Zvaigžņu aukstais atspīdums ir īpaši skaists ziemas debesīs. Šajā laikā kļūst redzamas spožākās zvaigznes un zvaigznāji: Orions, Plejādes, Lielais suns ar žilbinošo Siriusu …
Pirms ceturtdaļgadsimta septiņi Jūras akadēmijas ordeņa virsnieki uzdeva neparastu jautājumu: cik tuvu mūsdienu cilvēce ir zvaigznēm? Pētījuma rezultātā tika izveidots detalizēts ziņojums, kas pazīstams kā Project Longshot (Long Range Shot). Automātiska starpzvaigžņu kuģa koncepcija, kas spēj saprātīgā laikā sasniegt tuvākās zvaigznes. Nekādu gadu tūkstošu lidojumu un "paaudžu kuģu"! Zondei vajadzētu sasniegt Alfa Centauri apkārtni 100 gadu laikā no brīža, kad tā tika palaista kosmosā.
Hipertelpa, gravitācija, antimateriāls un fotoniskās raķetes … Nē! Projekta galvenā iezīme ir tā paļaušanās uz esošajām tehnoloģijām. Pēc izstrādātāju domām, Longshot dizains ļauj uzbūvēt kosmosa kuģi jau 21. gadsimta pirmajā pusē!
Simts gadu lidojums ar esošajām tehnoloģijām. Nedzirdēta pārdrošība, ņemot vērā kosmisko attālumu mērogu. Starp Sauli un Alfa Kentauru atrodas 4, 36 sv platums "melna bezdibenis". gadā. Vairāk nekā 40 triljoni kilometri! Šī skaitļa briesmīgā nozīme kļūst skaidra nākamajā piemērā.
Ja mēs samazināsim Saules izmēru līdz tenisa bumbiņas izmēram, tad visa Saules sistēma iederēsies Sarkanajā laukumā. Zemes izmēri izvēlētajā mērogā samazināsies līdz smilšu graudam, bet tuvākā "tenisa bumba" - Alfa Kentauri - atradīsies Venēcijas Svētā Marka laukumā.
Lidojums uz Alfa Kentauri ar parasto Shuttle vai Soyuz kosmosa kuģi prasītu 190 000 gadu.
Briesmīga diagnoze izklausās pēc teikuma. Vai mēs esam lemti sēdēt uz sava "smilšu grauda", kam nav ne mazākās iespējas sasniegt zvaigznes? Populārzinātniskajos žurnālos ir aprēķini, kas pierāda, ka nav iespējams paātrināt kosmosa kuģi līdz gandrīz gaismas ātrumam. Tam būs nepieciešams "sadedzināt" visu Saules sistēmas vielu.
Un tomēr ir iespēja! Projekts Longshot ir pierādījis, ka zvaigznes ir daudz tuvāk, nekā mēs varam iedomāties.
Uz Voyager korpusa ir plāksne ar pulsara karti, kurā parādīta Saules atrašanās vieta Galaktikā, kā arī detalizēta informācija par Zemes iedzīvotājiem. Paredzams, ka citplanētieši kādreiz atradīs šo "akmens cirvi" un ieradīsies pie mums ciemos. Bet, ja mēs atceramies visu tehnoloģisko civilizāciju uzvedības īpatnības uz Zemes un Amerikas iekarošanas vēsturi, ko veikuši konkistadori, nevar paļauties uz "mierīgu kontaktu" …
Ekspedīcijas misija
Nokļūstiet Alpha Centauri sistēmā pēc simts gadiem.
Atšķirībā no citiem "zvaigžņu kuģiem" ("Daedalus"), projekts "Longshot" ietvēra zvaigžņu sistēmas (Alfa un Beta Kentauri) orbītas nokļūšanu. Tas ievērojami sarežģīja uzdevumu un pagarināja lidojuma laiku, bet ļautu detalizēti izpētīt tālu zvaigžņu apkārtni (atšķirībā no Dedalus, kas vienā dienā būtu meties garām mērķim un pazudis bez pēdām kosmosa dziļumos).
Lidojums ilgs 100 gadus. Vēl 4, 36 gadi būs nepieciešami informācijas pārsūtīšanai uz Zemi.
Alfa Kentauri, salīdzinot ar Saules sistēmu
Astronomi liek lielas cerības uz projektu - ja tie būs veiksmīgi, viņiem būs fantastisks instruments paralaksu (attālumu līdz citām zvaigznēm) mērīšanai, pamatojoties uz 4, 36 sv. gadā.
Gadsimtu vecs lidojums naktī arī nepaies bez mērķa: ierīce pētīs starpzvaigžņu vidi un paplašinās mūsu zināšanas par Saules sistēmas ārējām robežām.
Nošauti uz zvaigznēm
Galvenā un vienīgā kosmosa ceļojumu problēma ir milzīgie attālumi. Atrisinājuši šo problēmu, mēs atrisināsim visu pārējo. Lidojuma laika samazināšana novērsīs jautājumu par ilgtermiņa enerģijas avotu un augstu kuģa sistēmu uzticamību. Problēma ar personas klātbūtni uz kuģa tiks atrisināta. Īsais lidojums padara nevajadzīgas sarežģītas dzīvības uzturēšanas sistēmas un gigantiskas pārtikas / ūdens / gaisa piegādes uz kuģa.
Bet tie ir tāli sapņi. Šajā gadījumā ir nepieciešams nogādāt zvaigznēm bezpilota zondi viena gadsimta laikā. Mēs nezinām, kā salauzt telpas-laika kontinuumu, tāpēc ir tikai viena izeja: palielināt "zvaigznes kuģa" ātrumu uz zemes.
Kā parādīja aprēķins, lidojumam uz Alfa Kentauru 100 gadu laikā ir nepieciešams vismaz 4,5% ātrums no gaismas ātruma. 13500 km / s.
Nav pamata aizliegumu, kas ļautu ķermeņiem makrokosmosā pārvietoties norādītajā ātrumā, tomēr tā vērtība ir milzīgi liela. Salīdzinājumam: ātrākā kosmosa kuģa (zonde "New Horizons") ātrums pēc augšējās pakāpes izslēgšanas bija "tikai" 16,26 km / s (58636 km / h) attiecībā pret Zemi.
Longshot koncepcijas zvaigžņu kuģis
Kā paātrināt starpzvaigžņu kuģi līdz tūkstošiem km / s? Atbilde ir acīmredzama: jums ir nepieciešams dzinējs ar lielu vilci, kura īpatnējais impulss ir vismaz 1 000 000 sekundes.
Specifiskais impulss ir reaktīvā dzinēja efektivitātes rādītājs. Atkarīgs no gāzes molekulmasas, temperatūras un spiediena sadegšanas kamerā. Jo lielāka spiediena starpība sadegšanas kamerā un ārējā vidē, jo lielāks ir darba šķidruma aizplūšanas ātrums. Un līdz ar to motora efektivitāte ir augstāka.
Labākajiem mūsdienu elektrisko reaktīvo dzinēju (ERE) piemēriem specifiskais impulss ir 10 000 s; pie uzlādētu daļiņu staru plūsmas ātruma - līdz 100 000 km / s. Darba šķidruma (ksenona / kriptona) patēriņš ir daži miligrami sekundē. Dzinējs klusi dūc visu lidojuma laiku, lēnām paātrinot kuģi.
EJE valdzina ar relatīvo vienkāršību, zemām izmaksām un iespēju sasniegt lielu ātrumu (desmitiem km / s), bet zemās vilces vērtības (mazāk par vienu ņūtonu) dēļ paātrinājums var aizņemt desmitiem gadu.
Cita lieta ir ķīmiskie raķešu dzinēji, uz kuriem balstās visa mūsdienu kosmonautika. Viņiem ir milzīgs vilces spēks (desmitiem un simtiem tonnu), bet trīs komponentu šķidro propelentu raķešu dzinēja (litija / ūdeņraža / fluora) maksimālais īpatnējais impulss ir tikai 542 s, un gāzes izplūdes ātrums ir nedaudz vairāk par 5 km / s. Šī ir robeža.
Šķidrās degvielas raķetes ļauj īsā laikā palielināt kosmosa kuģa ātrumu par vairākiem km / s, taču tās nespēj vairāk. Zvaigžņu kuģim būs vajadzīgs dzinējs, kas balstīts uz dažādiem fiziskiem principiem.
"Longshot" veidotāji ir apsvēruši vairākus eksotiskus veidus, t.sk. "Viegla bura", paātrināta ar lāzeru ar jaudu 3,5 teravati (metode tika atzīta par neiespējamu).
Līdz šim vienīgais reālais veids, kā sasniegt zvaigznes, ir pulsējošs kodoldzinējs (kodolieroču dzinējs). Darbības princips ir balstīts uz lāzera termo kodolsintēzi (LTS), kas ir labi pētīta laboratorijas apstākļos. Liela enerģijas daudzuma koncentrēšana nelielos matērijas apjomos īsā laika periodā (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) ar inerciālu plazmas norobežojumu.
Longshot gadījumā nav runas par stabilu kontrolētas kodoltermiskās saplūšanas reakciju: ilgstoša plazmas slēgšana nav nepieciešama. Lai radītu reaktīvo vilci, radītais augstas temperatūras receklis nekavējoties "jāstumj" ar magnētisko lauku virs kuģa.
Degviela ir hēlija-3 / deitērija maisījums. Nepieciešamā degvielas padeve starpzvaigžņu lidojumam būs 264 tonnas.
Līdzīgā veidā plānots panākt vēl nebijušu efektivitāti: aprēķinos konkrētā impulsa vērtība ir 1,02 milj.sekundes!
Kā galvenais enerģijas avots kuģa sistēmu - impulsu dzinēju lāzeru, attieksmes kontroles sistēmu, sakaru un zinātnisko instrumentu - barošanai tika izvēlēts parasts reaktors, kura pamatā ir urāna degvielas mezgli. Iekārtas elektroenerģijai jābūt vismaz 300 kW (siltuma jauda ir gandrīz par kārtu lielāka).
No mūsdienu tehnoloģiju viedokļa tāda reaktora izveide, kas neprasa uzlādi veselu gadsimtu, nav vienkārša, bet praktiski iespējama. Jau tagad uz karakuģiem tiek izmantotas kodolsistēmas, kuru kodols kalpo atbilstoši kuģu ekspluatācijas laikam (30-50 gadi). Arī jauda ir pilnīgā kārtībā - piemēram, Krievijas jūras kara flotes kodolzemūdenēm uzstādītās kodoliekārtas OK -650 siltuma jauda ir 190 megavati un tā spēj nodrošināt elektrību visai pilsētai ar 50 000 cilvēku!
Šādas iekārtas ir pārmērīgi jaudīgas attiecībā uz telpu. Tas prasa kompaktumu un precīzu atbilstību noteiktajām īpašībām. Piemēram, 1987. gada 10. jūlijā tika palaists Kosmos -1867 - padomju pavadonis ar Jeniseja kodoliekārtu (satelīta masa - 1,5 tonnas, reaktora siltumjauda - 150 kW, elektriskā jauda - 6, 6 kW, kalpošanas laiks - 11 mēneši)).
Tas nozīmē, ka projektā Longshot izmantotais 300 kW reaktors ir tuvākās nākotnes jautājums. Paši inženieri aprēķināja, ka šāda reaktora masa būtu aptuveni 6 tonnas.
Patiesībā šeit beidzas fizika un sākas dziesmu teksti.
Starpzvaigžņu ceļojumu problēmas
Lai kontrolētu zondi, būs nepieciešams borta datoru komplekss ar mākslīgā intelekta iespējām. Apstākļos, kad signāla pārraides laiks ir ilgāks par 4 gadiem, efektīva zondes vadība no zemes nav iespējama.
Mikroelektronikas un pētniecības ierīču radīšanas jomā pēdējā laikā ir notikušas plašas izmaiņas. Maz ticams, ka Longshot radītājiem 1987. gadā bija priekšstats par mūsdienu datoru iespējām. Var uzskatīt, ka šī tehniskā problēma ir veiksmīgi atrisināta pēdējā ceturtdaļgadsimta laikā.
Situācija ar sakaru sistēmām izskatās tikpat optimistiska. Uzticamai informācijas pārraidei no 4, 36 sv. gadā būs nepieciešama lāzeru sistēma, kas darbojas 0,532 mikronu viļņa ielejā un ar 250 kW starojuma jaudu. Šajā gadījumā katram kvadrātam. metrs Zemes virsmas samazināsies par 222 fotoniem sekundē, kas ir daudz vairāk nekā mūsdienu radioteleskopu jutības slieksnis. Informācijas pārsūtīšanas ātrums no maksimālā attāluma būs 1 kbps. Mūsdienu radioteleskopi un kosmosa sakaru sistēmas spēj vairākas reizes paplašināt datu apmaiņas kanālu.
Salīdzinājumam: zondes Voyager 1 raidītāja jauda, kas pašlaik atrodas 19 miljardu km attālumā no Saules (17,5 gaismas stundas), ir tikai 23 W - kā spuldze jūsu ledusskapī. Tomēr ar to pilnīgi pietiek telemetrijas pārraidei uz Zemi ar ātrumu vairāki kbit / s.
Atsevišķa rinda ir jautājums par kuģa termoregulāciju.
Megavatu klases kodolreaktors un impulsu kodoldzinējs ir kolosāla siltumenerģijas daudzuma avoti, turklāt vakuumā ir tikai divi siltuma noņemšanas veidi - ablācija un starojums.
Risinājums varētu būt uzstādīt modernu radiatoru un izstarojošu virsmu sistēmu, kā arī siltumizolējošu keramisko buferi starp dzinēja nodalījumu un kuģa degvielas tvertnēm.
Brauciena sākumposmā kuģim būs nepieciešams papildu aizsargs no saules starojuma (līdzīgs tam, ko izmanto Skylab orbitālajā stacijā). Galīgā mērķa zonā - Beta Centauri zvaigznes orbītā - pastāv arī zondes pārkaršanas draudi. Nepieciešama iekārtu siltumizolācija un sistēma liekā siltuma pārnešanai no visiem svarīgiem blokiem un zinātniskiem instrumentiem uz izstarojošiem radiatoriem.
Kuģa paātrinājuma grafiks laika gaitā
Diagramma, kas parāda ātruma izmaiņas
Jautājums par kosmosa kuģa aizsardzību no mikrometeorītiem un kosmiskajām putekļu daļiņām ir ārkārtīgi sarežģīts. Ar ātrumu 4,5% no gaismas ātruma jebkura sadursme ar mikroskopisku priekšmetu var nopietni sabojāt zondi. "Longshot" veidotāji ierosina atrisināt problēmu, uzstādot kuģa priekšpusē spēcīgu aizsargvairogu (metāla? Keramika?), Kas vienlaikus bija liekā siltuma radiators.
Cik uzticama ir šī aizsardzība? Un vai ir iespējams izmantot zinātniskās fantastikas aizsardzības sistēmas spēka / magnētisko lauku vai mikrodispersu daļiņu "mākoņu" veidā, kas atrodas magnētiskā lauka priekšā kuģim? Cerēsim, ka līdz zvaigžņu kuģa radīšanai inženieri atradīs adekvātu risinājumu.
Kas attiecas uz pašu zondi, tai tradicionāli būs daudzpakāpju izvietojums ar noņemamām tvertnēm. Korpusa konstrukciju ražošanas materiāls - alumīnijs / titāna sakausējumi. Saliktā kosmosa kuģa kopējā masa zemas zemes orbītā būs 396 tonnas, un tās maksimālais garums ir 65 metri.
Salīdzinājumam: Starptautiskās kosmosa stacijas masa ir 417 tonnas ar 109 metru garumu.
1) Palaidiet konfigurāciju zemas zemes orbītā.
2) 33. lidojuma gads, pirmā tanku pāra atdalīšana.
3) 67. lidojuma gads, otrā tanku pāra atdalīšana.
4) 100. lidojuma gads - ierašanās mērķī ar ātrumu 15-30 km / s.
Pēdējā posma atdalīšana, ieejot pastāvīgā orbītā ap Beta Centauri.
Tāpat kā ISS, Longshot var salikt, izmantojot bloķēšanas metodi zemā Zemes orbītā. Kosmosa kuģa reālistiskie izmēri ļauj montāžas procesā izmantot esošās nesējraķetes (salīdzinājumam-varenais Saturn-V vienlaikus var pārvadāt 120 tonnu kravu uz LEO!)
Jāņem vērā, ka pulsējoša kodoldzinēja iedarbināšana zemes orbītā ir pārāk riskanta un neuzmanīga. Projekts Longshot paredzēja papildu pastiprinātāju blokus (ķīmisko šķidro propelentu raķešu dzinējus), lai iegūtu otro un trešo kosmisko ātrumu un izņemtu kosmosa kuģi no ekliptikas plaknes (Alfa Centauri sistēma atrodas 61 ° virs plaknes). Zemes rotācija ap Sauli). Tāpat iespējams, ka šim nolūkam tiks attaisnots manevrs Jupitera gravitācijas laukā - līdzīgi kā kosmosa zondes, kurām izdevās izbēgt no ekliptikas plaknes, izmantojot "brīvo" paātrinājumu milzu planētas tuvumā.
Epilogs
Visas hipotētiskā starpzvaigžņu kuģa tehnoloģijas un sastāvdaļas pastāv patiesībā.
Longshot zondes svars un izmēri atbilst mūsdienu kosmonautikas iespējām.
Ja mēs sāksim darbu šodien, tad ļoti iespējams, ka līdz XXII gadsimta vidum mūsu laimīgie mazmazbērni no tuvas distances redzēs pirmos Alpha Centauri sistēmas attēlus.
Progresam ir neatgriezenisks virziens: katru dienu dzīve turpina mūs pārsteigt ar jauniem izgudrojumiem un atklājumiem. Iespējams, ka pēc 10-20 gadiem visas iepriekš aprakstītās tehnoloģijas parādīsies mūsu priekšā darba paraugu veidā, kas izgatavoti jaunā tehnoloģiskā līmenī.
Un tomēr ceļš uz zvaigznēm ir pārāk tālu, lai būtu jēga par to nopietni runāt.
Uzmanīgais lasītājs, iespējams, jau ir pievērsis uzmanību Longshot projekta galvenajai problēmai. Hēlijs-3.
Kur iegūt simt tonnas šīs vielas, ja hēlija-3 gada produkcija ir tikai 60 000 litru (8 kilogrami) gadā par cenu līdz 2000 USD par litru?! Drosmīgi zinātniskās fantastikas rakstnieki cer uz hēlija-3 ražošanu uz Mēness un milzu planētu atmosfērā, taču neviens nevar sniegt nekādas garantijas šajā jautājumā.
Pastāv šaubas par iespēju uzglabāt šādu degvielas tilpumu un tā dozēto krājumu saldētu "tablešu" veidā, kas nepieciešamas, lai darbinātu impulsa kodoldzinēju. Tomēr, tāpat kā pats motora darbības princips: tas, kas vairāk vai mazāk darbojas laboratorijas apstākļos uz Zemes, joprojām ir tālu no izmantošanas kosmosā.
Visbeidzot, visu zondes sistēmu bezprecedenta uzticamība. Projekta Longshot dalībnieki tieši par to raksta: tāda dzinēja izveide, kas var darboties 100 gadus bez apstāšanās un kapitālā remonta, būs neticams tehnisks sasniegums. Tas pats attiecas uz visām citām zondes sistēmām un mehānismiem.
Tomēr jums nevajadzētu izmisumā. Astronautikas vēsturē ir piemēri par nepieredzētu kosmosa kuģu uzticamību. Pionieri 6, 7, 8, 10, 11, kā arī 1. un 2. ceļotāji - viņi visi ir strādājuši kosmosā vairāk nekā 30 gadus!
Stāsts ar šo kosmosa kuģu hidrazīna dzinējiem (attieksmes kontroles dzinējiem) ir orientējošs. Voyager 1 2004. gadā pārgāja uz rezerves komplektu. Līdz tam laikam galvenais dzinēju komplekts bija strādājis atklātā telpā 27 gadus, izturot 353 000 startu. Jāatzīmē, ka visu šo laiku motora katalizatori ir nepārtraukti uzkarsēti līdz 300 ° C!
Šodien, 37 gadus pēc starta, abi Voyagers turpina savu ārprātīgo lidojumu. Viņi jau sen ir atstājuši heliosfēru, bet turpina regulāri pārraidīt datus starpzvaigžņu vidē uz Zemi.
Jebkura sistēma, kas ir atkarīga no cilvēka uzticamības, ir neuzticama. Tomēr jāatzīst: attiecībā uz kosmosa kuģu uzticamības nodrošināšanu mums ir izdevies sasniegt zināmus panākumus.
Visas "zvaigžņu ekspedīcijas" īstenošanai nepieciešamās tehnoloģijas vairs nav zinātnieku fantāzijas, kuras ļaunprātīgi izmanto kanabinoīdus, un tās ir iemiesotas skaidru patentu un strādājošu tehnoloģiju paraugu veidā. Laboratorijā - bet tie pastāv!
Starpzvaigžņu kosmosa kuģa Longshot konceptuālais dizains pierādīja, ka mums ir iespēja aizbēgt līdz zvaigznēm. Šajā sarežģītajā ceļā ir jāpārvar daudzas grūtības. Bet galvenais ir tas, ka attīstības vektors ir zināms, un ir parādījusies pašapziņa.
Plašāku informāciju par Longshot projektu var atrast šeit:
Par intereses ierosināšanu par šo tēmu izsaku pateicību "Pastniekam".
