Die koue glans van die sterre is veral pragtig in die winterhemel. Op hierdie tydstip word die helderste sterre en sterrebeelde sigbaar: Orion, Pleiades, Groter Hond met die skitterende Sirius …
'N Kwarteeu gelede het sewe offisiere van die Naval Academy 'n ongewone vraag gevra: hoe naby is die moderne mensdom aan die sterre? Die navorsing het gelei tot 'n gedetailleerde verslag wat bekend staan as Project Longshot (Long Range Shot). 'N Konsep van 'n outomatiese interstellêre vaartuig wat binne redelike tyd die naaste sterre kan bereik. Geen millennia se vlug en "skepe van geslagte"! Die sonde behoort die omgewing van Alpha Centauri te bereik binne 100 jaar vanaf die oomblik dat dit in die ruimte gelanseer word.
Hiperspasie, swaartekrag, antimaterie en fotoniese vuurpyle … Nee! Die belangrikste kenmerk van die projek is die vertroue op bestaande tegnologie. Volgens die ontwikkelaars maak die Longshot -ontwerp dit moontlik om reeds in die eerste helfte van die 21ste eeu 'n ruimteskip te bou!
Honderd jaar se vlug met bestaande tegnologie. 'N ongehoorde vermetelheid, gegewe die omvang van kosmiese afstande. Tussen die son en Alpha Centauri lê 'n "swart afgrond" 4, 36 sv breed. van die jaar. Meer as 40 biljoen kilometer! Die monsteragtige betekenis van hierdie figuur word duidelik in die volgende voorbeeld.
As ons die grootte van die son tot die grootte van 'n tennisbal verminder, pas die hele sonnestelsel in die Rooi Plein. Die grootte van die aarde op die gekose skaal sal afneem tot die grootte van 'n sandkorrel, terwyl die naaste "tennisbal" - Alpha Centauri - op die Markusplein in Venesië sal lê.
'N Vlug na Alpha Centauri met 'n konvensionele Shuttle of Soyuz -ruimtetuig sal 190 000 jaar neem.
'N Verskriklike diagnose klink soos 'n sin. Is ons gedoem om op ons 'sandkorrel' te sit sonder om die geringste kans te hê om die sterre te bereik? In gewilde wetenskap-tydskrifte is daar berekeninge wat bewys dat dit onmoontlik is om 'n ruimteskip tot byna ligte snelhede te versnel. Dit sal alle materie in die sonnestelsel 'verbrand'.
En tog is daar 'n kans! Project Longshot het bewys dat die sterre baie nader is as wat ons ons kan voorstel.
Op die Voyager -romp is 'n bord met 'n pulsarkaart wat die ligging van die son in die sterrestelsel toon, asook gedetailleerde inligting oor die bewoners van die aarde. Daar word verwag dat die vreemdelinge eendag hierdie 'klipbyl' sal vind en ons sal kom besoek. Maar as ons die eienaardighede van die gedrag van alle tegnologiese beskawings op aarde en die geskiedenis van Amerika se verowerings deur die veroweraars herinner, kan 'n mens nie op 'vreedsame kontak' reken nie …
Die missie van die ekspedisie
Gaan oor 'n honderd jaar na die Alpha Centauri -stelsel.
Anders as ander "sterre skepe" ("Daedalus"), behels die "Longshot" -projek die wentelbaan van die sterrestelsel (Alpha en Beta Centauri). Dit het die taak aansienlik ingewikkeld en die vlugtyd verleng, maar dit sou 'n gedetailleerde studie moontlik maak van die omgewing van verre sterre (anders as die Daedalus, wat binne 'n dag verby die teiken sou gejaag het en spoorloos in die ruimte sou verdwyn).
Die vlug sal 100 jaar duur. Nog 4, 36 jaar sal nodig wees om inligting na die aarde oor te dra.
Alpha Centauri in vergelyking met die sonnestelsel
Sterrekundiges maak groot hoop op die projek - as dit suksesvol is, sal hulle 'n fantastiese instrument hê om parallelle (afstande na ander sterre) te meet met 'n basis van 4, 36 sv. van die jaar.
'N Eeu oue vlug deur die nag sal ook nie doelloos verbygaan nie: die toestel bestudeer die interstellêre medium en brei ons kennis uit oor die buitenste grense van die sonnestelsel.
Vir die sterre geskiet
Die grootste en enigste probleem van ruimtevaart is die kolossale afstande. Nadat ons hierdie probleem opgelos het, sal ons die res oplos. Deur die vlugtyd te verminder, word die probleem van 'n bron van energie op lang termyn en 'n hoë betroubaarheid van die skipstelsels verwyder. Die probleem met die teenwoordigheid van 'n persoon aan boord sal opgelos word. Die kort vlug maak komplekse lewensondersteuningsstelsels en reusagtige voorraad voedsel / water / lug aan boord onnodig.
Maar dit is verre drome. In hierdie geval is dit nodig om binne een eeu 'n onbemande sonde aan die sterre te lewer. Ons weet nie hoe om die ruimte-tyd-kontinuum te verbreek nie, daarom is daar net een uitweg: om die grondsnelheid van die "sterre skip" te verhoog.
Soos die berekening getoon het, vereis 'n vlug na Alpha Centauri in 100 jaar 'n spoed van minstens 4,5% van die ligspoed. 13500 km / s.
Daar is geen fundamentele verbod wat die liggaam in die makrokosmos toelaat om teen die aangeduide spoed te beweeg nie; die waarde daarvan is nietemin geweldig groot. Ter vergelyking: die snelheid van die vinnigste van die ruimtetuig (sonde "New Horizons") nadat die boonste trap afgeskakel is, was "slegs" 16,26 km / s (58636 km / h) in verhouding tot die aarde.
Longshot -konsep sterreskip
Hoe om 'n interstellêre skip te versnel tot duisende km / s? Die antwoord is voor die hand liggend: u benodig 'n sterk enjin met 'n spesifieke impuls van ten minste 1 000 000 sekondes.
Spesifieke impuls is 'n aanduiding van die doeltreffendheid van 'n straalmotor. Hang af van die molekulêre gewig, temperatuur en druk van die gas in die verbrandingskamer. Hoe groter die drukverskil in die verbrandingskamer en in die eksterne omgewing, hoe groter is die spoed van die uitvloei van die werkvloeistof. En daarom is die doeltreffendheid van die enjin hoër.
Die beste voorbeelde van moderne elektriese straalmotore (ERE) het 'n spesifieke impuls van 10 000 s; teen 'n uitvloeisnelheid van balke van gelaaide deeltjies - tot 100,000 km / s. Die verbruik van die werkvloeistof (xenon / krypton) is 'n paar milligram per sekonde. Die enjin neurie stil gedurende die hele vlug en versnel die vaartuig stadig.
EJE's boei met hul relatiewe eenvoud, lae koste en die potensiaal om hoë snelhede (tientalle km / s) te bereik, maar as gevolg van die lae stootwaarde (minder as een Newton) kan versnelling tientalle jare neem.
'N Ander ding is chemiese vuurpylenjins waarop alle moderne kosmonautika rus. Hulle het 'n groot stukrag (tientalle en honderde ton), maar die maksimum spesifieke impuls van 'n driekomponente vloeistofdryfraketmotor (litium / waterstof / fluoor) is slegs 542 s, met 'n gasuitvloeisnelheid van net meer as 5 km / s. Dit is die limiet.
Vloeistowwe-vuurpyle maak dit moontlik om die ruimtetuig se spoed binne 'n kort tyd met 'n paar km / s te verhoog, maar hulle kan nie meer nie. Die ruimteskip benodig 'n enjin wat gebaseer is op verskillende fisiese beginsels.
Die skeppers van "Longshot" het verskeie eksotiese maniere oorweeg, insluitend 'Ligte seil', versnel deur 'n laser met 'n krag van 3, 5 terawatts (die metode is as onhaalbaar erken).
Tot op hede is die enigste realistiese manier om die sterre te bereik 'n polsende (termonukleêre) enjin. Die beginsel van werking is gebaseer op laser -termonukleêre samesmelting (LTS), goed bestudeer in laboratoriumtoestande. Konsentrasie van 'n groot hoeveelheid energie in klein hoeveelhede materie in 'n kort tydperk (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) met traagheidsplasmavang.
In die geval van Longshot is daar geen sprake van 'n stabiele reaksie van gekontroleerde termonukleêre samesmelting nie: langtermyn plasmasluiting is nie nodig nie. Om 'n straalstoot te skep, moet die gevolglike hoë temperatuurstolling onmiddellik deur die magnetiese veld oor die skip gestoot word.
Die brandstof is 'n helium-3 / deuterium mengsel. Die benodigde brandstofvoorraad vir 'n interstellêre vlug sal 264 ton wees.
Op soortgelyke wyse word beplan om ongekende doeltreffendheid te behaal: in die berekeninge is die waarde van die spesifieke impuls 1,02 miljoen.sekondes!
As 'n hoofbron van energie vir die drywing van die skipstelsels - polsende enjinlasers, houdingsbeheerstelsels, kommunikasie en wetenskaplike instrumente - is 'n konvensionele reaktor gebaseer op uraanbrandstofstelsels gekies. Die elektriese krag van die installasie moet ten minste 300 kW wees (termiese krag is amper 'n grootte orde hoër).
Vanuit die oogpunt van moderne tegnologie is dit nie maklik om 'n reaktor te skep wat 'n hele eeu lank nie herlaai hoef te word nie, maar in die praktyk moontlik. Op oorlogskepe word reeds kernsisteme gebruik, waarvan die kern 'n lewensduur het wat ooreenstem met die lewensduur van skepe (30-50 jaar). Die krag is ook in volle orde - byvoorbeeld, die OK -650 -kerninstallasie wat op die kern -duikbote van die Russiese vloot geïnstalleer is, het 'n termiese kapasiteit van 190 megawatt en kan elektrisiteit verskaf aan 'n hele stad met 'n bevolking van 50 000 mense!
Sulke installasies is baie sterk vir ruimte. Dit vereis kompaktheid en presiese nakoming van die gespesifiseerde eienskappe. Op 10 Julie 1987 is Kosmos -1867 byvoorbeeld gelanseer - 'n Sowjet -satelliet met die Yenisei -kerninstallasie (satellietmassa - 1,5 ton, reaktor se termiese krag - 150 kW, elektriese krag - 6, 6 kW, lewensduur - 11 maande).
Dit beteken dat die 300 kW -reaktor wat in die Longshot -projek gebruik is, 'n kwessie van nabye toekoms is. Die ingenieurs het self bereken dat die massa van so 'n reaktor ongeveer 6 ton sou wees.
Dit is eintlik waar fisika eindig en die lirieke begin.
Probleme met interstellêre reise
'N Boord-rekenaarkompleks met kunsmatige intelligensie benodig om die sonde te beheer. Onder toestande waar die seintransmissietyd meer as 4 jaar is, is effektiewe beheer van die sonde van die grond af onmoontlik.
Op die gebied van mikro-elektronika en die skep van navorsingsapparate het die afgelope tyd grootskaalse veranderinge plaasgevind. Dit is onwaarskynlik dat die skeppers van Longshot in 1987 'n idee gehad het van die vermoëns van moderne rekenaars. Daar kan aanvaar word dat hierdie tegniese probleem die afgelope kwarteeu suksesvol opgelos is.
Die situasie met kommunikasiestelsels lyk net so optimisties. Vir betroubare oordrag van inligting vanaf 'n afstand van 4, 36 sv. jaar benodig 'n stelsel lasers wat werk in die dal van die golf van 0.532 mikron en met 'n stralingsvermoë van 250 kW. In hierdie geval, vir elke vierkant. meter van die aardoppervlak sal 222 fotone per sekonde val, wat baie hoër is as die sensitiwiteitsdrempel van moderne radioteleskope. Die inligtingsoordrag vanaf die maksimum afstand sal 1 kbps wees. Moderne radioteleskope en ruimtekommunikasiestelsels kan die data -uitruilkanaal verskeie kere uitbrei.
Ter vergelyking: die senderkrag van die Voyager 1 -sonde, wat tans op 'n afstand van 19 miljard km van die son af (17,5 ligure) is, is slegs 23 W - soos 'n gloeilamp in u yskas. Dit is egter voldoende vir telemetrie -oordrag na die aarde teen 'n snelheid van verskeie kbit / s.
'N Afsonderlike reël is die kwessie van die termoregulering van die skip.
'N Kernreaktor van 'n megawatt -klas en 'n gepulserde termonukleêre enjin is bronne van 'n enorme hoeveelheid termiese energie, en in 'n vakuum is daar slegs twee maniere om hitte te verwyder - ablasie en straling.
Die oplossing kan wees om 'n gevorderde stelsel van verkoelers en stralende oppervlaktes te installeer, sowel as 'n hitte-isolerende keramiekbuffer tussen die enjinkompartement en die skip se brandstoftenk.
In die eerste fase van die reis benodig die skip 'n ekstra beskermende skild teen sonstraling (soortgelyk aan die wat op die Skylab -baanstasie gebruik word). In die gebied van die finale teiken - in 'n wentelbaan van die Beta Centauri -ster - is daar ook 'n gevaar dat die sonde oorverhit kan word. Termiese isolasie van toerusting en 'n stelsel vir die oordrag van oortollige hitte van alle belangrike blokke en wetenskaplike instrumente na stralende stralers is nodig.
'N Grafiek van die versnelling van die skip oor tyd
Grafiek wat die verandering in spoed toon
Dit is uiters moeilik om die ruimtetuig te beskerm teen mikrometeoriete en kosmiese stofdeeltjies. Met 'n snelheid van 4,5% van die ligspoed kan enige botsing met 'n mikroskopiese voorwerp die sonde ernstig beskadig. Die skeppers van "Longshot" stel voor om die probleem op te los deur 'n kragtige beskermende skild aan die voorkant van die skip te installeer (metaal? Keramiek?), Wat terselfdertyd 'n verkoeler van oortollige hitte was.
Hoe betroubaar is hierdie beskerming? En is dit moontlik om wetenskaplike beskermingstelsels te gebruik in die vorm van krag / magnetiese velde of "wolke" van mikrodispergeerde deeltjies wat deur 'n magnetiese veld voor die skip gehou word? Kom ons hoop dat ingenieurs teen die tyd dat die ruimteskip geskep is, 'n voldoende oplossing sal vind.
Wat die sonde self betref, sal dit tradisioneel 'n meertrap -opstelling hê met afneembare tenks. Vervaardigingsmateriaal van rompstrukture - aluminium / titaanlegerings. Die totale massa van die saamgestelde ruimtetuie in 'n lae-aarde wentelbaan sal 396 ton wees, met 'n maksimum lengte van 65 meter.
Ter vergelyking: die massa van die Internasionale Ruimtestasie is 417 ton met 'n lengte van 109 meter.
1) Begin die konfigurasie in 'n lae-aarde baan.
2) 33ste vliegjaar, skeiding van die eerste tenks.
3) 67ste vliegjaar, skeiding van die tweede tenks.
4) 100ste vliegjaar - aankoms by die teiken teen 'n snelheid van 15-30 km / s.
Skeiding van die laaste fase, betree 'n permanente wentelbaan rondom Beta Centauri.
Net soos die ISS, kan die Longshot saamgestel word met behulp van die blokmetode in 'n lae wentelbaan. Die realistiese afmetings van die ruimtetuig maak dit moontlik om bestaande lanseervoertuie in die monteerproses te gebruik (ter vergelyking kan die magtige Saturn-V 'n vrag van 120 ton op 'n slag na LEO dra!)
Daar moet in ag geneem word dat die opskiet van 'n gepulserde termonukleêre enjin in 'n nabygeleë wentelbaan te riskant en onverskillig is. Die Longshot-projek het voorsiening gemaak vir die teenwoordigheid van addisionele versterkingsblokke (chemiese vloeistofdrywende vuurpyl-enjins) om die tweede en derde kosmiese snelheid te haal en die ruimtetuig uit die ekliptiese vlak te onttrek (die Alpha Centauri-stelsel is 61 ° bo die vlak van rotasie van die aarde om die son). Dit is ook moontlik dat vir hierdie doel 'n maneuver in die gravitasieveld van Jupiter geregverdig sal wees - soos ruimtesondes wat daarin geslaag het om uit die ekliptika te ontsnap, met behulp van 'gratis' versnelling in die omgewing van die reuse -planeet.
Epiloog
Alle tegnologieë en komponente van 'n hipotetiese interstellêre skip bestaan in werklikheid.
Die gewig en afmetings van die Longshot -sonde stem ooreen met die vermoëns van die moderne kosmonautika.
As ons vandag begin werk, is dit baie waarskynlik dat ons gelukkige agterkleinkinders teen die middel van die twintigste eeu die eerste beelde van die Alpha Centauri-stelsel van naby sal sien.
Vooruitgang het 'n onomkeerbare rigting: elke dag bly die lewe ons verbaas met nuwe uitvindings en ontdekkings. Dit is moontlik dat binne 10-20 jaar al die tegnologieë wat hierbo beskryf is, voor ons verskyn in die vorm van werkmonsters wat op 'n nuwe tegnologiese vlak gemaak is.
En tog is die pad na die sterre te ver dat dit sinvol is om ernstig daaroor te praat.
Die oplettende leser het waarskynlik reeds die aandag gevestig op die kernprobleem van die Longshot -projek. Helium-3.
Waar kan u honderd ton van hierdie stof kry as die jaarlikse produksie van helium-3 slegs 60 000 liter (8 kilogram) per jaar beloop teen 'n prys van tot $ 2000 per liter?! Dapper wetenskapfiksieskrywers vestig hul hoop op die produksie van helium-3 op die maan en in die atmosfeer van reuse-planete, maar niemand kan enige waarborg hieroor gee nie.
Daar bestaan twyfel oor die moontlikheid om so 'n volume brandstof en die dosering daarvan in die vorm van bevrore "tablette" te stoor wat nodig is om 'n gepulserde termonukleêre enjin aan te dryf. Net soos die werkingsbeginsel van die enjin: wat min of meer in laboratoriumomstandighede op aarde werk, word nog lank nie in die buitenste ruimte gebruik nie.
Ten slotte, die ongekende betroubaarheid van alle sonde stelsels. Die deelnemers aan die Longshot -projek skryf direk hieroor: die skep van 'n enjin wat 100 jaar lank kan werk sonder om te stop en groot herstelwerk, sal 'n ongelooflike tegniese deurbraak wees. Dieselfde geld vir alle ander sonde stelsels en meganismes.
U moet egter nie wanhoop nie. In die geskiedenis van die ruimtevaarder is daar voorbeelde van ongekende betroubaarheid van ruimtetuie. Pioniers 6, 7, 8, 10, 11, sowel as Voyagers 1 en 2 - almal werk al meer as 30 jaar in die buitenste ruimte!
Die verhaal met hidrasienstuwers (houdingsbeheermotoren) van hierdie ruimtetuie is 'n aanduiding. Voyager 1 het in 2004 oorgeskakel na 'n ekstra kit. Teen hierdie tyd het die hoofstel enjins 27 jaar lank in die oop ruimte gewerk, met 353 000 begin. Dit is opmerklik dat die enjin katalisators deurlopend tot 300 ° C verhit is!
Vandag, 37 jaar na die bekendstelling, gaan albei Voyagers voort met hul kranksinnige vlug. Hulle het lankal die heliosfeer verlaat, maar stuur steeds gereeld data oor die interstellêre medium na die aarde oor.
Enige stelsel wat van menslike betroubaarheid afhang, is onbetroubaar. Ons moet egter erken: om die betroubaarheid van ruimtetuie te verseker, het ons daarin geslaag om sekere suksesse te behaal.
Al die nodige tegnologieë vir die implementering van die "ster -ekspedisie" was nie meer die fantasieë van wetenskaplikes wat cannabinoïede misbruik nie, en is beliggaam in die vorm van duidelike patente en werkmonsters van tegnologie. In die laboratorium - maar hulle bestaan!
Die konseptuele ontwerp van die interstellêre ruimtetuig Longshot het bewys dat ons die kans het om na die sterre te ontsnap. Daar is baie probleme om op hierdie netelige pad te oorkom. Maar die belangrikste ding is dat die ontwikkelingsvektor bekend is en dat selfvertroue verskyn het.
Meer inligting oor die Longshot -projek kan hier gevind word:
Vir die aanvang van belangstelling in hierdie onderwerp, betuig ek my dank aan "Postman".
