Šaltas žvaigždžių žvilgsnis ypač gražus žiemos danguje. Šiuo metu matomos ryškiausios žvaigždės ir žvaigždynai: Orionas, Plejadės, Didysis šuo su akinančiu Sirijumi …
Prieš ketvirtį amžiaus septyni Karinio jūrų laivyno akademijos karininkai uždavė neįprastą klausimą: kiek šiuolaikinė žmonija yra arti žvaigždžių? Tyrimo metu buvo parengta išsami ataskaita, žinoma kaip „Project Longshot“(tolimas nuotolis). Automatinio tarpžvaigždinio laivo, galinčio per pagrįstą laiką pasiekti artimiausias žvaigždes, koncepcija. Jokių tūkstantmečių skrydžių ir „kartų laivų“! Zondas turėtų pasiekti Alfa Centauri apylinkes per 100 metų nuo jo paleidimo į kosmosą momento.
Hiper erdvė, gravitacija, antimaterija ir fotoninės raketos … Ne! Pagrindinis projekto bruožas yra jo priklausomybė nuo esamų technologijų. Pasak kūrėjų, „Longshot“dizainas leidžia sukurti erdvėlaivį jau XXI amžiaus pirmoje pusėje!
Šimtas metų skrydžio su esamomis technologijomis. Negirdėtas įžūlumas, atsižvelgiant į kosminių atstumų mastą. Tarp Saulės ir Kentauro alfa yra 4, 36 sv pločio „juodoji bedugnė“. metų. Daugiau nei 40 trilijonų kilometrų! Žiauri šio skaičiaus prasmė paaiškėja kitame pavyzdyje.
Jei sumažinsime Saulės dydį iki teniso kamuoliuko dydžio, visa Saulės sistema tilps Raudonojoje aikštėje. Žemės dydis pasirinktoje skalėje sumažės iki smėlio grūdelio dydžio, o artimiausias „teniso kamuolys“- „Alpha Centauri“- gulės Venecijos Šv.
Skrydis į „Alpha Centauri“įprastu „Shuttle“ar „Soyuz“erdvėlaiviu užtruktų 190 000 metų.
Siaubinga diagnozė skamba kaip sakinys. Ar esame pasmerkti sėdėti ant savo „smėlio grūdo“, neturėdami nė menkiausios galimybės pasiekti žvaigždes? Populiariuose mokslo žurnaluose yra skaičiavimų, įrodančių, kad neįmanoma pagreitinti erdvėlaivio iki beveik šviesos greičio. Tam reikės „sudeginti“visas Saulės sistemos medžiagas.
Ir vis dėlto yra šansas! Projektas „Longshot“įrodė, kad žvaigždės yra daug arčiau, nei galime įsivaizduoti.
Ant „Voyager“korpuso yra plokštelė su pulsaro žemėlapiu, rodančia Saulės vietą galaktikoje, taip pat išsamią informaciją apie Žemės gyventojus. Tikimasi, kad ateiviai kada nors suras šį „akmeninį kirvį“ir atvyks mūsų aplankyti. Bet jei prisimintume visų technologinių civilizacijų Žemėje elgesio ypatumus ir užkariautojų Amerikos užkariavimo istoriją, negalima tikėtis „taikaus kontakto“…
Ekspedicijos misija
Prisijunkite prie „Alpha Centauri“sistemos per šimtą metų.
Skirtingai nuo kitų „žvaigždžių laivų“(„Daedalus“), projektas „Longshot“buvo susijęs su žvaigždžių sistemos („Alpha“ir „Beta Centauri“) orbitos patekimu. Tai gerokai apsunkino užduotį ir pailgino skrydžio laiką, tačiau leistų išsamiai ištirti tolimų žvaigždžių apylinkes (skirtingai nei „Daedalus“, kuris per dieną būtų praskriejęs pro tikslą ir dingęs be pėdsakų kosmoso gelmėse).
Skrydis truks 100 metų. Norint perkelti informaciją į Žemę, reikės dar 4, 36 metų.
„Alpha Centauri“, palyginti su saulės sistema
Astronomai į projektą deda dideles viltis - sėkmės atveju jie turės fantastišką prietaisą paralaksėms (atstumams iki kitų žvaigždžių) matuoti, remiantis 4, 36 sv. metų.
Šimtmečio skrydis per naktį taip pat nepraeis be tikslo: prietaisas ištirs tarpžvaigždinę terpę ir praplės mūsų žinias apie išorines Saulės sistemos ribas.
Šaudė į žvaigždes
Pagrindinė ir vienintelė kelionių į kosmosą problema yra didžiuliai atstumai. Išsprendę šią problemą, išspręsime visa kita. Sumažinus skrydžio laiką, bus pašalintas ilgalaikio energijos šaltinio ir didelio laivo sistemų patikimumo klausimas. Problema, susijusi su žmogaus buvimu laive, bus išspręsta. Dėl trumpo skrydžio sudėtingos gyvybės palaikymo sistemos ir milžiniškos maisto / vandens / oro atsargos laive nėra būtinos.
Bet tai tolimos svajonės. Tokiu atveju per šimtmetį būtina pristatyti bepilotį zondą į žvaigždes. Mes nežinome, kaip sulaužyti erdvės ir laiko kontinuumą, todėl yra tik viena išeitis: padidinti „žvaigždės laivo“greitį.
Kaip parodė skaičiavimai, skrydžiui į „Alpha Centauri“per 100 metų reikia ne mažesnio kaip 4,5% šviesos greičio. 13500 km / s.
Nėra esminių draudimų, leidžiančių makrokosmoso kūnams judėti nurodytu greičiu, tačiau jo vertė yra nepaprastai didelė. Palyginimui: greičiausio erdvėlaivio (zondo „New Horizons“) greitis išjungus viršutinę pakopą buvo „tik“16,26 km / s (58636 km / h) Žemės atžvilgiu.
„Longshot“koncepcijos žvaigždžių laivas
Kaip pagreitinti tarpžvaigždinį laivą iki tūkstančių km / s greičio? Atsakymas akivaizdus: jums reikia didelės traukos variklio, kurio specifinis impulsas yra bent 1 000 000 sekundžių.
Specifinis impulsas yra reaktyvinio variklio efektyvumo rodiklis. Priklauso nuo dujų molekulinės masės, temperatūros ir slėgio degimo kameroje. Kuo didesnis slėgio skirtumas degimo kameroje ir išorinėje aplinkoje, tuo didesnis darbinio skysčio nutekėjimo greitis. Ir todėl variklio efektyvumas yra didesnis.
Geriausi šiuolaikinių elektrinių reaktyvinių variklių (ERE) pavyzdžiai turi specifinį 10 000 s impulsą; esant įkrautų dalelių spindulių nutekėjimo greičiui - iki 100 000 km / s. Darbinio skysčio (ksenono / kriptono) sunaudojimas yra keli miligramai per sekundę. Variklis tyliai dūzgia viso skrydžio metu, lėtai pagreitindamas laivą.
EJE žavi santykiniu paprastumu, maža kaina ir galimybe pasiekti didelį greitį (dešimtis km / s), tačiau dėl mažos traukos vertės (mažiau nei vienas Niutonas) pagreitis gali užtrukti dešimtis metų.
Kitas dalykas - cheminiai raketų varikliai, ant kurių remiasi visa šiuolaikinė kosmonautika. Jie turi didžiulę trauką (dešimtis ir šimtus tonų), tačiau didžiausias specifinis trijų komponentų raketinio variklio (ličio / vandenilio / fluoro) variklio impulsas yra tik 542 s, o dujų nutekėjimo greitis yra šiek tiek didesnis nei 5 km. / s. Tai yra riba.
Skystą raketą turinčios raketos leidžia per trumpą laiką padidinti erdvėlaivio greitį keliais km / s, tačiau jos nesugeba daugiau. Žvaigždžių laivui reikės variklio, pagrįsto skirtingais fiziniais principais.
„Longshot“kūrėjai svarstė keletą egzotiškų būdų, t. „Lengva burė“, pagreitinta 3, 5 teravatų galios lazeriu (metodas pripažintas neįmanomu).
Iki šiol vienintelis realus būdas pasiekti žvaigždes yra impulsinis branduolinis (termobranduolinis) variklis. Veikimo principas grindžiamas lazerine termobranduoline sinteze (LTS), gerai ištirta laboratorinėmis sąlygomis. Didelio energijos kiekio sutelkimas mažuose medžiagos kiekiuose per trumpą laiką (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) su inercine plazmos izoliacija.
„Longshot“atveju nėra jokios abejonės dėl jokios stabilios kontroliuojamos termobranduolinės sintezės reakcijos: ilgalaikis plazmos uždarymas nereikalingas. Norint sukurti reaktyvinę trauką, susidaręs aukštos temperatūros krešulys turi būti nedelsiant „išstumtas“magnetiniu lauku virš laivo.
Kuras yra helio-3 / deuterio mišinys. Reikalingas degalų kiekis tarpžvaigždiniam skrydžiui bus 264 tonos.
Panašiai planuojama pasiekti precedento neturintį efektyvumą: skaičiavimuose konkretaus impulso vertė yra 1,02 mln.sekundžių!
Kaip pagrindinis energijos šaltinis maitinant laivo sistemas - impulsinius variklių lazerius, padėties valdymo sistemas, ryšius ir mokslinius instrumentus - buvo pasirinktas įprastas reaktorius, pagrįstas urano kuro rinkiniais. Įrenginio elektros galia turi būti ne mažesnė kaip 300 kW (šiluminė galia yra beveik eilės tvarka didesnė).
Šiuolaikinių technologijų požiūriu, reaktoriaus, kurio nereikia įkrauti visą šimtmetį, sukūrimas nėra lengvas, tačiau praktiškai įmanomas. Jau dabar karo laivuose naudojamos branduolinės sistemos, kurių branduolio tarnavimo laikas atitinka laivų tarnavimo laiką (30–50 metų). Maitinimas taip pat yra visiškai tvarkingas - pavyzdžiui, branduolinis įrenginys „OK -650“, sumontuotas Rusijos karinio jūrų laivyno branduoliniuose povandeniniuose laivuose, yra 190 megavatų šiluminės galios ir gali tiekti elektros energiją visam miestui, kuriame gyvena 50 000 žmonių!
Tokie įrenginiai yra labai galingi erdvei. Tam reikia kompaktiškumo ir tikslaus atitikimo nurodytoms charakteristikoms. Pavyzdžiui, 1987 m. Liepos 10 d. Buvo paleistas „Kosmos -1867“- sovietinis palydovas su Jenisejaus branduoline įranga (palydovo masė - 1,5 tonos, reaktoriaus šiluminė galia - 150 kW, elektros galia - 6, 6 kW, tarnavimo laikas - 11 mėnesių)).
Tai reiškia, kad „Longshot“projekte naudojamas 300 kW galios reaktorius yra artimiausios ateities reikalas. Patys inžinieriai apskaičiavo, kad tokio reaktoriaus masė bus apie 6 tonas.
Tiesą sakant, čia baigiasi fizika ir prasideda žodžiai.
Tarpžvaigždinių kelionių problemos
Norint valdyti zondą, reikės borto kompiuterių komplekso su dirbtinio intelekto galimybėmis. Esant sąlygoms, kai signalo perdavimo laikas yra ilgesnis nei 4 metai, neįmanoma veiksmingai valdyti zondo nuo žemės.
Mikroelektronikos ir tyrimų prietaisų kūrimo srityje pastaruoju metu įvyko didelio masto pokyčiai. Mažai tikėtina, kad 1987 m. „Longshot“kūrėjai turėjo supratimą apie šiuolaikinių kompiuterių galimybes. Galima manyti, kad ši techninė problema buvo sėkmingai išspręsta per pastarąjį ketvirtį amžiaus.
Situacija su ryšių sistemomis atrodo tokia pat optimistiška. Už patikimą informacijos perdavimą iš 4, 36 sv atstumo. metus reikės lazerių sistemos, veikiančios 0,532 mikronų bangos slėnyje ir 250 kW spinduliuotės galia. Šiuo atveju kiekvienam kvadratui. metrų Žemės paviršiaus nukris 222 fotonai per sekundę, o tai yra daug daugiau nei šiuolaikinių radijo teleskopų jautrumo slenkstis. Informacijos perdavimo greitis iš didžiausio atstumo bus 1 kbps. Šiuolaikiniai radijo teleskopai ir kosminės komunikacijos sistemos sugeba kelis kartus išplėsti keitimosi duomenimis kanalą.
Palyginimui: zondo „Voyager 1“siųstuvo galia, kuri šiuo metu yra 19 milijardų km atstumu nuo Saulės (17,5 šviesos valandos), yra tik 23 W - kaip jūsų šaldytuvo lemputė. Tačiau to visiškai pakanka telemetrijos perdavimui į Žemę kelių kbit / s greičiu.
Atskira eilutė yra laivo termoreguliacijos klausimas.
Megavatų klasės branduolinis reaktorius ir impulsinis termobranduolinis variklis yra milžiniško šilumos energijos šaltiniai, be to, vakuume yra tik du šilumos pašalinimo būdai - abliacija ir radiacija.
Išeitis gali būti sumontuota pažangi radiatorių ir spinduliuojančių paviršių sistema, taip pat šilumą izoliuojantis keraminis buferis tarp variklio skyriaus ir laivo kuro bakų.
Pradiniame kelionės etape laivui reikės papildomo apsauginio skydo nuo saulės spindulių (panašaus į naudojamą „Skylab“orbitinėje stotyje). Galutinio taikinio srityje - „Beta Centauri“žvaigždės orbitoje - taip pat kils zondo perkaitimo pavojus. Reikalinga įrangos šilumos izoliacija ir perteklinės šilumos perdavimo iš visų svarbių blokų ir mokslinių prietaisų į spinduliuojančius radiatorius sistema.
Laivo pagreičio laikui bėgant grafikas
Diagrama, rodanti greičio kitimą
Erdvėlaivio apsaugos nuo mikrometeoritų ir kosminių dulkių dalelių klausimas yra labai sunkus. Esant 4,5% šviesos greičiui, bet koks susidūrimas su mikroskopiniu objektu gali rimtai pažeisti zondą. „Longshot“kūrėjai siūlo išspręsti problemą įrengiant galingą apsauginį skydą laivo priekyje (metalas? Keramika?), Kuris tuo pat metu buvo ir šilumos perteklius.
Kiek patikima ši apsauga? Ir ar galima naudoti mokslinės fantastikos apsaugos sistemas jėgos / magnetinių laukų pavidalu arba mikrodispersinių dalelių „debesis“, laikomus magnetinio lauko prieš laivą? Tikėkimės, kad kol bus sukurtas žvaigždžių laivas, inžinieriai ras tinkamą sprendimą.
Kalbant apie patį zondą, jis tradiciškai bus daugiapakopis su nuimamais rezervuarais. Korpuso konstrukcijų gamybos medžiaga - aliuminis / titano lydiniai. Bendra surinkto erdvėlaivio masė žemos žemės orbitoje bus 396 tonos, o maksimalus ilgis-65 metrai.
Palyginimui: Tarptautinės kosminės stoties masė yra 417 tonų, o ilgis - 109 metrai.
1) Paleiskite konfigūraciją žemos žemės orbitoje.
2) 33 skrydžio metai, pirmosios tankų poros atskyrimas.
3) 67 skrydžio metai, antros poros tankų atskyrimas.
4) 100 -tie skrydžio metai - atvykimas į taikinį 15–30 km / s greičiu.
Paskutinio etapo atskyrimas, patekimas į nuolatinę orbitą aplink Beta Centauri.
Kaip ir TKS, „Longshot“galima surinkti naudojant blokavimo metodą žemoje Žemės orbitoje. Tikroviški erdvėlaivio matmenys leidžia surinkimo procese naudoti esamas raketas (palyginimui, galingasis „Saturn-V“vienu metu į LEO gali vežti 120 tonų krovinį!)
Reikėtų atsižvelgti į tai, kad impulsinio termobranduolinio variklio paleidimas beveik žemės orbitoje yra per daug rizikingas ir neatsargus. „Longshot“projekte buvo numatyta papildomų stiprintuvų (cheminio skysto raketinio kuro raketinių variklių), kad būtų pasiektas antrasis ir trečiasis kosminis greitis ir ištrauktas erdvėlaivis iš ekliptikos plokštumos („Alpha Centauri“sistema yra 61 ° virš plokštumos). Žemės sukimasis aplink Saulę). Taip pat gali būti, kad šiuo tikslu bus pateisinamas manevras Jupiterio gravitaciniame lauke - kaip kosminiai zondai, kuriems pavyko ištrūkti iš ekliptikos plokštumos, naudojant „nemokamą“pagreitį netoli milžiniškos planetos.
Epilogas
Visos hipotetinio tarpžvaigždinio laivo technologijos ir komponentai egzistuoja realybėje.
„Longshot“zondo svoris ir matmenys atitinka šiuolaikinės kosmonautikos galimybes.
Jei pradėsime darbą šiandien, labai tikėtina, kad iki XXII amžiaus vidurio mūsų laimingi proanūkiai iš arti pamatys pirmuosius „Alpha Centauri“sistemos vaizdus.
Pažanga turi negrįžtamą kryptį: kasdien gyvenimas ir toliau stebina mus naujais išradimais ir atradimais. Gali būti, kad po 10–20 metų visos aukščiau aprašytos technologijos pasirodys prieš mus kaip pavyzdžiai, pagaminti naudojant naują technologinį lygį.
Ir vis dėlto kelias į žvaigždes yra per toli, kad būtų prasminga apie tai rimtai kalbėti.
Dėmesingas skaitytojas tikriausiai jau atkreipė dėmesį į pagrindinę projekto „Longshot“problemą. Helis-3.
Kur gauti šimtą tonų šios medžiagos, jei kasmet pagaminamas helis-3 yra tik 60 000 litrų (8 kilogramai) per metus už kainą iki 2 000 USD už litrą?! Drąsūs mokslinės fantastikos rašytojai viliasi dėl helio-3 gamybos Mėnulyje ir milžiniškų planetų atmosferoje, tačiau niekas negali suteikti jokių garantijų šiuo klausimu.
Kyla abejonių dėl galimybės laikyti tokį degalų kiekį ir jo dozuotą tiekimą šaldytų „tablečių“pavidalu, reikalingų impulsiniam termobranduoliniam varikliui įjungti. Tačiau, kaip ir pats variklio veikimo principas: tai, kas daugiau ar mažiau veikia laboratorinėmis sąlygomis Žemėje, dar toli gražu nėra naudojama kosmose.
Galiausiai, precedento neturintis visų zondų sistemų patikimumas.„Longshot“projekto dalyviai tiesiogiai rašo apie tai: sukurti variklį, galintį veikti 100 metų be sustojimo ir kapitalinio remonto, bus neįtikėtinas techninis laimėjimas. Tas pats pasakytina apie visas kitas zondų sistemas ir mechanizmus.
Tačiau neturėtumėte nusiminti. Astronautikos istorijoje yra precedento neturinčių erdvėlaivių patikimumo pavyzdžių. Pionieriai 6, 7, 8, 10, 11, taip pat 1 ir 2 reisai - visi jie daugiau nei 30 metų dirbo kosmose!
Istorija su šių erdvėlaivių hidrazino varikliais (padėties valdymo varikliais) yra orientacinė. „Voyager 1“į atsarginį rinkinį perėjo 2004 m. Iki to laiko pagrindinis variklių komplektas atviroje erdvėje dirbo 27 metus, atlaikęs 353 000 užvedimų. Pažymėtina, kad variklio katalizatoriai visą laiką buvo nuolat kaitinami iki 300 ° C!
Šiandien, praėjus 37 metams nuo starto, abu „Voyagers“tęsia beprotišką skrydį. Jie jau seniai paliko heliosferą, tačiau ir toliau reguliariai perduoda duomenis tarpžvaigždinėje terpėje į Žemę.
Bet kokia sistema, priklausanti nuo žmogaus patikimumo, yra nepatikima. Tačiau turime pripažinti: kalbant apie erdvėlaivių patikimumo užtikrinimą, mums pavyko pasiekti tam tikrų laimėjimų.
Visos „žvaigždžių ekspedicijos“įgyvendinimui reikalingos technologijos nustojo būti mokslininkų, piktnaudžiaujančių kanabinoidais, fantazijomis ir buvo įkūnytos aiškių patentų ir veikiančių technologijų pavyzdžių pavidalu. Laboratorijoje - bet jie egzistuoja!
Tarpžvaigždinio erdvėlaivio „Longshot“koncepcinis dizainas įrodė, kad turime galimybę pabėgti į žvaigždes. Šiuo sudėtingu keliu reikia įveikti daugybę sunkumų. Tačiau svarbiausia yra tai, kad vystymosi vektorius yra žinomas ir atsirado pasitikėjimas savimi.
Daugiau informacijos apie projektą „Longshot“rasite čia:
Už susidomėjimo šia tema inicijavimą dėkoju „Paštininkui“.
