Космонавтика

Прошло 50 лет с момента посадки человека на Луну [и 62 года с момента вывода первого искусственного спутника на орбиту / прим. перев.], но, несмотря на все невероятные достижения технологий, полученные с того момента, нам ещё предстоит выйти в глубокий космос дальше, чем делала программа «Аполлон». Гигантский скачок, которого все ждали после прилунения, к примеру, пилотируемый полёт на Венеру, так и не случился. С тех пор мы застряли на низкой околоземной орбите (НОО), а возвращение в глубокий космос постоянно откладывается ещё на несколько лет.

Но почему? Если кратко, то путешествия в космосе чрезвычайно дороги. Они также опасны и сложны, однако последние аргументы меркнут перед невероятным счётом, с которым столкнётся любая страна, попытавшаяся отправить людей в космос более, чем на несколько сотен километров над поверхностью Земли. Чтобы у нас появился шанс улететь с этого камня, стоимость вывода килограмма груза на орбиту должна резко упасть.

Суровую обстановку межпланетных путешествий выдержат не все

Астронавт – одна из самых опасных, стрессовых профессий с высокими ставками на нашей планете (и за её пределами). По изоляции, ограниченности пространства и экстремальности её можно сравнить, разве что, с работой полярников и команд военных подлодок. Конечно, последним редко приходится иметь дело с воздействием радиации, изменением гравитации или перспективой вылететь в воздушный шлюз.

В связи с этим НАСА десятилетия работала над тем, чтобы гарантировать, что когда она отправляет команды за пределы атмосферы, у их членов есть таланты и тренировка, необходимые для выполнения поставленных задач и безопасного возвращения домой. И теперь, когда мы начинаем примеряться к Марсу – и путешествию в оба конца длительностью более двух лет – перед НАСА встаёт беспрецедентный вызов в этой области.

Слово “космонавтика” со времен Королева и Гагарина подразумевает огромные космодромы и одноразовые ракеты. Ну ладно, не всегда одноразовые — но даже многоразовые ракетные ступени Илона Маска каждый раз надо привезти, собрать в специальном цеху, установить на специальный стартовый стол, заправить, проверить — и только после этого запустить. Не удивительно, что космонавтика — очень дорогое удовольствие и массовое промышленное освоение ресурсов космоса даже сейчас кажется туманной перспективой далеко не ближайшего будущего.

Что же может заменить ракеты? Многоразовая аэрокосмическая система. Эта идея не нова: после появления самолета Ан-225 Мрия на его основе проектировалось множество аэрокосмических систем, о чем можно узнать из мемуаров Анатолия Вовнянко, участвовавшего в его создании. Самая интересная из них — МАКС-М:

Космическое агентство давно полагается на детские талисманы для рекламы космоса

Во вселенной комиксов Peanuts Снупи первым попал на Луну. В марте 1969 года – за четыре месяца до того, как Армстронг сделал свой знаменитый маленький шаг – бесстрашный астробигль и его летающая будка опустились на поверхность Луны. «Я обогнал русских… Я обогнал всех, — удивлялся Снупи. – Я обогнал даже этого тупого соседского кота!»



Формальное сотрудничество собачки из комиксов и НАСА началось годом ранее, когда Чарльз Шульц, создатель комикса, и его издатель United Feature Syndicate, согласились использовать Снупи в качестве полуофициального талисмана НАСА.

Мы привыкли к тому, что парашют — это то, что раскрывается на финальном этапе посадки. Но так происходит в наших, земных условиях. Плотности атмосферы достаточно, чтобы купол замедлил скорость снижения. И то, парашютистов-людей учат принимать правильное положение, чтобы не поломать ноги, а техника садится с надувными амортизаторами или двигателями мягкой посадки, включающимися на последних секундах. Но в Солнечной системе на небесных телах разные условия, и иногда парашюты выступают в непривычной роли промежуточного этапа посадки. Они раскрываются на огромных, сверхзвуковых скоростях и по форме и пропорциям в лучшем случае лишь отдаленно напоминают нам привычные, земные купола. А еще для замедления в атмосфере предлагаются совсем особенные конструкции.


«Кьюриосити» снижается на парашюте, фото с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter/NASA

Ссылка на часть 1

В этой части мы рассмотрим, как AGC организован с точки зрения программиста. Список литературы и источников приведён в конце первой части статьи. Материал этой части основан на материале книги [1].

Представление чисел в памяти AGC

AGC использует 15-битные слова, со знаком в 15-м разряде. Также имеется разряд чётности, который записывается и контролируется аппаратно и полностью прозрачно для программного обеспечения, при каждой операции чтения и записи в память.

Ссылка на часть 2

В предлагаемой вашему вниманию публикации рассмотрены основы архитектуры, аппаратной структуры, и структуры системного ПО бортового компьютера миссий Apollo — AGC (Apollo Guidance Computer). Тем, кто хочет изучить тему подробно, я рекомендую книгу [1] и другие материалы, ссылки на которые приведены в конце статьи.

Apollo Guidance Computer

Полет в космос пока что дорог. Даже если принять кажущуюся многим чрезмерно оптимистичной, возможность запускать полностью-многоразовый носитель на 100-150 тонн за $ 7 миллионов — получим порядка 50 долларов за килограмм ПН. Полет к Луне или Марсу с помощью того же StarShip увеличит минимальную стоимость доставки груза примерно в 6 раз (добавятся 5 заправщиков) до ~$300 за килограмм.

Обычно из подобных выкладок делается вывод о невозможности промышленного освоения космоса без освоения принципиально-новых источников энергии или даже не-реактивного движения либо нахождения в космосе чего-то ну очень ценного. Вот только при этом упускается из виду то что большинство небесных тел в Солнечной Системе имеет скорость убегания значительно меньшую чем на Земле, куда мы по идее, собрались импортировать добытое, а у Земли есть атмосфера, тормозящая космические корабли и баллистические капсулы без затрат реактивной массы.

КДПВ и краткое содержание серии статей

Ещё на заре космонавтики человечество мечтало о простом и дешёвом доступе к орбите на космических самолётах. Под космическим самолётом я подразумеваю крылатый аппарат горизонтально взлёта и посадки, без воздушных стартов, вертикальных посадок и т.п. Причина проста — космолёты по умолчанию многоразовые и в теории требуют недорогого, по сравнению с ракетами, обслуживания. Также весомым аргументом в их пользу является наличие гигантских взлётно-посадочных полос по всему миру, в то время как для ракет нужно строить инфраструктуру с нуля. Но как только конструкторы пытались спроектировать космолёт на практике у них сразу же возникало множество трудноразрешимых проблем, сильно затрудняющих выполнение задачи.

В каких фильмах и сериалах всё показано верно? Мы расспросили настоящих астронавтов.

«Марсианин» / «Армагеддон» / «Интерстеллар» / «Гравитация»

Говорят, что в космосе никто не услышит ваш крик, однако убери звуковые эффекты из «Звёздных войн», и часть магии кино испарится.

Индустрия кино и телевидения никогда не позволяла фактам мешать изложению хорошей истории, однако некоторые моменты, касающиеся космического пространства, особенно поразили астронавтов.

Плохое

Какой фильм налажал сильнее всего по мнению канадского космического агентства (ККА)? «Армагеддон» (1998). Бывший астронавт ККА Роберт Тирск сказал, что эта эпическая картина режиссёра Майкла Бэя наиболее проблематична из всех. «Они мало что сделали для того, чтобы донести до аудитории реальные возможности космического шаттла, а также последствия взрыва в космосе таких объектов, как астероиды».

Про НСТР на Хабре уже писали, но довольно давно:

• Российская частная космическая компания НСТР РТ выходит из информационной тени
• Больше космоса в Воронеже

Сегодня в Воронеже прошла открытая встреча, где Виктор Черников, основатель и генеральный директор НСТР, рассказывал про индустрию, компанию и бизнес. Впечатления встреча оставила положительные. Виктор действительно болеет тем, что делает.

Я записал небольшой конспект, состоящий из основных пунктов, относившихся непосредственно к НСТР. Надеюсь, я всё услышал и запомнил/записал правильно и фактических ошибок нет.

Расположенный на борту космического корабля «Аполлон» управляющий компьютер (Apollo Guidance Computer, AGC) помог кораблю попасть на Луну и сесть на её поверхность. ПО AGC было физически вплетено в постоянное запоминающее устройство на многократно прошитых сердечниках [core rope memory]. Кен Ширриф с единомышленниками восстанавливают AGC (на фото ниже), которому не хватает памяти на сердечниках, вместо которой установлены коробочки-симуляторы такой памяти. Эти коробочки использовались во время разработки программ и наземного тестирования, чтобы инженерам не приходилось постоянно прошивать память. У симулятора отсутствует документация, поэтому я [автор записи в блоге / прим. перев.] провел его инженерный анализ, собрал интерфейс, и мы при помощи симулятора запускали на нашем AGC программы. Однако в процессе мы столкнулись с некоторыми сложностями.


Компьютер AGC со снятой крышкой. Видно системную плату с кучей проводов. В местах для памяти видны коробочки-симуляторы. Интерфейсные платы на переднем плане современные.

Планы колонизации Луны от НАСА и Европейского космического агентства требуют передовых систем жизнеобеспечения и защиты от космических лучей

Архитектурное бюро Skidmore, Owings & Merrill известно проектированием и разработкой башни Бурдж-Халифа, самого высокого здания в мире. Подобные знаковые сооружения – одна из специализаций компании. Но в их нью-йоркском офисе архитекторы работают над ещё более удивительным проектом – чертежами внеземных построек, первым подобным проектом для этой фирмы. Компания разрабатывает лунную базу совместно с Европейским космическим агентством (ЕКА) и MIT.

Дэниел Иноценте, ведущий дизайнер, показывает чертежи и созданные на компьютере изображения белых пухлых коконов, разбросанных по лунному ландшафту, связанных трубами переходов и окружённых роботами, солнечными панелями и астронавтами, и за всем этим с неба наблюдает знакомый голубой шар.

Лунная орбитальная платформа-шлюз от НАСА станет либо необходимым этапом для посадки на Луну, либо никчёмной ерундой

Когда астронавты полвека назад впервые сели на Луну, они долетели туда в один этап: ракета Сатурн-5 запустила командный, обслуживающий и посадочный модули «Аполлон», и они вышли на низкую окололунную орбиту. Затем посадочный модуль отделился и опустился на поверхность. Проведя 22 часа в лунной пыли, астронавты с "Аполлона-11" забрались во взлётный модуль и вернулись в командный модуль, чтобы отправиться в обратный путь.

Как говорится, «по следам наших публикаций». Год назад я рассказал про обнаруженную на метеорологическом спутнике США GOES-17 аварию — его инфракрасный сенсор плохо охлаждался. На прошлой неделе NASA выпустило отчет о расследовании происшествия. Полный документ мы, к сожалению, не увидим — там содержатся коммерческие и охраняемые государством секреты, опубликована сокращенная версия. Установленная причина банальна — посторонние твердые частицы в рабочей жидкости забили трубки.


Тропический шторм Барбара глазами GOES-17, 1 июля 2019, фото NOAA, в полном размере еще красивее

Долгие годы фантасты со всех уголков нашей планеты на страницах своих произведений мечтали о космических путешествиях и колонизации далеких планет, первой среди которых на ум приходит Марс. Красная планета манит не только авторов научной фантастики, но и научное сообщество. И вот мысли о колонизации Марса перестали быть столь безумными, и весь мир подключился к новой космической гонке. Для людей, которые первыми ступят на поверхность четвертой планеты от Солнца, будет уготовано немало испытаний, начиная от невероятного температурного диапазона (от 30° до -170°) и заканчивая силой тяжести, которая почти в три раза меньше земной (3,711 м/с² против 9,807 м/с²). Сегодня мы поговорим об исследовании, в котором ученые NASA пытаются определить новые способы снижения негативного влияния пониженной гравитации на мышцы человека. Какие вещества могут в этом помочь, где их найти, как себя чувствовали крысы-марсиане во время практических опытов, и при чем тут красное вино? Обо всем этом мы узнаем из доклада исследовательской группы.

В далеком 1903 году небезызвестные братья Райт построили первый самолет, оснащенный двигателем. Большая часть этого удивительного аппарата была изготовлена из ели. Сейчас самолеты из дерева это музейные экспонаты, но на тот момент использование этого материала было обосновано его прочностью и легкостью.

Сейчас в авиации, судостроении и других отраслях используются куда более сложные материалы, среди которых далеко не последнее место занимают сплавы на основе магния. Несмотря на все свои преимущества, у этих сплавов есть ряд недостатков, которые предотвращают их более широкое применение. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые из университета Монаша (Мельбурн, Австралия) открыли новый метод, позволяющий создавать более прочный и легкий магниевый сплав. Как им это удалось, какие новые физические и химические свойства были выявлены, и какую роль в этом труде сыграло рентгеновское картирование? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе исследовательской группы. Поехали.

Новатор в области информатики рассказывает о том, как руководила разработкой программного обеспечения для посадки миссии «Аполлон-11» на Луну

Барак Обама вручает Маргарет Гамильтон Президентскую медаль Свободы в 2016-м

Пионер информатики Маргарет Гамильтон сыграла ключевую роль в посадке астронавтов на Луну, впервые произошедшей 20 июля 1969 года, 50 лет назад, а также в безопасном возврате их домой спустя несколько дней. Молодая женщина-программист из MIT, с маленьким ребёнком, управляла командой, создававшей бортовое полётное ПО для миссий «Аполлон», включая и "Аполлон-11". Эта компьютерная система была одной из сложнейших для своего времени. Её строгий подход к программированию оказался настолько успешным, что неизвестно ни об одной программной ошибке, случавшейся во время пилотируемых миссий «Аполлон». «Она символизирует поколение невоспетых женщин, помогавших отправлять человечество в космос», — сказал президент Барак Обама в 2016 году, когда он наградил Гамильтон президентской медалью Свободы, высочайшей гражданской наградой в США. В 2017 году она стала одной из немногих женщин, работавших в НАСА, увековеченных в виде фигурки LEGO. В 50-ю годовщину первого прилунения Гамильтон, которой исполнилось уже 82 года, вспоминает о своей новаторской работе с вычислительной техникой.

50 лет назад впервые человек шагнул в лунный реголит. Это стало результатом фантастического прогресса науки и техники, космической гонки, политического противостояния двух стран: США и СССР. Полет человека на Луну стал настолько невероятным событием, что сегодня немало людей отрицает сам факт такого полета. К счастью, благодаря интернету мы имеем доступ к огромному объему материалов и научных данных, которые открывают возможность самостоятельно выяснить подробности этой сложнейшей программы.

20 июля 1969 в 20:17:39 по времени UTC, которое в то время называлось Гринвичским, лунный модуль Eagle корабля Apollo-11 совершил мягкую посадку на поверхность Луны. По возвращении на Землю 24 июля 1969 экипаж (командир Нил Армстронг, пилот лунного модуля Баз Олдрин и пилот командного/сервисного модуля Майкл Коллинз) был отправлен в двухнедельный карантин. Прямо на палубе авианосца астронавты подверглись полной, биологической изоляции на случай, если они привезли с собой внеземные микроорганизмы. Герои первой лунной экспедиции содержались в специальном боксе Лунной Приемной Лаборатории в Хьюстоне, пока не стало ясно, что их здоровье в полном порядке. Выйдя из-за стекла (см. фото ниже), 12 августа 1969 экипаж Аполлона-11 дал первую пресс-конференцию. Луноборцы спекулируют на ней, утверждая, что астронавты были скованы, нервничали, путались и т.д.