У безмежних просторах космосу панує тиша і якби ви могли відкрити двері космічної станції, ви б нічого не почули і не тільки тому, що не встигли б цього зробити. Але чому це так і що потрібно звуку, щоб ми його почули?
Щоб зрозуміти, чому звук не поширюється в космосі, потрібно заглибитись у науку, що стоїть за цим процесом. Але все можна описати досить просто – у космосі відсутнє необхідне середовище для поширення звуку.
Редакція Техно 24 переклала та адаптувала матеріал Why isn't there any sound in space? від The Conversation
Як це працює
Звук для поширення вимагає середовища, оскільки він є енергетичною хвилею, яка змушує коливатися частки – чи то рідина, чи то газ. У повсякденному житті ми сприймаємо звук, коли вібрації голосових зв'язок створюють стиск повітряних молекул, які переносять енергію у вигляді хвиль.
Для кращого розуміння звуку можна уявити іграшкову металеву пружину: коли її розтягнути і відпустити, вона створює стиск, який переміщається вздовж її спіралей. Аналогічно, коли говоримо, вібрації голосових зв'язок стискають повітря, запускаючи хвилі звуку.
Як працює звук: дивіться відео
Однак космос суттєво відрізняється. Космічний простір – це вакуум, величезна порожнеча, позбавлена матерії. Звук покладається на атоми та молекули, щоб переносити свої хвилі, але у вакуумі космосу, де немає цих частинок, звук не може подорожувати. Відсутність середовища означає відсутність звуку, а отже, і відлуння. Відлуння виникає, коли звукові хвилі відбиваються від твердих поверхонь, а це явище неможливе без такого середовища як повітря.
Щоб проілюструвати наслідки впливу космосу, уявіть, що ви опинилися поза космічного корабля без скафандра. Крім того, що ніхто не почує вашого крику про допомогу через вакуум, ваше виживання буде під загрозою. Повітря у ваших легенях розшириться у вакуумі, що призведе до розриву легень та втрати свідомості протягом 10 – 15 секунд через нестачу кисню.
Не все так порожньо
Хоч космос і здебільшого тихий, він не є повним вакуумом. Дуже дрібні частинки, наприклад, атоми водню, присутні в космосі, але їх концентрація значно менша, ніж у земній атмосфері. За межами нашої Сонячної системи, у космічному просторі, що підтримується за високих температур зоряним випромінюванням, існує плазма – стан, у якому електрони відокремлені від протонів. У цьому розрідженому середовищі звукові хвилі мають унікальні властивості, рухаючись швидше та з більшою довжиною хвилі.
2022 року NASA продемонструвала захоплюючий приклад звуку в космосі, використовуючи рентгенівські дані. Агентство перетворило дані з великої чорної дірки у скупченні галактик Персея, віддаленого від нас на 250 мільйонів світлових років, на аудіозапис.
Хоча чорні діри не випромінюють звуку, навколишня плазма поширює довгохвильові звукові хвилі. Хоча природна частота знаходиться за межами людського слуху, після перетворення виходить моторошне слухове уявлення про чорну дірку, що гарчить у глибинах космосу.
Від чого залежить звук
Цікаво, що вчені міркували, як би звучали людські голоси на інших планетах, таких як Венера та Марс. Гіпотетично, на Марсі з його розрідженою атмосферою, голоси звучали б тонко і беззвучно, подібно до пікколо.У контрасті, на Венері з її густою та гарячою атмосферою, голоси мали б глибший тембр, нагадуючи бас-гітару.
Така різниця у звучанні виникає через товщину атмосфери: розріджене повітря сприяє вищим тонам, тоді як густе – нижчим.
NASA провело першу висадку астронавтів на Місяць ще далекого 1969 року, але з того часу там не побувала жодна людина. Для цього є вагомі причини.
У період з 1969 по 1972 рік у рамках космічної програми NASA "Аполлон" на поверхні Місяця побували лише 12 американських астронавтів. І це сталося ще до бурхливого розвитку космічних технологій, які зараз є. Чому ж досі на Місяці не побували інші люди? Чому NASA так складно йде до своєї нової мети в рамках космічної програми Артеміда (Artemis), тобто до повернення людини на Місяць? Повторну висадку заплановано на 2026 рік, але вона мала відбутися роком раніше і невідомо, чи відбудеться у запланований термін. Простої відповіді на питання, чому реалізація планів NASA відбувається так складно, немає. Тут поєднуються кілька важливих чинників, пише Space.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та захоплюючі новини зі світу науки!
Варто сказати, що програма "Аполлон", хоч і була успішною, але на неї витратили дуже багато грошей. Понад 50 років тому приблизно 5% бюджету США йшло на проекти NASA і більше половини цих грошей йшло на реалізацію місій "Аполлон". З урахуванням інфляції вся минула місячна програма коштувала приблизно 260 млрд доларів. Якщо додати сюди і роботизовані місії на Місяць, потрібно додати ще 20 млрд доларів.
Для порівняння, сьогодні NASA може розраховувати лише на 0,5% бюджету США, але при цьому космічна агенція має набагато більше проектів. За останні 10 років NASA вже витратило приблизно 90 млрд доларів на реалізацію програми Артеміда (нагадуємо, що ця богиня з давньогрецької міфології була сестрою бога Аполлона, а тому нова програма отримала таку назву). Тому навіть з урахуванням розвитку космічних технологій за такого фінансування не можна розраховувати на надто швидкий прогрес, якщо йдеться про повернення людини на Місяць.
Першими людьми, які ступили на поверхню нашого супутника були астронавти NASA Ніл Армстронг та Едвін Олдрін. Перший, до речі, тоді заявив, що це маленький крок для однієї людини та величезний стрибок для людства. Після цього на Місяць висаджувалися в різні часи ще 10 людей, всі вони були американцями та чоловіками
Ще один важливий фактор, про який не варто забувати, – це політика. У 60-х роках минулого століття США брали участь у космічній гонці з колишнім СРСР, особливо це стосувалося першої висадки людини на Місяць. Цю мету підтримували і прості американці, і уряд. Але як тільки мета була досягнута і СРСР був переможений у цій частині космічних перегонів, громадськість у США втратила інтерес до Місяця, а NASA почало отримувати менше грошей. Вже не було причин витрачати астрономічну суму на повернення людини на Місяць після завершення програми "Аполлон".
Щось дивне сталося з космічним кораблем NASA після повернення з Місяця: що відомо
Мала політична воля та нестача фінансування продовжують впливати на NASA під час реалізації програми "Артеміда". Хоча він і відрізняється від минулого місячного проекту.
До 1971 року астронавти на Місяці пересували своїх двох, що було не дуже комфортно, та до того ж не дозволяло подолати велику відстань. Лише 1971 року астронавти місії "Аполлон-15" вперше змогли оцінити всі переваги нового місячного автомобіля.
Сучасна концепція Артеміди має зовсім інший набір пріоритетів, ніж місії Аполлона. Наприклад, у NASA толерантність до ризику зараз набагато нижча, ніж у 60-ті роки минулого століття. Місії "Аполлон" були відверто небезпечними та мали значну ймовірність провалу.
Декілька місій справді зіткнулися з непередбаченими ситуаціями:
- пожежа на "Аполлоні-1", внаслідок якої загинули 3 астронавти;
- зупинка двигуна під час місії "Аполлон-6";
- майже фатальний недолік конструкції, який мало не призвів до загибелі астронавтів "Аполлона-13".
NASA, уряд і громадськість США не бажають знову брати на себе такий рівень ризику, особливо після катастроф із шатлами "Челленджер" та "Колумбія" у 1986-му та 2003-му роках відповідно.
Астронавти місій "Аполлон", на які було витрачено величезні гроші, побували на поверхні Місяця протягом кількох десятків годин, зібрали зразки місцевої породи, провели кілька експериментів і полетіли назад на Землю.
Хто вперше за 50 років полетить до Місяця: NASA назвало імена астронавтів місії Artemis 2
Але місії програми "Артеміда" мають зовсім інші цілі.
- По-перше, астронавти проведуть на поверхні Місяця до 7 днів, а для цього потрібно більше їжі, води, палива та наукових інструментів.
- По-друге, під час місій "Аполлон" наука була не на першому місці, тут головне було перемогти СРСР.Під час місій Артеміди наукові дослідження займуть центральне місце, а це означає, що вони припускають більш тривалу і складнішу розробку самих місій.
Під час місій "Артеміди" наукові дослідження займуть центральне місце, а це означає, що вони передбачають більш тривалу та складнішу розробку самих місій
Метою програми "Артеміда" є не просто повернення астронавтів на Місяць. NASA планує розпочати будівництво інфраструктури на супутнику Землі для підтримки постійної присутності людини. Тому це набагато складніша програма, яка потребує великих зусиль.
Як уже писав ФокусКрім екстремальних умов на Місяці, небезпека для астронавтів становить пил на поверхні супутника Землі. Вчені вигадали, як захиститься від її деструктивного впливу.
Також Фокус писав про те, що таємниці Місяця можуть бути втрачені назавжди, адже всі навколо затопчуть астронавти та місяцеходи. Дослідники кажуть, що на супутнику Землі є кілька регіонів, які не можна чіпати.
- Читайте нас у:
- Читайте у Telegram
- Читайте у Facebook
- Читайте у Twitter
- Читайте у Google news
- Читайте у Viber
- Теги:
- космос
- політ на місяць
- nasa
- місяць
- астронавти
- аполлон
- артеміда
- освоєння космосу
- місія на місяць
- Artemis
- Поділитися:
- відправити до Telegram
- поділитися у Facebook
- твітнути
- відправити до Viber
- відправити до Whatsapp
- відправити до Messenger
Світова космонавтика останніми роками переживає справжній місячний ренесанс. Особливо це помітно стало за останній рік, коли до Місяця стартувало п'ять місячних модулів. 2024 року до них мають приєднатися ще як мінімум три.Такої інтенсивності місячних запусків не бувало з часів місячних перегонів у 60-ті. За останні п'ять років на Місяць вирушали космічні апарати Китаю, Ізраїлю, Японії, Індії, Росії, США, але успіху досягли лише дві країни, які тепер і мають досвід місячних посадок у XXI столітті, – Китай та Індія. У чому складність посадки на природний супутник Землі, чому успіху не досягають колишні лідери і чому раптом стали знову привабливі мляві сірі простори?
20 січня 2024 року японський апарат SLIM (Smart Lander for Investigating Moon), що спускається, від державного космічного агентства JAXA намагався здійснити м'яку посадку на Місяць в точно обраному місці. Японія намагалася стати п'ятою країною, яка успішно доставила на Місяць космічний апарат. Але в останні секунди зниження один із двох головних двигунів зруйнувався, замість м'якої посадки апарат перекинувся, тож сонячна батарея опинилася в тіні. Поки вистачало запасу енергії в акумуляторі, SLIM передавав дані на Землю, але потім пішов у сплячий режим, щоб зберегти енергію для включення, якщо світло знову потрапить на сонячну батарею в другій половині місячного дня. Але місячну ніч він, швидше за все, не переживе.
Так мала виглядати посадка SLIM на Місяць, але апарат завалився набік
За день до драматичної посадки SLIM в атмосферу Землі увійшов і згорів американський місячний посадковий апарат Peregrine. Він створювався приватною компанією Astrobotic за контрактом NASA, хоча починалася його розробка ще за недержавним технологічним конкурсом Google Lunar XPRIZE. Peregrine стартував на новій американській ракеті Vulcan, але майже відразу після відокремлення від ракети у нього заїло клапан між гелієвим балоном високого тиску та баком окислювача.Бак розірвало, у апарата виникла постійна текти з паливної системи, і зникли всякі сподівання сісти на Місяць. На диво, апарат зберіг працездатність та часткову керованість. Фахівці компанії сподівалися хоча б вийти на навколомісячну орбіту, але вирішили знищити апарат, щоб він не заважав іншим підкорювачам Місяця. Траєкторія польоту Peregrine дозволила вивести його на падіння у Тихий океан. Апарат зумів пропрацювати у космосі півтора тижні, злітати до місячної орбіти та випробувати наукові прилади NASA у космічному просторі.
Конкурс Google Lunar XPRIZE оголосили у США у 2007 році для розвитку космічного приватного підприємництва за межами навколоземного простору. Компанія Google була готова виплатити $30 млн призових за перший приватний місяцехід, доставлений на Місяць без державної участі. На конкурс відгукнулося понад тридцять команд з усього світу, але до фіналу не дійшов ніхто – завдання виявилося набагато складнішим, ніж очікувалося. Проте завдяки Google Lunar XPRIZE сформувалися кілька нових космічних компаній із місячними амбіціями. Зокрема, японська приватна iSpace здійснила посадку на Місяць навесні 2023 року. Посадковий модуль Hakuto-R із місяцеходом Rashid Об'єднаних Арабських Еміратів успішно знижувався до висоти 5 км, але потім увійшов у фазу неконтрольованого падіння. Виявилося, що комп'ютер працював за програмою посадки на іншу ділянку Місяця і помилився у визначенні висоти, тому точно "посадив" апарат на п'ять кілометрів вище за реальну поверхню.
Найпершим учасником Google Lunar XPRIZE, який дістався природного супутника Землі в 2019-му, була ізраїльська команда SpaceIL. Вона змогла зібрати кошти, замовити виготовлення та запуск місячного модуля Beresheet.Апарат дістався до навколомісячного простору і вийшов на орбіту, але вже в польоті зіткнувся із серією збоїв та відмов, які справили фатальний вплив під час посадки. Зокрема бортовий комп'ютер Beresheet раніше не проходив випробувань у космосі. На висоті близько 20 км над поверхнею він увійшов до циклу постійних перезавантажень і вимкнув гальмівні двигуни. Коли фахівці змогли повернути керування апаратом, було вже пізно – він врізався у Місяць.
Державні агенції також намагалися розпочати нову епоху "підкорення Місяця". Індія зважилася піти на місячну посадку до 2019 року, причому без участі Росії, як передбачалося спочатку. Індія вирішила вибороти прапор першості в приполярному регіоні Місяця, де поки не було м'яких посадок. Модуль Vikram, що спускається, відокремився від автоматичної станції Chandrayaan 2 і перейшов на траєкторію спуску, і спочатку все йшло добре, але на висоті близько 2 км над поверхнею він здійснив непередбачений перекид, і зниження перейшло в падіння.
Жорстке прилуніння. Чому зазнала краху російська місія до Місяця
Аварія Chandrayaan 2 викликала в Росії іронічні коментарі щодо ненадійних партнерів, які відмовилися від допомоги "Роскосмосу". Тоді здавалося, що вже Росія, спадкоємиця багатого радянського досвіду успішних автоматичних посадок півстолітньої давності, впорається з цим завданням з легкістю. Очікування не справдилися. Ще у 2013 році тодішній глава "НУО Лавочкіна" Віктор Хартов попереджав, що вчитися літати на Місяць доведеться практично з нуля. Він мав рацію, "Місяць-25", побудований у цьому об'єднанні, у серпні 2023 року навіть не наблизився до успіху Chandrayaan-2 і не зміг перейти на траєкторію посадки – зіткнувся з поверхнею при переході на посадкову орбіту.Причиною аварії стали помилкові алгоритми керування апаратом, через які двигун пропрацював у півтора рази довше.
Російський апарат "Місяць-25" привів до утворення на Місяці нового кратера (на зображенні праворуч)
Через два дні після аварії "Місяця-25" Індія тріумфально висадила на поверхню Місяця Vikram-2 – "виправлену та доповнену" версію свого попереднього космічного апарату. На Місяці навіть опинився невеликий місяцеходик Pagyan, який зумів зібрати дані про місячний ґрунт і сфотографувати свій апарат-доставник. Щоправда, пропрацювали апарати недовго – лише один місячний день – і вийшли з ладу від нічних морозів.
Єдина космонавтика, у якої місячна програма розвивається практично бездоганно, виявилася китайською. Тільки Китай з першого разу зумів посадити важкий апарат Chang'e 3 із місяцеходом на борту у 2013 році. Потім КНР змогла повторити успіх 2019-го, вже на звороті Місяця. А в 2020 році Китай зробив ще один серйозний прорив – зміг повернути на Землю автоматичний апарат Chang'e 5 із двома кілограмами місячного ґрунту. Китайський місяцехід досі працює на зворотному боці Місяця та передає дані через спеціально запущений супутник-ретранслятор Queqiao. У 2024 році Китай спробує привезти на Землю місячний ґрунт із приполяр'я.
США ж поки що можуть похвалитися успіхами тільки в навколомісячному просторі: у них уже понад 10 років навколо Місяця літає космічний апарат LRO, який фотографує поверхню з високою точністю. А 2022 року NASA провела випробування космічного корабля Orion, який має в майбутньому доставляти астронавтів до Місяця. Корабель пролетів за Місяцем і повернувся на Землю.Цього року в США ще заплановано як мінімум дві спроби посадки на Місяць, але після аварії Peregrine пілотований обліт перенесли на 2025 рік. Висадку астронавтів на Місяць відклали на 2026 рік, але майже, напевно, цей термін буде перенесено ще не раз.
Якщо намагатися визначити причини різко збільшеного інтересу світової космонавтики до Місяця, то тут можна побачити кілька процесів, що частково перетинаються:
- розвиток приватної космонавтики загалом та місячної зокрема, завдяки SpaceX, яка помітно знизила вартість запуску в космос, та конкурсу Google Lunar XPRIZE;
- зрослі космічні амбіції космічних " новачків " : Японії, Індії, Китаю, ОАЭ… сюди можна і віднести Росію, а попереду ще Південна Корея;
- політичне протистояння США і Китаю, що посилюється, яке знаходить відображення і в космосі, включаючи Місяць.
У деяких випадках держави віддають "підкорення Місяця" приватникам на аутсорс, як ОАЕ та США, в інших – вирішують завдання самостійно, Японія ж пішла обома шляхами. Для держав основним мотивом досягнення Місяця залишається престиж і зовнішньополітична конкуренція. Приватні компанії обслуговують цей державний інтерес, попутно заробляючи на додаткових джерелах на кшталт рекламних кампаній або "космічного похорону". Вторинне значення для держав місячні запуски мають у розвитку космічних технологій та залучення нових розробників до амбітних завдань у космосі.
Американський апарат Peregrine був виведений у космос новітньою американською ракетою Vulcan. Ракета спрацювала нормально, але апарат до Місяця не дістався
У складі учасників нових "місячних перегонів" і криються причини численних відмов, які ми зараз спостерігаємо практично в прямому ефірі.Фактично технологія місячних посадок – це "забуте стародавнє мистецтво", як будівництво пірамід або скрипки Страдіварі. Наприклад, проблема із клапанами Peregrine практично повністю повторює ситуацію кінця 1960-х із американським апаратом Surveyor 5, але той зміг сісти, а новий приватник – ні. Аналогова лампова техніка 60-х років залишилася тільки в музеях, а носії колишнього досвіду або на пенсії або пішли в історію разом зі своїми космічними дітищами. Якщо порахувати всі місячні аварії останнього десятиліття, то їх виявиться менше, ніж радянські невдачі при досягненні Місяця. Між "місяцем-3", який здійснив обліт природного супутника Землі, і "місяцем-9", який здійснив м'яку посадку, пройшло 11 пусків ракет з місячними апаратами, але ставали "місяцями" лише ті, які змогли покинути навколоземну орбіту. Досвід "Місяця-4-5-6-7-8" – це ілюстрація довгого шляху до успіху методом спроб і помилок. Сучасні приклади показують, що досягнення Місяця, як і раніше, непросте завдання.
Нинішня цифрова електроніка вимагає опрацювання з нуля всіх алгоритмів роботи в міжпланетному просторі та посадкових операцій. Якщо поглянути на сучасні відмови, більшість із них, крім Peregrine і SLIM, пов'язані або з нестабільною роботою електроніки в бортових комп'ютерах або цифрових системах навігації та орієнтації, або з помилками програмування. Більшість аварій сталося на завершальному етапі посадки, найвідповідальнішому і швидкоплиннішому, де надто висока ціна навіть невеликої помилки. Успіх пілотованих польотів Apollo у 60–70-ті полягав у людях-пілотах, які брали на себе керування на цьому етапі польоту. У той час людина була надійнішою за машину, і, як показує практика, з того часу ситуація мало змінилася.Втім, якщо електронні "мозки" випробувані, а алгоритми написані правильно, як у китайських апаратів, то точність комп'ютерів виявляється вищою.
Ще один важливий фактор, що визначає успіхи минулого століття, китайський досвід та інших учасників перегонів – фінансування. В Індії космічна програма фінансується досить скромно, "Роскосмос" постійно стикався з недофінансуванням та санкціями, всі приватні компанії намагалися економити на космічній електроніці, то на наземних випробуваннях. Китай же не скупився. Китайські місяцеходи оснащувалися дорогими РІТЕГами для продовження терміну роботи та обігріву в місячні ночі, а ізотопи для них закуповувалися в Росії. Спеціально для відпрацювання технології посадки там створили монструозний стенд для випробування посадкових систем. Причому його відразу зробили "на виріст", і він став у нагоді і для підготовки посадки на Марс, і послужить для випробувань місячного пілотованого корабля.
Інші країни просто не можуть собі дозволити такі "космічні" бюджети на місячну програму, зробили ставку на цифрову імітацію складних ситуацій і не змогли підготуватися повністю. Навіть у США, де місячна програма Artemis у пріоритеті, а космічні бюджети більше, ніж у решти світу, основне фінансування йде на пілотовані проекти: надважкі ракети SLS і Starship, корабель Orion, місячну станцію Gateway, а дрібні приватники фінансуються "на здачу" – окрему програму CLPS, із досить скромним за американськими мірками бюджетом: $2,6 млрд на 10 років і для різних компаній.
Наскільки нове покоління техніки та розробників підготувалися до підкорення Місяця, можна буде судити, як вони проведуть роботу над помилками.Індійці змогли виправитися за 4 роки, у Astrobotic запланована ще одна посадка цього року, творці Beresheet частково перейшли до іншого американського приватника FireFly і також беруть участь у CLPS, японці в майбутньому сподіваються співпрацювати з індійцями, а Росія сподівається на партнерство з Китаєм.
Можливо, через кілька днів "воскресне" японський SLIM, наступного місяця очікується ще один приватний запуск на Місяць із США; до літа – китайський запуск за полярним реголітом; восени – доставка місяцехода США, а це означає, що освоєння Місяця продовжується.