Tähtien kylmä häikäisy on erityisen kaunista talvitaivaalla. Tällä hetkellä kirkkaimmat tähdet ja tähdistöt tulevat näkyviin: Orion, Pleiades, Greater Dog ja häikäisevä Sirius …
Neljännesvuosisata sitten seitsemän merivoimien akatemian upseeria esittivät epätavallisen kysymyksen: kuinka lähellä moderni ihmiskunta on tähtiä? Tutkimuksen tuloksena saatiin yksityiskohtainen raportti, joka tunnetaan nimellä Project Longshot (Long Range Shot). Käsite automaattisesta tähtienvälisestä veneestä, joka pystyy saavuttamaan lähimmät tähdet kohtuullisessa ajassa. Ei tuhansia vuosia lentämistä ja "sukupolvien aluksia"! Koettimen pitäisi saapua Alpha Centaurin läheisyyteen 100 vuoden kuluessa sen lähettämisestä avaruuteen.
Hyperavaruus, painovoima, antiaine ja fotoniraketit … Ei! Projektin pääpiirre on sen riippuvuus olemassa olevista tekniikoista. Kehittäjien mukaan Longshot -suunnittelu mahdollistaa avaruusaluksen rakentamisen jo 21. vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla!
Sata vuotta lentoa nykyisellä tekniikalla. Kuulumaton rohkeus, kun otetaan huomioon kosmiset etäisyydet. Auringon ja Alpha Centaurin välissä on "musta kuilu" 4, 36 sv leveä. vuoden. Yli 40 biljoonaa kilometriä! Tämän luvun hirvittävä merkitys käy ilmi seuraavasta esimerkistä.
Jos pienennämme auringon koon tennispallon kokoiseksi, koko aurinkokunta mahtuu Punaiselle torille. Maan koko valitussa mittakaavassa pienenee hiekanjyväiseksi, kun taas lähin "tennispallo" - Alpha Centauri - sijaitsee Pyhän Markuksen aukiolla Venetsiassa.
Lento Alpha Centauriin tavanomaisella Shuttle- tai Soyuz -avaruusaluksella kestää 190 000 vuotta.
Kauhea diagnoosi kuulostaa lauseelta. Olemmeko tuomittuja istumaan "hiekanjyvämme" päälle ilman, että meillä on pienintäkään mahdollisuutta päästä tähtiin? Suosituissa tieteellisissä aikakauslehdissä on laskelmia, jotka osoittavat, että avaruusalusta on mahdotonta kiihdyttää lähes valon nopeuteen. Tämä vaatii "polttaa" kaiken aurinkokunnan aineen.
Ja silti on mahdollisuus! Projekti Longshot on osoittanut, että tähdet ovat paljon lähempänä kuin voimme kuvitella.
Voyager -rungossa on kilpi, jossa on pulsarikartta, joka näyttää auringon sijainnin galaksissa sekä yksityiskohtaisia tietoja maan asukkaista. Odotetaan, että ulkomaalaiset löytävät jonain päivänä tämän "kivikirveen" ja tulevat käymään. Mutta jos muistelemme kaikkien maan päällä olevien teknologisten sivilisaatioiden käyttäytymisen erityispiirteitä ja Amerikan valloitusten historiaa valloittajien keskuudessa, ei voida luottaa "rauhanomaiseen yhteyteen" …
Retkikunnan tehtävä
Pääset Alpha Centauri -järjestelmään sadan vuoden kuluttua.
Toisin kuin muut "tähtialukset" ("Daedalus"), "Longshot" -projekti liittyi tähtijärjestelmän (Alpha ja Beta Centauri) kiertoradalle. Tämä monimutkaisti tehtävää merkittävästi ja pidentää lentoaikaa, mutta mahdollistaisi yksityiskohtaisen tutkimuksen etäisten tähtien läheisyydestä (toisin kuin Daedalus, joka olisi kiiruhtanut kohteen ohi päivässä ja kadonnut ilman jälkeä avaruuden syvyyksiin).
Lento kestää 100 vuotta. Tietojen siirtäminen Maalle kestää vielä 4, 36 vuotta.
Alpha Centauri verrattuna aurinkokuntaan
Tähtitieteilijät luovat suuria toiveita projektista - jos ne onnistuvat, heillä on fantastinen laite mittaa parallakseja (etäisyydet muihin tähtiin) 4, 36 sv. vuoden.
Sata vuotta vanha lento läpi yön ei myöskään mene ilman päämäärää: laite tutkii tähtienvälistä väliainetta ja laajentaa tietämystämme aurinkokunnan ulkorajoista.
Ammu tähtiin
Avaruusmatkailun suurin ja ainoa ongelma on valtavat etäisyydet. Kun olemme ratkaisseet tämän ongelman, ratkaisemme kaikki loput. Lentoajan lyhentäminen poistaa ongelman pitkäaikaisesta energialähteestä ja aluksen järjestelmien luotettavuudesta. Ongelma henkilön läsnäolosta aluksella ratkaistaan. Lyhyt lento tekee monimutkaisista elämän ylläpitojärjestelmistä ja jättimäisistä ruoka-, vesi- ja ilma -aluksista tarpeettomia.
Mutta nämä ovat kaukaisia unia. Tällöin miehittämätön koetin on toimitettava tähdille vuosisadan kuluessa. Emme tiedä, miten katkaista avaruus-ajan jatkuvuus, joten on vain yksi ulospääsy: nostaa "tähtialuksen" ajonopeutta.
Kuten laskelma osoitti, lento Alpha Centauriin 100 vuoden aikana vaatii nopeuden, joka on vähintään 4,5% valon nopeudesta. 13500 km / s.
Mikään perustavanlaatuinen kielto ei salli makrokosmoksen ruumiiden liikkua ilmoitetulla nopeudella, mutta sen arvo on hirvittävän suuri. Vertailun vuoksi: avaruusaluksen nopein nopeus (luotain "New Horizons") ylemmän vaiheen sammuttamisen jälkeen oli "vain" 16,26 km / s (58636 km / h) suhteessa Maan nopeuteen.
Longshot -konseptin tähtialus
Kuinka kiihdyttää tähtienvälistä alusta tuhansien kilometrien nopeuteen? Vastaus on ilmeinen: tarvitset suuritehoisen moottorin, jonka ominaisimpulssi on vähintään 1 000 000 sekuntia.
Erityisimpulssi on suihkumoottorin tehokkuuden indikaattori. Riippuu polttokammion kaasun molekyylipainosta, lämpötilasta ja paineesta. Mitä suurempi paine -ero polttokammiossa ja ulkoisessa ympäristössä, sitä suurempi on työnesteen ulosvirtausnopeus. Ja siksi moottorin hyötysuhde on suurempi.
Parhaiden esimerkkien nykyaikaisten sähkömoottoreiden (ERE) ominaisimpulssi on 10000 s; varautuneiden hiukkasten säteiden ulosvirtausnopeudella - jopa 100 000 km / s. Työnesteen (ksenonin / kryptonin) kulutus on muutama milligramma sekunnissa. Moottori humisee hiljaa koko lennon ajan ja kiihdyttää venettä hitaasti.
EJE: t kiehtovat suhteellisella yksinkertaisuudellaan, alhaisilla kustannuksillaan ja mahdollisuudellaan saavuttaa suuria nopeuksia (kymmeniä kilometrejä / s), mutta alhaisen työntöarvon (alle yhden Newtonin) vuoksi kiihtyvyys voi kestää kymmeniä vuosia.
Toinen asia on kemialliset rakettimoottorit, joilla kaikki moderni kosmonautia lepää. Niillä on valtava työntövoima (kymmeniä ja satoja tonneja), mutta kolmikomponenttisen nestemäistä polttoainetta käyttävän rakettimoottorin (litium / vety / fluori) suurin ominaisimpulssi on vain 542 s ja kaasun ulosvirtausnopeus hieman yli 5 km / s. Tämä on raja.
Nestemäistä polttoainetta käyttävät raketit mahdollistavat avaruusaluksen nopeuden lisäämisen useita kilometrejä sekunnissa lyhyessä ajassa, mutta ne eivät kykene enempään. Tähtialus tarvitsee moottorin, joka perustuu erilaisiin fyysisiin periaatteisiin.
"Longshotin" luojat ovat pohtineet useita eksoottisia tapoja, mm. "Kevyt purje", kiihdytetty laserilla, jonka teho on 3,5 terawattia (menetelmä todettiin mahdottomaksi).
Toistaiseksi ainoa realistinen tapa päästä tähtiin on pulssiydin (ydin). Toimintaperiaate perustuu laser -ydinfuusioon (LTS), joka on hyvin tutkittu laboratorio -olosuhteissa. Suuren energiamäärän keskittyminen pieniin ainemääriin lyhyessä ajassa (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) inertiaalisen plasman sulkemisen kanssa.
Longshotin tapauksessa ei ole kysymys hallitun lämpöydinfuusion vakaasta reaktiosta: pitkäaikaista plasman sulkemista ei vaadita. Suihkuvoiman aikaansaamiseksi magneettikenttä "työntää" aluksen yli välittömästi syntyvän korkean lämpötilan hyytymän.
Polttoaine on helium-3 / deuterium-seos. Tähtienvälinen lento vaatii polttoainetta 264 tonnia.
Samalla tavalla on tarkoitus saavuttaa ennennäkemätön tehokkuus: laskelmissa ominaisimpulssin arvo on 1,02 milj.sekuntia!
Pääenergian lähteenä aluksen järjestelmien - pulssimoottorilaserit, asenneohjausjärjestelmät, viestintä ja tieteelliset instrumentit - virtalähteeksi valittiin perinteinen uraanipolttoainekokoonpanoihin perustuva reaktori. Laitteiston sähkötehon on oltava vähintään 300 kW (lämpöteho on lähes suuruusluokkaa suurempi).
Nykyaikaisen tekniikan kannalta reaktorin luominen, joka ei vaadi lataamista koko vuosisadan ajan, ei ole helppoa, mutta mahdollista käytännössä. Jo nyt sota-aluksissa käytetään ydinjärjestelmiä, joiden ytimen käyttöikä vastaa alusten käyttöikää (30-50 vuotta). Sähkö on myös täysin kunnossa - esimerkiksi Venäjän laivaston ydinsukellusveneisiin asennetun OK -650 -ydinlaitoksen lämpökapasiteetti on 190 megawattia ja se pystyy toimittamaan sähköä koko 50 000 asukkaan kaupungille!
Tällaiset asennukset ovat erittäin tehokkaita tilaa ajatellen. Tämä edellyttää kompaktisuutta ja määritettyjen ominaisuuksien tarkkaa noudattamista. Esimerkiksi 10. heinäkuuta 1987 laukaistiin Kosmos -1867 - Neuvostoliiton satelliitti Jenisein ydinlaitoksella (satelliitin massa - 1,5 tonnia, reaktorin lämpöteho - 150 kW, sähköteho - 6, 6 kW, käyttöikä - 11 kuukautta).
Tämä tarkoittaa, että Longshot -projektissa käytetty 300 kW: n reaktori on lähitulevaisuuden asia. Insinöörit laskivat itse, että tällaisen reaktorin massa olisi noin 6 tonnia.
Itse asiassa tässä fysiikka päättyy ja sanoitukset alkavat.
Tähtienvälisten matkojen ongelmat
Koettimen hallitsemiseksi tarvitaan tietokoneen tietokonekompleksi, jossa on tekoäly. Tilanteissa, joissa signaalin lähetysaika on yli 4 vuotta, anturin tehokas ohjaus maasta on mahdotonta.
Mikroelektroniikan ja tutkimuslaitteiden luomisen alalla on viime aikoina tapahtunut suuria muutoksia. On epätodennäköistä, että Longshotin tekijöillä vuonna 1987 olisi ollut aavistustakaan nykyaikaisten tietokoneiden ominaisuuksista. Voidaan katsoa, että tämä tekninen ongelma on ratkaistu onnistuneesti viimeisen neljännesvuosisadan aikana.
Viestintäjärjestelmien tilanne näyttää yhtä optimistiselta. Luotettava tiedonsiirto 4, 36 sv: n etäisyydeltä. vuosi edellyttää laserjärjestelmää, joka toimii 0,532 mikronin aallon laaksossa ja jonka säteilyteho on 250 kW. Tässä tapauksessa jokaiselle neliölle. metriä maapallon pinnasta putoaa 222 fotonia sekunnissa, mikä on paljon korkeampi kuin nykyaikaisten radioteleskooppien herkkyysraja. Tiedonsiirtonopeus maksimietäisyydeltä on 1 kbps. Nykyaikaiset radioteleskoopit ja avaruusviestintäjärjestelmät voivat laajentaa tiedonsiirtokanavaa useita kertoja.
Vertailun vuoksi: Voyager 1 -anturin lähetysteho, joka on tällä hetkellä 19 miljardin kilometrin päässä Auringosta (17,5 valotuntia), on vain 23 W - kuten jääkaapin hehkulamppu. Tämä riittää kuitenkin telemetrian lähettämiseen Maalle nopeudella useita kbit / s.
Erillinen linja on kysymys aluksen lämpösäätelystä.
Megawattiluokan ydinreaktori ja pulssi -ydinmoottori ovat valtava määrä lämpöenergiaa, ja lisäksi tyhjiössä on vain kaksi tapaa poistaa lämpöä - ablaatio ja säteily.
Ratkaisu voi olla kehittyneen patterijärjestelmän ja säteilevien pintojen asentaminen sekä lämpöä eristävä keraaminen puskuri moottoritilan ja aluksen polttoainesäiliöiden väliin.
Matkan alkuvaiheessa alus tarvitsee ylimääräisen suojakilven auringonsäteilyltä (samanlainen kuin Skylabin kiertoradalla). Lopullisen kohteen alueella - Beta Centauri -radan kiertoradalla - on myös vaara, että anturi ylikuumenee. Tarvitaan laitteiden lämpöeristys ja järjestelmä ylimääräisen lämmön siirtämiseksi kaikista tärkeistä lohkoista ja tieteellisistä laitteista säteileviin pattereihin.
Kaavio aluksen kiihtyvyydestä ajan mittaan
Kaavio, joka näyttää nopeuden muutoksen
Avaruusaluksen suojaaminen mikrometeoriiteilta ja kosmisilta pölyhiukkasilta on erittäin vaikeaa. Jos nopeus on 4,5% valon nopeudesta, kaikki törmäykset mikroskooppisen esineen kanssa voivat vahingoittaa vakavasti anturia. "Longshotin" luojat ehdottavat ongelman ratkaisemista asentamalla tehokkaan suojakilven laivan etuosaan (metalli? Keramiikka?), Joka samalla oli ylilämmön säteilijä.
Kuinka luotettava tämä suoja on? Ja onko mahdollista käyttää sci-fi-suojausjärjestelmiä voiman / magneettikenttien tai mikropisaroitujen hiukkasten "pilvien" muodossa, joita magneettikenttä pitää aluksen edessä? Toivotaan, että tähtilaivan syntyessä insinöörit löytävät sopivan ratkaisun.
Mitä tulee itse koettimeen, siinä on perinteisesti monivaiheinen järjestely irrotettavilla säiliöillä. Runkorakenteiden valmistusmateriaali - alumiini / titaaniseokset. Matalan maan kiertoradalla kootun avaruusaluksen kokonaismassa on 396 tonnia ja maksimipituus 65 metriä.
Vertailun vuoksi: Kansainvälisen avaruusaseman massa on 417 tonnia ja pituus 109 metriä.
1) Käynnistä kokoonpano matalan maan kiertoradalla.
2) 33. lennon vuosi, ensimmäisen säiliöparin erottaminen.
3) 67. lennon vuosi, toisen säiliöparin erottaminen.
4) 100. lennon vuosi - saapuminen kohteeseen nopeudella 15-30 km / s.
Viimeisen vaiheen erottaminen, siirtyminen pysyvälle kiertoradalle Beta Centaurin ympärillä.
ISS: n tavoin myös Longshot voidaan koota lohkomenetelmällä matalalla maapallon kiertoradalla. Avaruusaluksen realistiset mitat mahdollistavat olemassa olevien kantorakettien käytön kokoonpanoprosessissa (vertailun vuoksi mahtava Saturn-V voi kuljettaa 120 tonnin kuorman LEO: lle kerrallaan!)
On otettava huomioon, että pulssi-ydinmoottorin käynnistäminen lähellä maan kiertoradalla on liian riskialtista ja huolimatonta. Longshot-projekti sisälsi muita tehostinlohkoja (kemiallisia nestemäisiä polttoaineita käyttäviä rakettimoottoreita) toisen ja kolmannen kosmisen nopeuden saavuttamiseksi ja avaruusaluksen vetämiseksi ekliptikan tasolta (Alpha Centauri -järjestelmä sijaitsee 61 ° tason yläpuolella maan pyöriminen auringon ympäri). On myös mahdollista, että tätä tarkoitusta varten on perusteltua liikkua Jupiterin painovoimakentässä - kuten avaruusluotaimet, jotka onnistuivat pakenemaan ekliptikan tasolta käyttämällä "ilmaista" kiihdytystä jättiläisplaneetan läheisyydessä.
Epilogi
Kaikki hypoteettisen tähtienvälisen aluksen tekniikat ja komponentit ovat todellisuudessa olemassa.
Longshot -koettimen paino ja mitat vastaavat nykyaikaisen kosmonautian mahdollisuuksia.
Jos aloitamme työn tänään, on erittäin todennäköistä, että XXII-luvun puoliväliin mennessä onnelliset lapsenlapsenlapsemme näkevät ensimmäiset kuvat Alpha Centauri -järjestelmästä läheltä.
Edistymisellä on peruuttamaton suunta: elämä hämmästyttää meitä joka päivä uusilla keksinnöillä ja löydöillä. On mahdollista, että 10–20 vuoden kuluttua kaikki edellä kuvatut tekniikat näkyvät edessämme uudella teknologisella tasolla tehtyjen näytteiden muodossa.
Silti polku tähtiin on liian pitkä, jotta siitä olisi järkevää puhua vakavasti.
Huolellinen lukija on luultavasti jo kiinnittänyt huomiota Longshot -projektin keskeiseen ongelmaan. Helium-3.
Mistä saada sata tonnia tätä ainetta, jos helium-3: n vuosituotanto on vain 60 000 litraa (8 kiloa) vuodessa ja hinta enintään 2 000 dollaria litralta?! Rohkeat tieteiskirjailijat luottavat toiveisiinsa helium-3: n tuotannosta Kuussa ja jättiläisplaneettojen ilmakehässä, mutta kukaan ei voi antaa mitään takeita tästä asiasta.
On epäilyksiä mahdollisuudesta varastoida tällainen polttoainemäärä ja sen annostelu jäädytettyjen "tablettien" muodossa, joita tarvitaan pulssi -ydinmoottorin käyttämiseen. Kuitenkin aivan kuten moottorin toimintaperiaate: se, mikä enemmän tai vähemmän toimii laboratorio -olosuhteissa maan päällä, on vielä kaukana siitä, että sitä käytetään ulkoavaruudessa.
Lopuksi kaikkien anturijärjestelmien ennennäkemätön luotettavuus. Longshot -projektin osallistujat kirjoittavat suoraan tästä: sellaisen moottorin luominen, joka voi toimia 100 vuotta ilman pysähdyksiä ja suuria korjauksia, on uskomaton tekninen läpimurto. Sama koskee kaikkia muita anturijärjestelmiä ja -mekanismeja.
Sinun ei kuitenkaan pitäisi epätoivoa. Astronautian historiassa on esimerkkejä avaruusalusten ennennäkemättömästä luotettavuudesta. Pioneerit 6, 7, 8, 10, 11 sekä Voyagers 1 ja 2 - kaikki he ovat työskennelleet avaruudessa yli 30 vuotta!
Tarina näiden avaruusalusten hydratsiinipuristimilla (asenneohjausmoottoreilla) on suuntaa antava. Voyager 1 vaihtoi varapakkaukseen vuonna 2004. Tähän mennessä päämoottorisarja oli toiminut avoimessa tilassa 27 vuotta, ja se oli kestänyt 353 000 käynnistystä. On huomionarvoista, että moottorikatalyytit on lämmitetty jatkuvasti 300 ° C: een koko ajan!
Tänään, 37 vuotta lanseerauksen jälkeen, molemmat Voyagerit jatkavat hullua lentoaan. He ovat jo kauan sitten lähteneet heliosfääristä, mutta edelleen lähettävät säännöllisesti tietoa tähtienvälisestä aineesta Maalle.
Mikä tahansa järjestelmä, joka riippuu ihmisten luotettavuudesta, on epäluotettava. Meidän on kuitenkin myönnettävä: avaruusalusten luotettavuuden varmistamisessa olemme onnistuneet saavuttamaan tiettyjä menestyksiä.
Kaikki tarvittavat tekniikat "tähtiretkikunnan" toteuttamiseksi ovat lakanneet olemasta kannabinoideja väärinkäyttävien tiedemiesten fantasioita, ja ne on toteutettu selkeiden patenttien ja toimivien tekniikanäytteiden muodossa. Laboratoriossa - mutta niitä on olemassa!
Tähtienvälisen avaruusaluksen Longshot konseptisuunnittelu osoitti, että meillä on mahdollisuus paeta tähtiin. Tällä vaikealla tiellä on voitettava monia vaikeuksia. Mutta pääasia on, että kehitysvektori tunnetaan ja itseluottamus on ilmestynyt.
Lisätietoja Longshot -projektista löytyy täältä:
Kiitokset "Postimiehelle" aiheen herättämisestä.
