Hladen odsev zvezd je še posebej lep na zimskem nebu. V tem času postanejo vidne najsvetlejše zvezde in ozvezdja: Orion, Plejade, Veliki pes z bleščečim Siriusom …
Pred četrt stoletja je sedem vojaških častnikov pomorske akademije postavilo nenavadno vprašanje: kako blizu je sodobno človeštvo zvezdam? Raziskava je privedla do podrobnega poročila, znanega kot Project Longshot (strel na dolge razdalje). Koncept avtomatskega medzvezdnega plovila, ki lahko v razumnem času doseže najbližje zvezde. Brez tisočletja letenja in "ladij generacij"! Sonda bi morala doseči bližino Alpha Centauri v 100 letih od trenutka izstrelitve v vesolje.
Hiperprostor, gravitacija, antimaterija in fotonske rakete … Ne! Glavna značilnost projekta je njegova odvisnost od obstoječih tehnologij. Po mnenju razvijalcev zasnova Longshot omogoča izdelavo vesoljske ladje že v prvi polovici 21. stoletja!
Sto let letenja z obstoječimi tehnologijami. Neslišna drznost glede na lestvico kozmičnih razdalj. Med Soncem in Alfo Centauri leži "črno brezno" širine 4, 36 sv. leta. Več kot 40 bilijonov kilometrov! Pošastni pomen te figure postane jasen v naslednjem primeru.
Če velikost Sonca zmanjšamo na velikost teniške žogice, bo celoten sončni sistem ustrezal Rdečemu trgu. Velikost Zemlje v izbrani lestvici se bo zmanjšala na velikost zrna peska, najbližja "teniška žogica" - Alpha Centauri - pa bo ležala na Trgu svetega Marka v Benetkah.
Let do Alpha Centauri z običajnim vesoljskim plovilom Shuttle ali Soyuz bi trajal 190.000 let.
Grozna diagnoza zveni kot stavek. Ali smo obsojeni sedeti na svojem "zrnu peska" in nimamo niti najmanjše možnosti, da bi dosegli zvezde? V znanstveno-popularnih revijah obstajajo izračuni, ki dokazujejo, da vesoljske ladje ni mogoče pospešiti do hitrosti skoraj svetlobe. To bo zahtevalo "sežiganje" vseh snovi v sončnem sistemu.
In vendar obstaja možnost! Projekt Longshot je dokazal, da so zvezde veliko bližje, kot si lahko predstavljamo.
Na trupu Voyagerja je plošča s pulsar zemljevidom, ki prikazuje lokacijo Sonca v galaksiji, pa tudi podrobne informacije o prebivalcih Zemlje. Pričakuje se, da bodo vesoljci nekoč našli to "kamnito sekiro" in nas obiskali. Če pa se spomnimo posebnosti vedenja vseh tehnoloških civilizacij na Zemlji in zgodovine osvajanja Američanov s strani osvajalcev, ne moremo računati na "miren stik" …
Poslanstvo odprave
Pridite do sistema Alpha Centauri v sto letih.
Za razliko od drugih "zvezdnih ladij" ("Daedalus") je projekt "Longshot" vključeval vstop v orbito zvezdnega sistema (Alpha in Beta Centauri). To je znatno otežilo nalogo in podaljšalo čas letenja, vendar bi omogočilo podrobno preučevanje bližine oddaljenih zvezd (za razliko od Dedala, ki bi v enem dnevu odhitel mimo cilja in brez sledu izginil v globinah vesolja).
Let bo trajal 100 let. Še 4, 36 let bo potrebnih za prenos informacij na Zemljo.
Alfa Centauri v primerjavi s sončnim sistemom
Astronomi na projekt polagajo velike upe - če bodo uspešni, bodo imeli fantastičen instrument za merjenje paralakse (razdalje do drugih zvezd) z osnovo 4, 36 sv. leta.
Stoletni let skozi noč prav tako ne bo minil brez cilja: naprava bo preučevala medzvezdni medij in razširila naše znanje o zunanjih mejah sončnega sistema.
Strel do zvezd
Glavni in edini problem vesoljskih potovanj so ogromne razdalje. Ko smo rešili to težavo, bomo rešili vse ostalo. Zmanjšanje časa leta bo odpravilo vprašanje dolgoročnega vira energije in visoke zanesljivosti ladijskih sistemov. Problem s prisotnostjo osebe na krovu bo rešen. Kratek let naredi kompleksne sisteme za vzdrževanje življenja in ogromne zaloge hrane / vode / zraka na krovu nepotrebne.
Toda to so daljne sanje. V tem primeru je treba zvezdi v enem stoletju dostaviti sondo brez posadke. Ne vemo, kako prekiniti prostorsko-časovni kontinuum, zato obstaja le en izhod: povečati hitrost tal "zvezdne ladje".
Kot je pokazal izračun, let v Alpha Centauri v 100 letih zahteva hitrost najmanj 4,5% hitrosti svetlobe. 13500 km / s.
Ni temeljnih prepovedi, ki bi telesom v makrokozmosu omogočale gibanje z navedeno hitrostjo, vendar je njegova vrednost pošastno velika. Za primerjavo: hitrost najhitrejšega vesoljskega plovila (sonda "New Horizons") po izklopu zgornje stopnje je bila glede na Zemljo "le" 16,26 km / s (58636 km / h).
Zvezdna ladja Longshot concept
Kako pospešiti medzvezdno ladjo do hitrosti tisoče km / s? Odgovor je očiten: potrebujete motor z visokim potiskom z določenim impulzom najmanj 1.000.000 sekund.
Specifični impulz je pokazatelj učinkovitosti reaktivnega motorja. Odvisno od molekulske mase, temperature in tlaka plina v zgorevalni komori. Večja kot je razlika v tlaku v zgorevalni komori in v zunanjem okolju, večja je hitrost odtoka delovne tekočine. Zato je učinkovitost motorja večja.
Najboljši primeri sodobnih električnih reaktivnih motorjev (ERE) imajo specifičen impulz 10.000 s; pri hitrosti iztoka žarkov nabitih delcev - do 100.000 km / s. Poraba delovne tekočine (ksenon / kripton) je nekaj miligramov na sekundo. Motor med letom tiho brne in počasi pospešuje plovilo.
EJE navdušujejo s svojo relativno preprostostjo, nizkimi stroški in možnostjo doseganja visokih hitrosti (več deset km / s), a zaradi nizke vrednosti potiska (manj kot en Newton) lahko pospešek traja več deset let.
Druga stvar so kemični raketni motorji, na katerih počiva vsa sodobna kozmonavtika. Imajo velik potisk (desetine in stotine ton), vendar je največji specifični impulz trikomponentnega raketnega motorja na tekoče gorivo (litij / vodik / fluor) le 542 s, s hitrostjo iztekanja plina nekaj več kot 5 km / s. To je meja.
Rakete na tekoče gorivo omogočajo v kratkem času povečati hitrost vesoljskega plovila za nekaj km / s, vendar več niso sposobne. Zvezdna ladja bo potrebovala motor, ki temelji na različnih fizikalnih načelih.
Ustvarjalci "Longshota" so razmišljali o več eksotičnih načinih, vklj. "Lahka jadra", pospešena z laserjem z močjo 3, 5 teravatov (metoda je bila priznana kot neizvedljiva).
Do danes je edini realni način doseganja zvezd impulzni jedrski (termonuklearni) motor. Načelo delovanja temelji na laserski termonuklearni fuziji (LTS), dobro raziskani v laboratorijskih pogojih. Koncentracija velike količine energije v majhnih količinah snovi v kratkem času (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) z inercialno plazemsko omejitvijo.
V primeru Longshota ni govora o stabilni reakciji nadzorovane termonuklearne fuzije: dolgotrajna omejitev v plazmi ni potrebna. Če želite ustvariti potisk curka, mora nastali visokotemperaturni strdek magnetno polje na ladji takoj "potisniti".
Gorivo je mešanica helij-3 / devterij. Potrebna zaloga goriva za medzvezdni let bo 264 ton.
Na podoben način se načrtuje doseganje izjemne učinkovitosti: v izračunih je vrednost specifičnega impulza 1,02 milijona.sekunde!
Kot glavni vir energije za napajanje ladijskih sistemov - impulznih motorjev laserjev, sistemov za nadzor položaja, komunikacij in znanstvenih instrumentov - je bil izbran običajen reaktor na osnovi gorivnih sklopov iz urana. Električna moč naprave mora biti najmanj 300 kW (toplotna moč je skoraj za red velikosti večja).
Z vidika sodobne tehnologije izdelava reaktorja, ki ne potrebuje polnjenja celo stoletje, ni lahka, a v praksi možna. Že zdaj se na vojaških ladjah uporabljajo jedrski sistemi, katerih jedro ima življenjsko dobo, sorazmerno z življenjsko dobo ladij (30-50 let). Moč je tudi v popolnem redu - na primer, jedrska naprava OK -650, nameščena na jedrskih podmornicah ruske mornarice, ima toplotno moč 190 megavatov in je sposobna oskrbovati z elektriko celo mesto z 50.000 prebivalci!
Takšne instalacije so za prostor preveč zmogljive. To zahteva kompaktnost in natančno skladnost z določenimi lastnostmi. Na primer, 10. julija 1987 je bil izstreljen Kosmos -1867 - sovjetski satelit z jedrsko instalacijo Yenisei (masa satelita - 1,5 tone, toplotna moč reaktorja - 150 kW, električna moč - 6, 6 kW, življenjska doba - 11 mesecev)).
To pomeni, da je 300 kW reaktor, uporabljen v projektu Longshot, stvar bližnje prihodnosti. Inženirji so sami izračunali, da bi bila masa takega reaktorja približno 6 ton.
Pravzaprav se tu konča fizika in začnejo besedila.
Težave medzvezdnega potovanja
Za nadzor sonde bo potreben računalniški kompleks na vozilu z umetno inteligenco. V pogojih, ko je čas prenosa signala daljši od 4 let, je učinkovit nadzor nad sondo s tal nemogoč.
Na področju mikroelektronike in ustvarjanja raziskovalnih naprav so se v zadnjem času zgodile velike spremembe. Malo je verjetno, da so ustvarjalci Longshota leta 1987 imeli predstavo o zmogljivostih sodobnih računalnikov. Lahko se šteje, da je bil ta tehnični problem v zadnjem četrt stoletju uspešno rešen.
Situacija s komunikacijskimi sistemi je videti prav tako optimistična. Za zanesljiv prenos informacij z razdalje 4, 36 sv. leto bo potreben sistem laserjev, ki delujejo v dolini vala 0,532 mikrona in z močjo sevanja 250 kW. V tem primeru za vsak kvadrat. meter Zemljine površine bo padlo 222 fotonov na sekundo, kar je veliko višje od praga občutljivosti sodobnih radijskih teleskopov. Hitrost prenosa informacij z največje razdalje bo 1 kb / s. Sodobni radijski teleskopi in vesoljski komunikacijski sistemi lahko večkrat razširijo kanal za izmenjavo podatkov.
Za primerjavo: moč oddajnika sonde Voyager 1, ki je trenutno na razdalji 19 milijard km od Sonca (17,5 svetlobnih ur), je le 23 W - kot žarnica v vašem hladilniku. Vendar je to povsem dovolj za telemetrični prenos na Zemljo s hitrostjo več kbit / s.
Ločena vrstica je vprašanje termoregulacije ladje.
Jedrski reaktor razreda megavatov in impulzni termonuklearni motor sta vira ogromne količine toplotne energije, poleg tega v vakuumu obstajata le dva načina odvajanja toplote - ablacija in sevanje.
Rešitev je lahko namestitev naprednega sistema radiatorjev in sevalnih površin ter toplotno izolacijskega keramičnega odbojnika med motornim prostorom in ladijskimi rezervoarji za gorivo.
Na začetni stopnji potovanja bo ladja potrebovala dodaten zaščitni ščit pred sončnim sevanjem (podobno kot pri orbitalni postaji Skylab). Na območju končnega cilja - v orbiti zvezde Beta Centauri - obstaja tudi nevarnost pregrevanja sonde. Potrebna je toplotna izolacija opreme in sistem za prenos presežne toplote iz vseh pomembnih blokov in znanstvenih instrumentov v radiatorje, ki sevajo.
Graf pospeška ladje skozi čas
Graf prikazuje spremembo hitrosti
Vprašanje zaščite vesoljskega plovila pred mikrometeoriti in delci kozmičnega prahu je izredno težko. Pri hitrosti 4,5% svetlobne hitrosti lahko vsako trčenje z mikroskopskim predmetom sondo resno poškoduje. Ustvarjalci "Longshota" predlagajo rešitev problema z namestitvijo močnega zaščitnega ščita na sprednji strani ladje (kovina? Keramika?), Ki je bil hkrati radiator odvečne toplote.
Kako zanesljiva je ta zaščita? Ali je mogoče uporabiti sisteme zaščite znanstvene fantastike v obliki sile / magnetnih polj ali "oblakov" mikrorazpršenih delcev, ki jih magnetno polje drži pred ladjo? Upajmo, da bodo inženirji do nastanka zvezdne ladje našli ustrezno rešitev.
Kar se tiče same sonde, bo tradicionalno imela večstopenjsko ureditev s snemljivimi rezervoarji. Material za izdelavo trupnih konstrukcij - aluminijeve / titanove zlitine. Skupna masa sestavljenega vesoljskega plovila na nizki zemeljski orbiti bo 396 ton z največjo dolžino 65 metrov.
Za primerjavo: masa Mednarodne vesoljske postaje je 417 ton z dolžino 109 metrov.
1) Zagon konfiguracije v nizki zemeljski orbiti.
2) 33. leto leta, ločitev prvega para tankov.
3) 67. leto letenja, ločitev drugega para tankov.
4) 100. leto leta - prihod na cilj s hitrostjo 15-30 km / s.
Ločitev zadnje stopnje, vstop v stalno orbito okoli Beta Centauri.
Tako kot ISS je tudi Longshot mogoče sestaviti z uporabo blokovske metode na nizki zemeljski orbiti. Realne dimenzije vesoljskega plovila omogočajo uporabo obstoječih izstrelitvenih nosilcev v procesu sestavljanja (za primerjavo, mogočni Saturn-V lahko naenkrat prenese LEO obremenitev 120 ton!)
Upoštevati je treba, da je izstrelitev impulznega termonuklearnega motorja na orbito okoli Zemlje preveč tvegano in neprevidno. Projekt Longshot je predvideval prisotnost dodatnih ojačevalnih blokov (raketni motorji s kemičnim pogonom na tekoče gorivo) za pridobivanje druge in tretje kozmične hitrosti ter umik vesoljskega plovila z ravnine ekliptike (sistem Alpha Centauri se nahaja 61 ° nad ravnino vrtenje Zemlje okoli Sonca). Možno je tudi, da bo v ta namen upravičen manever v gravitacijskem polju Jupitra - na primer vesoljske sonde, ki so uspele pobegniti iz ravnine ekliptike z uporabo "prostega" pospeška v bližini velikanskega planeta.
Epilog
Vse tehnologije in sestavni deli hipotetične medzvezdne ladje obstajajo v resnici.
Teža in mere sonde Longshot ustrezajo zmogljivostim sodobne kozmonavtike.
Če začnemo z delom danes, je velika verjetnost, da bodo sredi XXII stoletja naši srečni pravnuki videli bližnje podobe sistema Alpha Centauri.
Napredek ima nepreklicno smer: vsak dan nas življenje še naprej navdušuje z novimi izumi in odkritji. Možno je, da se bodo čez 10-20 let pred nami pojavile vse zgoraj opisane tehnologije v obliki delovnih vzorcev, izdelanih na novi tehnološki ravni.
Pa vendar je pot do zvezd predaleč, da bi bilo o tem resno govoriti.
Pozorni bralec je verjetno že opozoril na ključni problem projekta Longshot. Helij-3.
Kje dobiti sto ton te snovi, če je letna proizvodnja helija-3 le 60.000 litrov (8 kilogramov) na leto po ceni do 2.000 dolarjev na liter?! Pogumni pisatelji znanstvene fantastike upajo na proizvodnjo helija-3 na Luni in v ozračju velikanskih planetov, vendar nihče ne more dati nobenih jamstev v zvezi s tem.
Obstajajo dvomi o možnosti shranjevanja takšne količine goriva in njegove dozirane zaloge v obliki zamrznjenih "tablet", potrebnih za pogon impulznega termonuklearnega motorja. Vendar pa tako kot samo načelo delovanja motorja: tisto, kar bolj ali manj deluje v laboratorijskih razmerah na Zemlji, je še daleč od tega, da bi se uporabljalo v vesolju.
Končno, zanesljivost vseh sondnih sistemov brez primere. Udeleženci projekta Longshot neposredno pišejo o tem: ustvarjanje motorja, ki lahko deluje 100 let brez ustavljanja in večjih popravil, bo neverjeten tehnični preboj. Enako velja za vse druge sisteme in mehanizme sond.
Vendar ne smete obupati. V zgodovini astronavtike obstajajo primeri neverjetne zanesljivosti vesoljskih plovil. Pionirji 6, 7, 8, 10, 11, pa tudi Voyagerji 1 in 2 - vsi so v vesolju delali že več kot 30 let!
Zgodba o hidrazinskih potisnikih (motorjih za nadzor položaja) teh vesoljskih plovil je okvirna. Voyager 1 je leta 2004 prešel na nadomestni komplet. Do takrat je glavni sklop motorjev deloval v odprtem vesolju 27 let in zdržal 353.000 zagonov. Omeniti velja, da so se katalizatorji motorjev ves ta čas segrevali do 300 ° C!
Danes, 37 let po izstrelitvi, oba Voyagerja nadaljujeta nori let. Že dolgo so zapustili heliosfero, vendar še naprej redno prenašajo podatke o medzvezdnem mediju na Zemljo.
Vsak sistem, ki je odvisen od človekove zanesljivosti, je nezanesljiv. Moramo pa priznati: v smislu zagotavljanja zanesljivosti vesoljskih plovil smo uspeli doseči določene uspehe.
Vse potrebne tehnologije za izvedbo "zvezdne odprave" niso več fantazije znanstvenikov, ki zlorabljajo kanabinoide, in so bile utelešene v obliki jasnih patentov in delovnih vzorcev tehnologije. V laboratoriju - vendar obstajajo!
Idejna zasnova medzvezdnega vesoljskega plovila Longshot je dokazala, da imamo priložnost pobegniti do zvezd. Na tej trni poti je treba premagati številne težave. Toda glavna stvar je, da je vektor razvoja znan in pojavila se je samozavest.
Več informacij o projektu Longshot najdete tukaj:
Za pobudo zanimanja za to temo se zahvaljujem "Poštarju".
