczny, dzięki któremu zdobędziemy kosmos

Statek kosmiczny, dzięki któremu zdobędziemy kosmos to marzenie wielu osób.  Wielu bowiem śni, by polecieć  w kosmos,  zobaczyć z góry naszą planetę. By odkryć inne planety, na których można żyć a może nawet je skolonizować. Te pragnienia łączą wielu fanów sci-fi, astrofizyków, a także firm i korporacji prywatnych, które także chcą osiągnąć ten cel. Wyobraź sobie tylko – tą przestrzeń, te nieodkryte dzikie planety, podróż w nieznane – miliony km od domu. Ta przygoda, ta wolność !!!

Można by tak wymieniać w nieskończoność te wszystkie słowa, które opisują zachwyt kosmosem. Choć odkryliśmy już wiele w tej dziedzinie, to jednak wciąż dużo brakuje, by móc dotrzeć się na dalsze planety. Już nie mówiąc o czasie kiedy to nastąpi.

Być może to konieczność

Dziś wydawać by się mogło, że lot w kosmos to nie tylko marzenie fanatyków, ale wręcz konieczność. Dużo się bowiem mówi o przeludnieniu, o wyczerpywaniu się surowców itp. Niezależnie od tego ile w tym prawdy a ile ściemy, postanowiłem sprawdzić jak daleko ludzkość poszła od pierwszego lotu w kosmos. Sprawdziłem też co jeszcze potrzebujemy, żeby zbudować statek kosmiczny zdolny zabrać nas gdzie i jak szybko  będziemy pragnąć.

W tym artykule, zobaczysz drogi czytelniku, jakimi statkami kosmicznymi dysponujemy obecnie. Dowiesz się co potrzebujemy żeby zrealizować nasze marzenie o  podboju kosmosu oraz przeczytasz, nad czym obecnie trwają prace. Życzę udanego czytania 🙂

Statek kosmiczny

Statek kosmiczny na niebieskim tle

Co potrzebuje statek kosmiczny, żeby zabrać nas w daleki kosmos?

Jakie technologie będą potrzebne, żeby zbudować statek kosmiczny, zdolny do zabrania nas w najdalsze zakątki wszechświata (albo chociaż galaktyki 😛 )

Z pewnością statek kosmiczny, który wyniesie nas tak daleko, musi być wyposażony w całą masę sprzętu. To już nie tylko wahadłowiec mający dolecieć do stacji kosmicznej i z powrotem, zabierając tam kilkuosobową załogę. Ma nim polecieć przynajmniej kilkanaście, kilkadziesiąt, a najlepiej kilkaset osób. Do tego statek musi posiadać mocne silniki, żeby cała załoga nie zdążyła się zestarzeć i umrzeć, zanim doleci do Plutona :P. Zatem co potrzebujemy?

Podróż w daleki wszechświat

wszechświat statek kosmiczny wynalazca tv

System podtrzymywania życia

W przeciwieństwie do robotów, ludzie na statku kosmicznym potrzebują sporo przestrzeni, ale przede wszystkim systemów, pozwalających na przeżycie w kosmosie.

Żywność

Na pewno będą to systemy produkujące tlen, zapewniające wodę pitną oraz żywność. Zabranie na pokład żywności np. na  50, czy nawet 10 lat, zajęło by zbyt wiele przestrzeni na pokładzie. Dodatkowo powstaje pytanie, co jeśli podróż potrwa dłużej jak przewidywano? Dlatego  statek kosmiczny powinien mieć możliwość nie tylko zabrania na pokład sporej ilości jedzenia, ale także produkcji własnej żywności. Jak to zrobić? Kurczaki w kosmosie? Hodowla krów? Plantacja roślin? Czemu by nie? Rośliny mogły by produkować zarówno tlen, jak i dawać pokarm. Dodatkowo jest je wyhodować znacznie łatwiej niż zwierzęta, które trzeba dodatkowo karmić. Zatem nie dość, że trzeba by zabrać jedzenie dla ludzi, to trzeba by też zabrać jedzenie dla zwierząt. Jednak wiadomo, że mięso lub inne produkty zwierzęce zawierają sporo składników, które są potrzebne rozwojowi człowieka. Być może białko pochodzenia zwierzęcego będzie się transportować, pod postacią proszków. Witaminy i makro-mikroelementy, mogą być natomiast  magazynowane w postaci suplementów diety.

Fizjologia ciała

System podtrzymywania życia, powinien także zapewniać odpowiednią temperaturę ciała człowieka oraz ciśnienie. Powinien radzić sobie z efektami ubocznymi przemiany materii oraz zapewniać ochronę przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak np. mikrometeoryty, czy promieniowanie.

Na statku kosmicznym powinny się znaleźć także systemy komunikacji głosowej, systemy bezpieczeństwa, urządzenia medyczne, a także sprzęty do ewakuacji załogi.

W przypadku dłuższych lotów, konieczna jest też sztuczna grawitacja, którą można by osiągnąć za pomocą ruchu obrotowego statku. Bez grawitacji mięśnie astronautów zanikają, toteż jest to konieczne dla bezpiecznego lotu. Obecnie nie ma funkcjonującego systemu sztucznej grawitacji.

jedzenie na statku kosmicznym

jedzenie na statku kosmicznym wynalazca

Silniki oraz paliwo

Silnik i cała maszynownia to najważniejszy element tej układanki. O ile istnieją systemy podtrzymywania życia już dzisiaj, to silniki oraz paliwo mogące zaprowadzić statek kosmiczny na krańce galaktyki przy dzisiejszej technologii jeszcze są nie możliwe. Zajmuje to zbyt długo czasu.

Silniki i paliwa powinny dawać możliwość bardzo szybkiego transportu, ale także powinny być bardzo oszczędne, by nie zabierać zbyt wiele miejsca. To paliwo ma wystarczyć na bardzo długi lot a nie tylko na spacerek na księżyc czy na marsa. Jak mogłoby to wyglądać?

Różne koncepcje paliw i silników

Być może zamiast paliw rakietowych, można by użyć energii rozpadu atomów. Statki mogłyby być zasilane własnym akceleratorem cząstek. Rozpędzane cząsteczki, można by brać np. bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej, choć biorąc pod uwagę ilość atomów w próżni, może to być zdecydowanie zbyt  mało atomów do stworzenia energii, która popchnęła by cały statek do przodu.

Można by zastosować promieniowanie korpuskularne, które nieustannie rozbija się o ziemię. Składa się ono w 90% z protonów, w 9 % z cząstek alfa, w 1% z elektronów i od czasu do czasu większe jądra atomowe. Cząsteczki te docierają z kosmosu w postaci promieniowania pierwotnego z prędkością bliską prędkości światła w próżni, natomiast następnie dochodzi do zderzeń tych cząstek z cząsteczkami zawartymi w atmosferze ziemskiej i docierają do ziemi, jako promieniowanie wtórne. Korzystają z tego przykładu, można się domyślić, że podobne promieniowanie będzie także rozbijać się o statek. Być może gdyby dało się je w jakiś sposób przechwytywać i wykorzystywać ich energię do zasilania naszego statku kosmicznego, byłby to przełom, który mógłby przyśpieszyć kolonizacją kosmosu.  Pytanie jednak jak coś takiego zrobić i czy energia powstała w ten sposób będzie na tyle duża, by móc ją wykorzystać do rozpędu statku kosmicznego.

W innym przypadku pozostaje np. energia rozpadu atomów wykorzystywana w reaktorach atomowych w elektrowniach. Oczywiście wiąże się to z wieloma minusami, chociażby z miejscem, jakie zajmie sama budowa tego typu systemów, jednak paliwo do tego (pręty uranu i innych pierwiastków używanych w elektrowniach atomowych) zajmuje mniej miejsca niż paliwo w postaci ciekłej wykorzystywane w silnikach rakietowych (z dodatkowym miejscem na tlen, by doszło do reakcji spalania). Pomóc mogą też paliwa w formie stałej, jak odkrycie wodoru w tej formie, cy chociażby silniki fuzyjne, nad którymi trwają już prace – o czym będzie później.

Silnik rakietowy

siilnik rakietowy wynalazca tv

Energia elektryczna

Energia elektryczna to oczywiście kolejna ważna rzecz, w jaką powinien być wyposażony statek kosmiczny. Można by ją było pozyskiwać z własnych elektrowni na pokładzie statku. Mogłaby to być np elektrownia słoneczna, gdyż jak wiadomo, światło słoneczne jest w kosmosie silniejsze niż na ziemi, gdyż nie ma tam ochrony w postaci chmur czy np. warstwy ozonowej. Być może taka elektrownia byłaby wystarczająca do zasilenia statku kosmicznego. Tak samo jak w przypadku silników, jak najbardziej dałoby się wykorzystać reaktory atomowe do pozyskiwania energii elektrycznej, co jest kolejnym sposobem na zasilenie dużego statku kosmicznego.

Energia elektryczna na statku

energia elektryczna wynalazca tv

Załamanie czasoprzestrzeni/przekroczenie prędkości światła

Odległość do najbliższej gwiazdy – Proxima Centauri wynosi 4,22 lat świetlnych, co w przybliżeniu daje 40 bilionów km. Jeśli chcielibyśmy dolecieć tam z prędkością 17000 km/s lot do niej zająłby 74 tysiące lat… Delikatnie za dużo… 😛 Osiągając prędkość 92,6% prędkości światła dolecielibyśmy tam w 5 lat ziemskich. Jeśli chcielibyśmy opuścić naszą galaktykę, to czas jaki by nam to zajęło jest niewyobrażalny. Nawet z prędkością światła. Toteż potrzebny nam niesamowity system, który w jakiś sposób albo przyśpieszyłby nas do prędkości większej od światła, albo teleportował by nas na ogromne odległości albo załamałby czasoprzestrzeń, bo dotrzeć w dane miejsce w krótszym czasie.

Obecnie trwają prace nad teleportacją. Udało się teleportować atom, jednakże w dalszym ciągu ograniczeniem teleportacji jest prędkość światła. Wchodzimy tu w zakresy zaawansowanej fizyki kwantowej i rozważań nad np. teorią strun, czy innych ciekawych teorii, które domniemają możliwość istnienia podróży w czasie, między wymiarami, i różnego rodzaju zakrzywianie czasoprzestrzeni. Istnieje natomiast wiele technologii, które sprawiają, że całkiem realne jest opanowanie naszego układu słonecznego.

Załamanie czasoprzestrzeni

załamanie czasoprzestrzeni

Jakie technologie posiada dzisiejszy statek kosmiczny i jakie technologie są już opracowywane

 

Dziś wiele koncernów ciągle pracuje nad nowymi technologiami, które mają pomóc w podboju kosmosu. Statki kosmiczne, które dziś lataja z misjami to głównie wachadłowce NASA, lecz do boju wkraczają koncerny prywatne takie jak SpaceX, Space Adventures Ltd., Virgin Galaxy, czy np. Scaled Composites, które pracują nad własnymi koncepcjami statków kosmicznych. SpaceX ma już za sobą udane testy rakiet, natomiast obecnie pracuje nad mocniejszymi i bardziej wydajnymi ich wersjami

Innowacje firmy SpaceX

System Raptor ma być zasilany ciekłym metanem, który można pozyskać na marsie, co za tym idzie, wystarczy zabrać ze sobą paliwo wystarczające na podróż rakiety na Marsa, i na miejscu będzie można „zatankować rakietę” i wrócić na Ziemię. Dodatkowym atutem tej rakiety, jest to, że użycie w niej metanu daje większy ciąg niż rakiety używające nafty, a co za tym idzie, otrzymujemy większy impuls właściwy i w konsekwencji większą moc rakiety.

Dodatkowo firma SpaceX opracowała w pełni odzyskiwalne stopnie rakiet nośnych nazwane „Grasshopper”, które samodzielnie wracają na miejsce startu. Do tej pory odzyskiwano je wyławiając z oceanu, co stanowiło dodatkowy koszt. Część stopni uległo zniszczeniu. Nowe stopnie rakiet delikatnie opadają na miejsce startu, co ogranicza wydatki i umożliwia użycie ich po raz kolejny.

Firma ta opracowała także plany wysłania załogowej misji na marsa specjalnym stworzonym przez nich statku kosmicznym, przy użyciu opracowywanych rakiet.

Odzyskiwalne stopnie rakiet Grasshooper

Samonośne odzyskiwalne stopnie rakiet grsshooper

Metaliczny wodór

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda poinformowali niedawno, że udało im się otrzymać wodór metaliczny w stanie stałym. Jeśli potwierdzą swoje odkrycie, to będzie to rewolucja w świecie fizyki. Wodór w tym stanie nie tylko będzie super nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej, ale także 4 razy mocniejszym paliwem rakietowym, niż stosowany do tej pory w rakietach wodór ciekły. Zatem rakiety nim zasilane będą szybsze i dolecą dalej.

Aby otrzymać wodór w takim stanie, naukowcy musieli w temperaturze bliskiej zera absolutnego zgniatać wodór między dwoma prasami z diamentowymi głowicami pokrytymi tlenkiem glinu w ciśnieniu 495 Gpa, przy czym ciśnienie panujące w jądrze ziemi to około 360 Gpa. Gdy eksperyment zostanie potwierdzony, będzie to kolejny krok, do budowy statku kosmicznego, który zabierze nas dalej niż tylko nasz układ słoneczny.

Wodór metaliczny w postaci stałej

Wodór metaliczny w formie stałej

Silnik plazmowy

W silniku plazmowym substancją roboczą jest plazma o wysokim stopniu jonizacji. Stosuje się w nim elektromagnetyczne przyspieszanie plazmy, co umożliwia uzyskanie znacznie większej siły ciągu niż w wypadku silników konwencjonalnych przy takim samym zużyciu paliwa. Źródłem energii, potrzebnej do wytworzenia i ogrzania plazmy, mogą być reakcje jądrowe zachodzące w reaktorze lub elektryczne źródła energii. Ogrzana plazma zostaje przyspieszona i wyrzucona przez specjalną dyszę. Silniki mają być wykorzystywane w rakietach i promach kosmicznych.

Silniki plazmowe mają pozwolić na uzyskiwanie prędkości kilkuset tysięcy km/h, dzięki czemu lot na Marsa trwał będzie tylko 39 dni zamiast sześciu lub więcej miesięcy w przypadku rakiet konwencjonalnych. Obecnie trwają pracę nad silnikiem VASIMIR. Jest to silnik plazmowy o zmiennym impulsie właściwym. Wykorzystuje on pole magnetyczne oraz energię mikrofal w celu ogrzania plazmy oraz jej przyśpieszenia i ukierunkowania. Wkrótce NASA chce wysłać 2 rakiety VASIMIR na międzynarodową stację kosmiczną. Planuje się zastąpienie jej silników konwencjonalnych właśnie silnikami plazmowymi. Ma to zaoszczędzić mnóstwo pieniędzy, gdyż te silniki są dużo bardziej wydajne. Silniki plazmowe chce się też wykorzystać do dalekich lotów. Generalnie warto wspomnieć o tym, że ich moc jest zbyt mała, żeby wynieść je z ziemi na orbitę, więc w tym celu służyć będą rakiety na paliwo o dużej mocy. Takie rakiety spalają się szybko i są kiepskie do dalekich lotów, w przeciwieństwie do silników plazmowych, które mogą być cały czas włączone przez długi czas trwania lotu.

Polscy naukowcy także mają w tym polu coś do powiedzenia. Opracowali oni silnik plazmowy zasilany kryptonem, który jest wydajniejszy od stosowanego do tej pory ksenonu.

SIlnik plazmowy VASIMR

silnik plazmowy VASIMR

Silniki fuzyjne

Od pewnego czasu trwają pracę nad silnikami fuzyjnymi, które potrafiłyby skrócić czas lotu na marsa do kilki tygodni. Działają one, poprzez fuzję dwóch lekkich jąder i ich zamianie na jedno cięższe. W tej reakcji termojądrowej skutkiem ubocznym są wolne neutrony, protony, oraz cząstki elementarne i cząstki alfa. Dodatkowo wytwarzana jest bardzo duża energia.

W silnikach fuzyjnych często wykorzystuje się izotopy wodoru takie jak np. deuter i tryt. Łączą się one w atom helu. W praktyce wygląda to tak, że silne pole magnetyczne niszczy obręcz z lekkiego metalu (np. lit, aluminium), która z kolei zgniata pigułkę deuteru lub trytu (odmiany wodoru) na tyle mocno, że następuje fuzja nuklearna i wyzwolenie ogromnej ilości energii. Pole magnetyczne kieruje siłę eksplozji w jednym konkretnym kierunku, odpychając pojazd w przeciwnym, analogicznie do zwykłej rakiety. Różnica jest taka, że ilość paliwa o wielkości ziarnka piasku mogłaby dać siłę ciągu porównywalną z czterema litrami chemicznego paliwa (np. wodór/tlen).

Reakcja fuzji w silniku fuzyjnym

reakcja fuzyjna, silnik fuzyjny

System podtrzymania życia

Obecnie w statkach kosmicznych stosowane są także systemy podtrzymywania życia, czyli np. takie doprowadzające tlen, zapewniające żywność, odpowiednie ciśnienie, ochronę przed promieniowaniem itp.

Stacja kosmiczna

stacja kosmiczna, system podtrzymania życia

Podsumowanie

Przed nami jeszcze mnóstwo pracy, ażebyśmy rzeczywiście mogli opuścić nasz układ słoneczny. Biorąc pod uwagę odległości jakie dzielą nas do najbliższych układów słonecznych tudzież innych galaktyk wydaje się, że dotarcie tam jest niemożliwe, gdyż nawet pędząc z prędkością światła musielibyśmy poświęcić kilka lat by dotrzeć do najbliższej gwiazdy.

Nadzieją napawają jednak możliwości dotarcia do najdalszych planet układu słonecznego, założenie kolonii np. na marsie czy księżycach Jowisza, pozyskiwanie surowców z tych planet itp. Jeśli zbudujemy odpowiednio mocne silniki i technologie komunikacji, to możemy wysyłać sondy, które pokażą nam nieco więcej o innych układach słonecznych, to których dotrą o wiele szybciej niż dzisiejsze sondy.

Rozwój turystyki kosmicznej pozwala także na stwierdzenie, że w ciągu najbliższych dziesięcioleci będziemy mogli wybrać się na wycieczkę na marsa i odwiedzić przyjaciela, który mieszka na tamtejszej kolonii. A może to my, wybierzemy się w podróż z naszego marsjańskiego domu na ziemię, żeby odwiedzić naszych rodziców i zaczerpnąć haust ziemskiego powietrza.

Ziemia

Ziemia widziana z kosmosu

Statek kosmiczny “Normandia” z gry “mass effect” widoczny na zdjęciu na górze będziemy drukować na naszej drukarce 3D. Filmik o tym jak został on wydrukowany możecie zobaczyć wkrótce  na naszym kanale YT , natomiast jeśli chcesz abyśmy wydrukowali dla Ciebie taki statek kosmiczny lub dowolnie inny przedmiot to zajrzyj na stronkę z drukami 3D

Rocket

Rocket

CEO at CSTNG.pl
Pasjonat świata wynalazków, podróży (kosmicznych i tych ziemskich) oraz optymistycznego myślenia. Kocha inspirować ludzi do działania i realizacji marzeń. Współwłaściciel technologicznej firmy CSTNG.pl - konstrukcyjnego biura projektowego zajmującego się głównie wynalazczością.
Rocket
Close

Zapisz się na nasz newsletter

FreshMail.pl