Studené odlesky hviezd sú obzvlášť krásne na zimnej oblohe. V tejto dobe sú viditeľné najjasnejšie hviezdy a súhvezdia: Orion, Plejády, Veľký pes s oslnivým Siriusom …
Pred štvrťstoročím položilo sedem dôstojníkov námornej akadémie neobvyklú otázku: ako blízko je moderné ľudstvo k hviezdam? Výsledkom výskumu bola podrobná správa známa ako Project Longshot (Long Range Shot). Koncept automatického medzihviezdneho plavidla schopného dosiahnuť najbližšie hviezdy v rozumnom čase. Žiadne tisícročia letu a „lode generácií“! Sonda by sa mala dostať do blízkosti Alpha Centauri do 100 rokov od okamihu jej vypustenia do vesmíru.
Hyperpriestor, gravitácia, antihmota a fotonické rakety … Nie! Hlavnou črtou projektu je závislosť na existujúcich technológiách. Podľa vývojárov dizajn Longshot umožňuje postaviť vesmírnu loď už v prvej polovici 21. storočia!
Sto rokov letu s existujúcimi technológiami. Vzhľadom na rozsah kozmických vzdialeností neslýchaná drzosť. Medzi Slnkom a Alpha Centauri leží „čierna priepasť“široká 4, 36 sv. roku. Viac ako 40 biliónov kilometre! Monstrózny význam tohto obrázku je jasný v nasledujúcom príklade.
Ak zmenšíme veľkosť Slnka na veľkosť tenisovej loptičky, potom sa celá slnečná sústava zmestí na Červené námestie. Veľkosť Zeme vo zvolenej mierke sa zmenší na veľkosť zrnka piesku, pričom najbližšia „tenisová loptička“- Alpha Centauri - bude ležať na námestí svätého Marka v Benátkach.
Let do Alpha Centauri konvenčnou vesmírnou loďou Shuttle alebo Sojuz by trval 190 000 rokov.
Hrozná diagnóza znie ako veta. Sme odsúdení sedieť na svojom „zrnku piesku“, pričom nemáme najmenšiu šancu dosiahnuť hviezdy? V populárnych vedeckých časopisoch existujú výpočty, ktoré dokazujú, že nie je možné urýchliť vesmírnu loď na rýchlosť blízku svetlu. To bude vyžadovať „spálenie“všetkej hmoty v slnečnej sústave.
A predsa je tu šanca! Projekt Longshot dokázal, že hviezdy sú oveľa bližšie, ako si dokážeme predstaviť.
Na trupu Voyageru je platňa s pulzarovou mapou znázorňujúcou umiestnenie Slnka v Galaxii, ako aj podrobné informácie o obyvateľoch Zeme. Očakáva sa, že mimozemšťania jedného dňa nájdu túto „kamennú sekeru“a prídu nás navštíviť. Ak si však pripomenieme zvláštnosti správania sa všetkých technologických civilizácií na Zemi a históriu amerických dobytí dobyvateľmi, nemožno počítať s „mierovým kontaktom“…
Misia expedície
Dostaňte sa k systému Alpha Centauri o sto rokov.
Na rozdiel od iných „hviezdnych lodí“(„Daedalus“), projekt „Longshot“zahŕňal vstup na obežnú dráhu hviezdneho systému (Alfa a Beta Centauri). To výrazne skomplikovalo úlohu a predĺžilo čas letu, ale umožnilo by to detailné štúdium blízkosti vzdialených hviezd (na rozdiel od Daedala, ktorý by sa za jeden deň rútil okolo cieľa a zmizol bez stopy v hlbinách vesmíru).
Let bude trvať 100 rokov. Na prenos informácií na Zem bude potrebných ďalších 4, 36 rokov.
Alpha Centauri v porovnaní so slnečnou sústavou
Astronómovia vkladajú do projektu veľké nádeje - ak budú úspešní, budú mať fantastický prístroj na meranie paralaxy (vzdialenosti k iným hviezdam) so základom 4, 36 sv. roku.
Storočný let nocou tiež neprejde bezcieľne: zariadenie bude skúmať medzihviezdne médium a rozšíri naše znalosti o vonkajších hraniciach slnečnej sústavy.
Strieľané ku hviezdam
Hlavným a jediným problémom vesmírneho cestovania sú kolosálne vzdialenosti. Po vyriešení tohto problému vyriešime všetky ostatné. Skrátenie času letu odstráni problém s dlhodobým zdrojom energie a vysokou spoľahlivosťou systémov lode. Problém s prítomnosťou osoby na palube bude vyriešený. Krátky let robí komplexné systémy na podporu života a obrovské zásoby jedla / vody / vzduchu na palube nepotrebnými.
Ale to sú vzdialené sny. V takom prípade je potrebné do jedného storočia doručiť hviezdam bezpilotnú sondu. Nevieme, ako narušiť časopriestorové kontinuum, preto existuje iba jedno východisko: zvýšiť pozemnú rýchlosť „hviezdnej lode“.
Ako ukázal výpočet, let do Alpha Centauri za 100 rokov vyžaduje rýchlosť najmenej 4,5% rýchlosti svetla. 13500 km / s.
Neexistujú žiadne zásadné zákazy, ktoré by umožňovali telesám v makrokozme pohybovať sa uvedenou rýchlosťou, napriek tomu je jeho hodnota strašne veľká. Na porovnanie: rýchlosť najrýchlejšej sondy (sonda „New Horizons“) po vypnutí horného stupňa bola „iba“16,26 km / s (58636 km / h) vo vzťahu k Zemi.
Longshot koncept hviezdna loď
Ako zrýchliť medzihviezdnu loď na tisíce kilometrov km / s? Odpoveď je zrejmá: potrebujete vysokotlakový motor so špecifickým impulzom najmenej 1 000 000 sekúnd.
Špecifický impulz je indikátorom účinnosti prúdového motora. Závisí od molekulovej hmotnosti, teploty a tlaku plynu v spaľovacej komore. Čím väčší je tlakový rozdiel v spaľovacej komore a vo vonkajšom prostredí, tým väčšia je rýchlosť odtoku pracovnej tekutiny. Preto je účinnosť motora vyššia.
Najlepšie príklady moderných elektrických prúdových motorov (ERE) majú špecifický impulz 10 000 s; pri rýchlosti odtoku lúčov nabitých častíc - až 100 000 km / s. Spotreba pracovnej tekutiny (xenón / kryptón) je niekoľko miligramov za sekundu. Motor počas letu ticho hučí a pomaly zrýchľuje plavidlo.
EJE upútajú svojou relatívnou jednoduchosťou, nízkymi nákladmi a potenciálom dosahovať vysoké rýchlosti (desiatky km / s), ale vzhľadom na nízku hodnotu ťahu (menej ako jeden Newton) môže zrýchlenie trvať aj desiatky rokov.
Ďalšou vecou sú chemické raketové motory, na ktorých spočíva všetka moderná kozmonautika. Majú obrovský ťah (desiatky a stovky ton), ale maximálny špecifický impulz trojzložkového raketového motora na kvapalné palivo (lítium / vodík / fluór) je iba 542 s a rýchlosť odtoku plynu je o niečo viac ako 5 km. / s. Toto je limit.
Rakety na kvapalné palivo umožňujú v krátkom čase zvýšiť rýchlosť kozmickej lode o niekoľko km / s, ale viac nie sú schopné. Hviezdna loď bude potrebovať motor založený na rôznych fyzikálnych princípoch.
Tvorcovia „Longshot“zvážili niekoľko exotických spôsobov, vč. „Ľahká plachta“, akcelerovaná laserom s výkonom 3,5 terawattov (metóda bola uznaná za neuskutočniteľnú).
K dnešnému dňu je jediným realistickým spôsobom, ako sa dostať k hviezdam, pulzovaný jadrový (termonukleárny) motor. Princíp činnosti je založený na laserovej termonukleárnej fúzii (LTS), dobre študovanej v laboratórnych podmienkach. Koncentrácia veľkého množstva energie v malých objemoch hmoty v krátkom časovom období (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) so zotrvačnou plazmou.
V prípade Longshotu nemôže byť žiadna stabilná reakcia kontrolovanej termonukleárnej fúzie: nie je potrebné dlhodobé zadržiavanie plazmy. Na vytvorenie ťahu prúdom musí byť výsledná vysokoteplotná zrazenina okamžite „zatlačená“magnetickým poľom cez palubu lode.
Palivom je zmes hélia-3 / deutéria. Požadovaná dodávka paliva pre medzihviezdny let bude 264 ton.
Podobným spôsobom sa plánuje dosiahnuť bezprecedentnú účinnosť: vo výpočtoch je hodnota špecifického impulzu 1,02 milióna.sekúnd!
Ako hlavný zdroj energie na napájanie lodných systémov - laserové pulzné motory, systémy riadenia polohy, komunikačné a vedecké prístroje - bol zvolený konvenčný reaktor na báze uránových palivových kaziet. Elektrický výkon inštalácie musí byť najmenej 300 kW (tepelný výkon je takmer rádovo vyšší).
Z hľadiska modernej technológie nie je vytvorenie reaktora, ktorý by po celé storočie vyžadoval dobíjanie, jednoduché, ale v praxi možné. Už teraz sa na vojnových lodiach používajú jadrové systémy, ktorých jadro má životnosť úmernú životnosti lodí (30-50 rokov). Výkon je tiež v úplnom poriadku - napríklad jadrové zariadenie OK -650 inštalované na jadrových ponorkách ruského námorníctva má tepelnú kapacitu 190 megawattov a je schopné poskytnúť elektrickú energiu celému mestu s 50 000 obyvateľmi!
Takéto inštalácie sú nadmerne výkonné pre priestor. To vyžaduje kompaktnosť a presný súlad so špecifikovanými charakteristikami. Napríklad 10. júla 1987 bol vypustený Kosmos -1867 - sovietsky satelit s jadrovým zariadením Jenisej (hmotnosť satelitu - 1,5 tony, tepelný výkon reaktora - 150 kW, elektrický výkon - 6, 6 kW, životnosť - 11 mesiacov.)).
To znamená, že 300 kW reaktor použitý v projekte Longshot je záležitosťou blízkej budúcnosti. Samotní inžinieri vypočítali, že hmotnosť takéhoto reaktora bude asi 6 ton.
V skutočnosti tu fyzika končí a začínajú texty.
Problémy medzihviezdneho cestovania
Na ovládanie sondy bude potrebný komplex palubného počítača s umelou inteligenciou. V podmienkach, kde je doba prenosu signálu viac ako 4 roky, nie je možné efektívne ovládanie sondy zo zeme.
V oblasti mikroelektroniky a tvorby výskumných zariadení došlo v poslednom období k rozsiahlym zmenám. Je nepravdepodobné, že by tvorcovia Longshotu v roku 1987 mali predstavu o schopnostiach moderných počítačov. Možno usúdiť, že tento technický problém bol úspešne vyriešený za posledné štvrťstoročie.
Rovnako optimisticky vyzerá situácia s komunikačnými systémami. Pre spoľahlivý prenos informácií zo vzdialenosti 4, 36 sv. rok bude vyžadovať sústavu laserov pracujúcich v údolí vlny 0,532 mikrónov a so žiarivým výkonom 250 kW. V tomto prípade pre každý štvorec. meter zemského povrchu spadne 222 fotónov za sekundu, čo je oveľa viac, ako je prah citlivosti moderných rádioteleskopov. Rýchlosť prenosu informácií z maximálnej vzdialenosti bude 1 kbps. Moderné rádioteleskopy a vesmírne komunikačné systémy sú schopné niekoľkokrát rozšíriť kanál výmeny údajov.
Na porovnanie: výkon vysielača sondy Voyager 1, ktorá je v súčasnosti vo vzdialenosti 19 miliárd km od Slnka (17,5 svetelných hodín), má iba 23 W - ako žiarovka vo vašej chladničke. To však úplne stačí na prenos telemetrie na Zem rýchlosťou niekoľko kbit / s.
Samostatnou líniou je otázka termoregulácie lode.
Jadrový reaktor triedy megawattov a pulzný termonukleárny motor sú zdrojmi kolosálneho množstva tepelnej energie, navyše vo vákuu existujú iba dva spôsoby odstraňovania tepla - ablácia a žiarenie.
Riešením môže byť inštalácia pokročilého systému chladičov a sálavých plôch, ako aj tepelnoizolačného keramického nárazníka medzi motorový priestor a palivové nádrže lode.
V počiatočnej fáze cesty bude loď potrebovať ďalší ochranný štít pred slnečným žiarením (podobný tomu, ktorý sa používa na orbitálnej stanici Skylab). V oblasti konečného cieľa - na obežnej dráhe hviezdy Beta Centauri - bude tiež hroziť prehriatie sondy. Je potrebná tepelná izolácia zariadenia a systému na prenos prebytočného tepla zo všetkých dôležitých blokov a vedeckých prístrojov do radiátorov.
Graf zrýchlenia lode v priebehu času
Graf ukazujúci zmenu rýchlosti
Otázka ochrany vesmírnej lode pred mikrometeoritmi a časticami kozmického prachu je mimoriadne ťažká. Pri rýchlosti 4,5% rýchlosti svetla môže akákoľvek zrážka s mikroskopickým predmetom vážne poškodiť sondu. Tvorcovia „Longshot“navrhujú vyriešiť problém inštaláciou výkonného ochranného štítu v prednej časti lode (kov? Keramika?), Ktorý bol súčasne radiátorom prebytočného tepla.
Ako spoľahlivá je táto ochrana? A je možné použiť systémy ochrany sci-fi vo forme silových / magnetických polí alebo „oblakov“mikrodisperzných častíc držaných magnetickým poľom pred loďou? Dúfajme, že v čase vytvorenia vesmírnej lode inžinieri nájdu adekvátne riešenie.
Pokiaľ ide o samotnú sondu, bude mať tradične viacstupňové usporiadanie s odnímateľnými nádržami. Výrobný materiál štruktúr trupu - zliatiny hliníka / titánu. Celková hmotnosť zostavenej vesmírnej lode na obežnej dráhe Zeme bude 396 ton s maximálnou dĺžkou 65 metrov.
Pre porovnanie: hmotnosť Medzinárodnej vesmírnej stanice je 417 ton s dĺžkou 109 metrov.
1) Spustite konfiguráciu na obežnej dráhe Zeme.
2) 33. rok letu, oddelenie prvého páru tankov.
3) 67. rok letu, oddelenie druhého páru tankov.
4) 100. rok letu - príchod na cieľ rýchlosťou 15-30 km / s.
Oddelenie posledného stupňa, vstup na trvalú obežnú dráhu okolo Beta Centauri.
Rovnako ako ISS, aj Longshot je možné zostaviť pomocou blokovej metódy na nízkej obežnej dráhe Zeme. Realistické rozmery kozmickej lode umožňujú využiť existujúce nosné rakety na montážny proces (na porovnanie, silný Saturn-V unesie náklad LEO naraz 120 ton!)
Malo by sa vziať do úvahy, že spustenie impulzného termonukleárneho motora na obežnú dráhu Zeme je príliš riskantné a neopatrné. Projekt Longshot predpokladal prítomnosť ďalších pomocných blokov (chemické raketové motory na kvapalné palivo) na získanie druhej a tretej kozmickej rýchlosti a stiahnutie kozmickej lode z roviny ekliptiky (systém Alpha Centauri sa nachádza 61 ° nad rovinou rotácia Zeme okolo Slnka). Tiež je možné, že na tento účel bude opodstatnený manéver v gravitačnom poli Jupitera - ako vesmírne sondy, ktorým sa podarilo uniknúť z roviny ekliptiky pomocou „voľného“zrýchlenia v blízkosti obrej planéty.
Epilóg
Všetky technológie a súčasti hypotetickej medzihviezdnej lode existujú v skutočnosti.
Hmotnosť a rozmery sondy Longshot zodpovedajú schopnostiam modernej kozmonautiky.
Ak začneme pracovať dnes, je vysoko pravdepodobné, že v polovici XXII. Storočia naše šťastné pravnúčatá uvidia z blízka prvé obrázky systému Alpha Centauri.
Pokrok má nezvratný smer: každodenný život nás stále ohromuje novými vynálezmi a objavmi. Je možné, že o 10-20 rokov sa pred nami objavia všetky vyššie popísané technológie vo forme pracovných vzoriek vyrobených na novej technologickej úrovni.
A napriek tomu je cesta ku hviezdam príliš ďaleko na to, aby malo zmysel o tom vážne hovoriť.
Pozorný čitateľ už zrejme upozornil na kľúčový problém projektu Longshot. Hélium-3.
Kde vziať sto ton tejto látky, ak je ročná produkcia hélia-3 iba 60 000 litrov (8 kilogramov) ročne pri cene až 2 000 dolárov za liter?! Odvážni spisovatelia sci-fi vkladajú svoje nádeje do výroby hélia-3 na Mesiaci a v atmosfére obrovských planét, ale nikto v tejto záležitosti nemôže poskytnúť žiadne záruky.
Existujú pochybnosti o možnosti skladovania takého objemu paliva a jeho dávkovanej zásoby vo forme mrazených „tabletiek“potrebných na pohon pulzného termonukleárneho motora. Rovnako ako samotný princíp fungovania motora: to, čo funguje viac alebo menej v laboratórnych podmienkach na Zemi, sa však ešte ani zďaleka nevyužíva vo vesmíre.
Konečne bezprecedentná spoľahlivosť všetkých sondových systémov. Účastníci projektu Longshot o tom priamo píšu: vytvorenie motora, ktorý môže fungovať 100 rokov bez zastavenia a veľkých opráv, bude neuveriteľným technickým prelomom. To isté platí pre všetky ostatné systémy a mechanizmy sond.
Nemali by ste však zúfať. V histórii astronautiky existujú príklady bezprecedentnej spoľahlivosti kozmických lodí. Priekopníci 6, 7, 8, 10, 11, ako aj plavci 1 a 2 - všetci pracujú vo vesmíre viac ako 30 rokov!
Príbeh s hydrazínovými tryskami (motormi na kontrolu polohy) týchto vesmírnych lodí je orientačný. Voyager 1 prešiel na náhradnú súpravu v roku 2004. Do tejto doby fungovala hlavná sada motorov v otvorenom vesmíre 27 rokov, pričom vydržala 353 000 štartov. Je pozoruhodné, že katalyzátory motora boli po celú dobu nepretržite ohrievané až na 300 ° C!
Dnes, 37 rokov po štarte, obaja plavci pokračujú v šialenom lete. Už dávno opustili heliosféru, ale naďalej pravidelne prenášajú údaje o medzihviezdnom médiu na Zem.
Každý systém, ktorý závisí od spoľahlivosti človeka, je nespoľahlivý. Musíme však priznať: z hľadiska zabezpečenia spoľahlivosti vesmírnych lodí sa nám podarilo dosiahnuť určité úspechy.
Všetky potrebné technológie na realizáciu „hviezdnej expedície“prestali byť fantáziou vedcov, ktorí zneužívajú kanabinoidy, a boli stelesnené vo forme jasných patentov a pracovných vzoriek technológie. V laboratóriu - ale existujú!
Koncepčný návrh medzihviezdnej kozmickej lode Longshot dokázal, že máme šancu uniknúť ku hviezdam. Na tejto tŕnistej ceste je veľa ťažkostí, ktoré je potrebné prekonať. Ale hlavnou vecou je, že je známy vektor vývoja a objavilo sa sebavedomie.
Viac informácií o projekte Longshot nájdete tu:
Za vyvolanie záujmu o túto tému vyjadrujem vďaku „poštárovi“.
