Hladni odsjaj zvijezda posebno je lijep na zimskom nebu. U to vrijeme postaju vidljive najsjajnije zvijezde i sazviježđa: Orion, Plejade, Veliki pas s blistavim Siriusom …
Prije četvrt stoljeća sedam vojnih časnika Pomorske akademije postavilo je neobično pitanje: koliko je moderno čovječanstvo blizu zvijezda? Istraživanje je rezultiralo detaljnim izvješćem poznatim kao Project Longshot (Long Range Shot). Koncept automatskog međuzvjezdanog plovila sposobnog doseći najbliže zvijezde u razumnom vremenu. Nema tisućljeća leta i "brodova generacija"! Sonda bi trebala doseći blizinu Alpha Centauri u roku od 100 godina od trenutka lansiranja u svemir.
Hipersvemir, gravitacija, antimaterija i fotonske rakete … Ne! Glavna značajka projekta je oslanjanje na postojeće tehnologije. Prema riječima programera, dizajn Longshot omogućuje izgradnju svemirskog broda već u prvoj polovici 21. stoljeća!
Sto godina leta uz postojeće tehnologije. Nečuvena odvažnost, s obzirom na razmjere svemirskih udaljenosti. Između Sunca i Alfe Kentauri leži "crni ponor" širok 4, 36 sv. godine. Preko 40 bilijuna kilometara! Čudovišno značenje ove figure postaje jasno u sljedećem primjeru.
Smanjimo li veličinu Sunca na veličinu teniske loptice, tada će se cijeli Sunčev sustav uklopiti na Crveni trg. Veličina Zemlje u odabranoj ljestvici smanjit će se na veličinu zrna pijeska, dok će najbliža "teniska lopta" - Alpha Centauri - ležati na Trgu svetog Marka u Veneciji.
Let do Alpha Centauri konvencionalnom letjelicom Shuttle ili Soyuz trajao bi 190.000 godina.
Strašna dijagnoza zvuči kao rečenica. Jesmo li osuđeni sjediti na svom "zrnu pijeska", a da nemamo ni najmanje šanse doseći zvijezde? U znanstveno-popularnim časopisima postoje izračuni koji dokazuju da je nemoguće ubrzati svemirski brod do brzine blizu svjetlosti. To će zahtijevati "spaljivanje" sve tvari u Sunčevom sustavu.
A ipak postoji šansa! Projekt Longshot dokazao je da su zvijezde mnogo bliže nego što možemo zamisliti.
Na trupu Voyagera nalazi se ploča s pulsar kartom koja prikazuje položaj Sunca u Galaksiji, kao i detaljne podatke o stanovnicima Zemlje. Očekuje se da će vanzemaljci jednog dana pronaći ovu "kamenu sjekiru" i doći nam u posjet. No, prisjetimo li se osobitosti ponašanja svih tehnoloških civilizacija na Zemlji i povijesti osvajanja Amerike od strane konkvistadora, ne možemo računati na "miran kontakt" …
Misija ekspedicije
Dođite do sustava Alpha Centauri za sto godina.
Za razliku od drugih "zvjezdanih brodova" ("Daedalus"), projekt "Longshot" uključivao je ulazak u orbitu zvjezdanog sustava (Alpha i Beta Centauri). To je značajno zakompliciralo zadatak i produžilo vrijeme leta, ali bi omogućilo detaljno proučavanje blizine udaljenih zvijezda (za razliku od Dedala, koji bi za jedan dan projurio pored cilja i netragom nestao u dubinama svemira).
Let će trajati 100 godina. Još 4, 36 godina će biti potrebno za prijenos informacija na Zemlju.
Alfa Centauri u usporedbi sa Sunčevim sustavom
Astronomi polažu velike nade u projekt - ako budu uspješni, imat će fantastičan instrument za mjerenje paralaksa (udaljenosti do drugih zvijezda) s bazom 4, 36 sv. godine.
Stoljetni let kroz noć također neće proći besciljno: uređaj će proučavati međuzvjezdani medij i proširit će naše znanje o vanjskim granicama Sunčevog sustava.
Pucano u zvijezde
Glavni i jedini problem svemirskih putovanja su kolosalne udaljenosti. Nakon što smo riješili ovo pitanje, riješit ćemo i sve ostalo. Skraćivanjem vremena leta uklonit će se pitanje dugoročnog izvora energije i visoke pouzdanosti brodskih sustava. Problem s prisutnošću osobe na brodu bit će riješen. Kratki let čini složene sustave za održavanje života i ogromne zalihe hrane / vode / zraka na brodu nepotrebnima.
Ali to su daleki snovi. U tom slučaju potrebno je zvijezdama isporučiti bespilotnu sondu u roku od jednog stoljeća. Ne znamo kako razbiti prostor-vremenski kontinuum, stoga postoji samo jedan izlaz: povećati zemaljsku brzinu "zvjezdanog broda".
Kako je proračun pokazao, let za Alpha Centauri za 100 godina zahtijeva brzinu od najmanje 4,5% brzine svjetlosti. 13500 km / s.
Ne postoje temeljne zabrane koje dopuštaju tijelima u makrokozmosu da se kreću navedenom brzinom, no ipak je njihova vrijednost čudovišno velika. Za usporedbu: brzina najbrže letjelice (sonda "New Horizons") nakon isključivanja gornjeg stupnja bila je "samo" 16,26 km / s (58636 km / h) u odnosu na Zemlju.
Zvjezdani brod Longshot koncepta
Kako ubrzati međuzvjezdani brod do brzine tisuća km / s? Odgovor je očit: potreban vam je motor s velikim potiskom sa specifičnim impulsom od najmanje 1.000.000 sekundi.
Specifični impuls pokazatelj je učinkovitosti mlaznog motora. Ovisi o molekularnoj težini, temperaturi i tlaku plina u komori za izgaranje. Što je veća razlika tlaka u komori za izgaranje i u vanjskom okruženju, veća je i brzina istjecanja radne tekućine. I, prema tome, učinkovitost motora je veća.
Najbolji primjeri modernih električnih mlaznih motora (ERE) imaju specifični impuls od 10.000 s; pri brzini istjecanja snopova nabijenih čestica - do 100.000 km / s. Potrošnja radne tekućine (ksenon / kripton) iznosi nekoliko miligrama u sekundi. Motor tiho bruji tijekom leta, polako ubrzavajući letjelicu.
EJE -i osvajaju svojom relativnom jednostavnošću, niskim troškovima i potencijalom za postizanje velikih brzina (deseci km / s), ali zbog niske vrijednosti potiska (manje od jednog Newtona), ubrzanje može potrajati desetke godina.
Druga stvar su kemijski raketni motori, na kojima počiva sva moderna kozmonautika. Imaju veliki potisak (desetine i stotine tona), ali najveći specifični impuls trokomponentnog raketnog motora na tekuće gorivo (litij / vodik / fluor) iznosi samo 542 s, s brzinom istjecanja plina nešto više od 5 km / s. Ovo je granica.
Rakete na tekuće gorivo omogućuju povećanje brzine letjelice za nekoliko km / s u kratkom vremenu, ali nisu sposobne za više. Zvjezdanom brodu će trebati motor temeljen na različitim fizičkim principima.
Tvorci "Longshota" razmotrili su nekoliko egzotičnih načina, uklj. "Lako jedro", ubrzano laserom snage 3, 5 teravata (metoda je prepoznata kao neizvediva).
Do danas je jedini realan način da se dođe do zvijezda impulsni nuklearni (termonuklearni) motor. Princip rada temelji se na laserskoj termonuklearnoj fuziji (LTS), dobro proučenoj u laboratorijskim uvjetima. Koncentracija velike količine energije u malim količinama tvari u kratkom vremenskom razdoblju (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) s inercijskim zatvaranjem plazme.
U slučaju Longshota nema govora o bilo kakvoj stabilnoj reakciji kontrolirane termonuklearne fuzije: nije potrebno dugotrajno zatvaranje u plazmu. Kako bi se stvorio mlazni potisak, nastali visokotemperaturni ugrušak mora se odmah "gurnuti" magnetskim poljem s broda.
Gorivo je smjesa helij-3 / deuterij. Potrebna opskrba gorivom za međuzvjezdani let bit će 264 tone.
Na sličan način planira se postići neviđena učinkovitost: u izračunima vrijednost specifičnog impulsa iznosi 1,02 milijuna kuna.sekundi!
Kao glavni izvor energije za napajanje brodskih sustava - impulsni laserski motori, sustavi za kontrolu položaja, komunikacije i znanstveni instrumenti - odabran je konvencionalni reaktor na bazi uranovih goriva. Električna snaga instalacije mora biti najmanje 300 kW (toplinska snaga je gotovo za red veličine veća).
Sa stajališta suvremene tehnologije, stvaranje reaktora koji ne zahtijeva ponovno punjenje cijelo stoljeće nije jednostavno, ali je moguće u praksi. Već sada se na ratnim brodovima koriste nuklearni sustavi čija jezgra ima vijek trajanja razmjeran vijeku trajanja brodova (30-50 godina). Snaga je također u potpunom redu - na primjer, nuklearna instalacija OK -650 instalirana na nuklearnim podmornicama ruske mornarice ima toplinski kapacitet od 190 megavata i sposobna je opskrbiti električnom energijom cijeli grad s 50.000 stanovnika!
Takve su instalacije pretjerano moćne za prostor. To zahtijeva kompaktnost i preciznu usklađenost s navedenim karakteristikama. Na primjer, 10. srpnja 1987. lansiran je Kosmos -1867 - sovjetski satelit s nuklearnom instalacijom Yenisei (masa satelita - 1,5 tona, toplinska snaga reaktora - 150 kW, električna snaga - 6, 6 kW, vijek trajanja - 11 mjeseci)).
To znači da je reaktor snage 300 kW koji se koristi u projektu Longshot stvar bliske budućnosti. Sami inženjeri izračunali su da bi masa takvog reaktora bila oko 6 tona.
Zapravo, tu prestaje fizika i počinju tekstovi.
Problemi međuzvjezdanog putovanja
Za upravljanje sondom bit će potreban računalni kompleks na vozilu s izradom umjetne inteligencije. U uvjetima gdje je vrijeme prijenosa signala duže od 4 godine, učinkovita kontrola sonde sa zemlje je nemoguća.
U području mikroelektronike i stvaranja istraživačkih uređaja nedavno su se dogodile velike promjene. Malo je vjerojatno da su tvorci Longshota 1987. imali ikakvu ideju o mogućnostima modernih računala. Može se smatrati da je ovaj tehnički problem uspješno riješen u posljednjih četvrt stoljeća.
Situacija s komunikacijskim sustavima izgleda jednako optimistična. Za pouzdan prijenos informacija s udaljenosti 4, 36 sv. godine bit će potreban sustav lasera koji djeluju u dolini vala od 0,532 mikrona i snage zračenja od 250 kW. U ovom slučaju, za svaki kvadrat. metar Zemljine površine pasti će 222 fotona u sekundi, što je mnogo više od praga osjetljivosti suvremenih radioteleskopa. Brzina prijenosa informacija s maksimalne udaljenosti bit će 1 kbps. Suvremeni radioteleskopi i svemirski komunikacijski sustavi mogu nekoliko puta proširiti kanal razmjene podataka.
Za usporedbu: snaga odašiljača sonde Voyager 1, koja se trenutno nalazi na udaljenosti od 19 milijardi km od Sunca (17,5 svjetlosnih sati), iznosi samo 23 W - poput žarulje u vašem hladnjaku. Međutim, to je sasvim dovoljno za telemetrijski prijenos na Zemlju brzinom od nekoliko kbit / s.
Poseban red je pitanje termoregulacije broda.
Nuklearni reaktor klase megavata i impulsni termonuklearni motor izvori su kolosalne količine toplinske energije, štoviše, u vakuumu postoje samo dva načina uklanjanja topline - ablacija i zračenje.
Rješenje bi moglo biti ugradnja naprednog sustava radijatora i zračnih površina, kao i keramičkog odbojnika za toplinsku izolaciju između motornog prostora i brodskih spremnika goriva.
U početnoj fazi putovanja, brodu će trebati dodatni zaštitni štit od sunčevog zračenja (slično onom koji se koristi na orbitalnoj postaji Skylab). U području konačnog cilja - u orbiti zvijezde Beta Centauri - također će postojati opasnost od pregrijavanja sonde. Potrebna je toplinska izolacija opreme i sustav za prijenos viška topline iz svih važnih blokova i znanstvenih instrumenata u radijatore koji zrače.
Grafikon ubrzanja broda tijekom vremena
Grafikon prikazuje promjenu brzine
Pitanje zaštite letjelice od mikrometeorita i čestica kozmičke prašine izuzetno je teško. Pri brzini od 4,5% brzine svjetlosti, svaki sudar s mikroskopskim predmetom može ozbiljno oštetiti sondu. Tvorci "Longshota" predlažu riješiti problem ugradnjom snažnog zaštitnog štita u prednji dio broda (metal? Keramika?), Koji je u isto vrijeme bio radijator viška topline.
Koliko je ta zaštita pouzdana? Je li moguće koristiti znanstveno-fantastične sustave zaštite u obliku sile / magnetskih polja ili "oblaka" mikrodispergiranih čestica koje drži magnetsko polje ispred broda? Nadajmo se da će inženjeri do stvaranja zvjezdanog broda pronaći odgovarajuće rješenje.
Što se tiče same sonde, ona će tradicionalno imati višestepeni raspored s odvojivim spremnicima. Materijal izrade konstrukcija trupa - legure aluminija / titana. Ukupna masa sastavljene svemirske letjelice u orbiti niske zemlje bit će 396 tona, s maksimalnom duljinom od 65 metara.
Za usporedbu: masa Međunarodne svemirske postaje je 417 tona s duljinom od 109 metara.
1) Pokretanje konfiguracije u orbiti s niskom zemljom.
2) 33. godina leta, odvajanje prvog para tenkova.
3) 67. godina leta, odvajanje drugog para tenkova.
4) 100. godina leta - dolazak na cilj brzinom 15-30 km / s.
Odvajanje posljednje faze, ulazak u stalnu orbitu oko Beta Centauri.
Kao i ISS, Longshot se može sastaviti blok metodom u niskoj Zemljinoj orbiti. Realne dimenzije letjelice omogućuju korištenje postojećih lansirnih vozila u procesu montaže (za usporedbu, moćni Saturn-V može odjednom nositi LEO teret od 120 tona!)
Treba uzeti u obzir da je lansiranje impulsnog termonuklearnog motora u orbitu oko Zemlje previše rizično i nemarno. Projekt Longshot predvidio je prisutnost dodatnih potisnih blokova (kemijski raketni motori s tekućim pogonom) za postizanje druge i treće kozmičke brzine i povlačenje letjelice iz ravnine ekliptike (sustav Alpha Centauri nalazi se 61 ° iznad ravnine rotacija Zemlje oko Sunca). Također, moguće je da će u tu svrhu biti opravdan manevar u gravitacijskom polju Jupitera - poput svemirskih sondi koje su uspjele pobjeći iz ravnine ekliptike, koristeći "slobodno" ubrzanje u blizini divovskog planeta.
Epilog
Sve tehnologije i komponente hipotetičkog međuzvjezdanog broda postoje u stvarnosti.
Težina i dimenzije sonde Longshot odgovaraju sposobnostima suvremene kozmonautike.
Ako danas počnemo s radom, velika je vjerojatnost da će do sredine XXII stoljeća naši sretni praunuci vidjeti prve slike sustava Alpha Centauri iz neposredne blizine.
Napredak ima nepovratan smjer: svakodnevni život nastavlja nas zadiviti novim izumima i otkrićima. Moguće je da će se za 10-20 godina sve gore opisane tehnologije pojaviti pred nama u obliku radnih uzoraka izrađenih na novoj tehnološkoj razini.
Pa ipak, put do zvijezda predaleko je da bi imalo smisla o tome ozbiljno govoriti.
Pažljivi čitatelj vjerojatno je već skrenuo pozornost na ključni problem projekta Longshot. Helij-3.
Gdje nabaviti sto tona ove tvari, ako je godišnja proizvodnja helija-3 samo 60.000 litara (8 kilograma) godišnje po cijeni do 2.000 dolara po litri?! Hrabri pisci znanstvene fantastike polažu nadu u proizvodnju helija-3 na Mjesecu i u atmosferi divovskih planeta, ali nitko ne može dati jamstva po tom pitanju.
Postoje sumnje u mogućnost skladištenja takve količine goriva i njegove dozirane opskrbe u obliku smrznutih "tableta" potrebnih za pogon impulsnog termonuklearnog motora. Međutim, kao i sam princip rada motora: ono što više ili manje radi u laboratorijskim uvjetima na Zemlji još je daleko od upotrebe u svemiru.
Konačno, neviđena pouzdanost svih sustava sondi. Sudionici projekta Longshot izravno pišu o tome: stvaranje motora koji može raditi 100 godina bez zaustavljanja i velikih popravaka bit će nevjerojatan tehnički iskorak. Isto vrijedi i za sve ostale sustave i mehanizme sondi.
Međutim, ne biste trebali očajavati. U povijesti astronautike postoje primjeri neviđene pouzdanosti svemirskih letjelica. Pioniri 6, 7, 8, 10, 11, kao i Voyageri 1 i 2 - svi su radili u svemiru više od 30 godina!
Priča s hidrazinskim potisnicima (motorima za kontrolu položaja) ovih svemirskih letjelica je indikativna. Voyager 1 prešao je na rezervni komplet 2004. godine. Do tada je glavni set motora radio na otvorenom svemiru 27 godina, izdržavši 353 000 startova. Značajno je napomenuti da su se katalizatori motora cijelo vrijeme neprestano zagrijavali do 300 ° C!
Danas, 37 godina nakon lansiranja, oba Voyagera nastavljaju svoj ludi let. Oni su odavno napustili heliosferu, ali nastavljaju redovito prenositi podatke o međuzvjezdanom mediju na Zemlju.
Svaki sustav koji ovisi o ljudskoj pouzdanosti je nepouzdan. Međutim, moramo priznati: u smislu osiguranja pouzdanosti letjelica uspjeli smo postići određene uspjehe.
Sve potrebne tehnologije za provedbu "zvjezdane ekspedicije" prestale su biti maštarije znanstvenika koji zloupotrebljavaju kanabinoide, a utjelovljene su u obliku jasnih patenata i radnih uzoraka tehnologije. U laboratoriju - ali postoje!
Idejno rješenje međuzvjezdane letjelice Longshot pokazalo je da imamo priliku pobjeći do zvijezda. Mnogo je poteškoća koje treba prevladati na ovom trnovitom putu. Ali glavna stvar je da je vektor razvoja poznat i pojavilo se samopouzdanje.
Više informacija o projektu Longshot možete pronaći ovdje:
Za pokretanje interesa za ovu temu izražavam zahvalnost "Poštaru".
