Stjernernes kolde blænding er især smuk på vinterhimlen. På dette tidspunkt bliver de klareste stjerner og stjernebilleder synlige: Orion, Pleiades, Greater Dog med blændende Sirius …
For et kvart århundrede siden stillede syv kommandanter fra Søfartsakademiet et usædvanligt spørgsmål: hvor tæt er den moderne menneskehed på stjernerne? Forskningen resulterede i en detaljeret rapport kendt som Project Longshot (Long Range Shot). Et koncept om et automatisk interstellært fartøj, der er i stand til at nå de nærmeste stjerner på rimelig tid. Ingen årtusinder af flyvning og "generationers skibe"! Sonden skulle nå nærheden af Alpha Centauri inden for 100 år fra det blev lanceret i rummet.
Hyperspace, tyngdekraft, antimateriale og fotoniske raketter … Nej! Projektets hovedtræk er dets afhængighed af eksisterende teknologier. Ifølge udviklerne gør Longshot -designet det muligt at bygge et rumskib allerede i første halvdel af det 21. århundrede!
Hundrede års flyvning med eksisterende teknologier. En uhørt frækhed i betragtning af omfanget af kosmiske afstande. Mellem Solen og Alpha Centauri ligger en "sort afgrund" 4, 36 sv bred. årets. Over 40 billioner kilometer! Den uhyrlige betydning af denne figur bliver tydelig i det følgende eksempel.
Hvis vi reducerer solens størrelse til størrelsen af en tennisbold, så passer hele solsystemet på Den Røde Plads. Jordens størrelse i den valgte skala vil falde til størrelsen af et sandkorn, mens den nærmeste "tennisbold" - Alpha Centauri - vil ligge på Markuspladsen i Venedig.
En flyvetur til Alpha Centauri med en konventionel rumfærge eller Soyuz rumfartøj ville tage 190.000 år.
En frygtelig diagnose lyder som en sætning. Er vi dømt til at sidde på vores "sandkorn" uden at have den mindste chance for at nå stjernerne? I populærvidenskabelige blade er der beregninger, der beviser, at det er umuligt at accelerere et rumskib til næsten lyshastigheder. Dette vil kræve "brænde" alt stof i solsystemet.
Og alligevel er der en chance! Project Longshot har bevist, at stjernerne er meget tættere på, end vi kan forestille os.
På Voyager -skroget er en tallerken med et pulsarkort, der viser solens placering i galaksen, samt detaljerede oplysninger om jordens indbyggere. Det forventes, at udlændinge en dag vil finde denne "stenøks" og komme til at besøge os. Men hvis vi husker særegenhederne ved alle teknologiske civilisationers adfærd på Jorden og historien om Amerikas erobringer af erobrerne, kan man ikke regne med "fredelig kontakt" …
Ekspeditionens mission
Kom til Alpha Centauri -systemet om hundrede år.
I modsætning til andre "stjerneskibe" ("Daedalus") involverede "Longshot" -projektet at komme ind i stjernesystemets bane (Alpha og Beta Centauri). Dette komplicerede opgaven betydeligt og forlængede flyvetiden, men ville muliggøre en detaljeret undersøgelse af nærheden af fjerne stjerner (i modsætning til Daedalus, som ville haste forbi målet på en dag og forsvinde sporløst i dybden af rummet).
Flyvningen tager 100 år. Yderligere 4, 36 år vil være påkrævet for at overføre oplysninger til Jorden.
Alpha Centauri sammenlignet med solsystemet
Astronomer sætter store håb om projektet - hvis de lykkes, vil de have et fantastisk instrument til måling af parallakser (afstande til andre stjerner) med et grundlag på 4, 36 sv. årets.
Et århundrede gammelt fly gennem natten vil heller ikke passere formålsløst: enheden vil studere det interstellare medium og vil udvide vores viden om solsystemets ydre grænser.
Skudt til stjernerne
Det største og eneste problem med rumrejser er de kolossale afstande. Efter at have løst dette problem, løser vi resten. Reduktion af flyvetiden fjerner spørgsmålet om en langsigtet energikilde og høj pålidelighed af skibets systemer. Problemet med tilstedeværelsen af en person om bord vil blive løst. Den korte flyvning gør komplekse livsstøttesystemer og gigantiske forsyninger af mad / vand / luft om bord unødvendige.
Men det er fjerne drømme. I dette tilfælde er det nødvendigt at levere en ubemandet sonde til stjernerne inden for et århundrede. Vi ved ikke, hvordan vi skal bryde rum-tid-kontinuumet, derfor er der kun en vej ud: at øge "fartøjets" grundhastighed.
Som beregningen viste, kræver et fly til Alpha Centauri om 100 år en hastighed på mindst 4,5% af lysets hastighed. 13500 km / s.
Der er ingen grundlæggende forbud, der tillader kroppe i makrokosmos at bevæge sig med den angivne hastighed, ikke desto mindre er dens værdi uhyre stor. Til sammenligning: hastigheden på den hurtigste af rumfartøjet (sonde "New Horizons") efter at have slukket den øverste etape var "kun" 16,26 km / s (58636 km / t) i forhold til Jorden.
Longshot koncept stjerneskib
Hvordan accelerere et interstellært skib til hastigheder på tusinder af km / s? Svaret er indlysende: du har brug for en motor med høj kraft med en specifik impuls på mindst 1.000.000 sekunder.
Specifik impuls er en indikator for en jetmotors effektivitet. Afhænger af molekylvægten, temperaturen og trykket af gassen i forbrændingskammeret. Jo større trykforskel i forbrændingskammeret og i det ydre miljø er, desto større er hastigheden på udstrømningen af arbejdsvæsken. Og derfor er motorens effektivitet højere.
De bedste eksempler på moderne elektriske jetmotorer (ERE) har en specifik impuls på 10.000 s; ved en udstrømningshastighed af stråler af ladede partikler - op til 100.000 km / s. Forbruget af arbejdsvæsken (xenon / krypton) er et par milligram i sekundet. Motoren brummer stille under hele flyvningen, hvilket langsomt fremskynder fartøjet.
EJE'er fængsler med deres relative enkelhed, lave omkostninger og potentialet for at opnå høje hastigheder (snesevis af km / s), men på grund af den lave trykværdi (mindre end en Newton) kan acceleration tage snesevis af år.
En anden ting er kemiske raketmotorer, som al moderne kosmonautik hviler på. De har et stort tryk (tiere og hundredvis af tons), men den maksimale specifikke impuls for en tre-komponent flydende raketmotor (lithium / hydrogen / fluor) er kun 542 s med en gasudstrømningshastighed på godt 5 km / s. Dette er grænsen.
Flydende drivraketter gør det muligt at øge rumfartøjets hastighed med flere km / s på kort tid, men de er ikke i stand til mere. Stjerneskibet skal bruge en motor baseret på forskellige fysiske principper.
Skaberne af "Longshot" har overvejet flere eksotiske måder, inkl. "Let sejl", accelereret af en laser med en effekt på 3, 5 terawatts (metoden blev anerkendt som uopnåelig).
Til dato er den eneste realistiske måde at nå stjernerne på en pulserende nukleare (termonukleare) motor. Driftsprincippet er baseret på laser -termonuklear fusion (LTS), godt undersøgt under laboratorieforhold. Koncentration af en stor mængde energi i små mængder stof i løbet af en kort periode (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) med inertial plasmavængsel.
I tilfælde af Longshot er der ikke tale om nogen stabil reaktion af kontrolleret termonuklear fusion: langvarig plasmaindævning er ikke påkrævet. For at skabe jetkraft skal den resulterende højtemperaturprop straks "skubbes" af magnetfeltet over bord på skibet.
Brændstoffet er en helium-3 / deuterium-blanding. Den nødvendige brændstoftilførsel til en interstellar flyvning vil være 264 tons.
På lignende måde er det planlagt at opnå en hidtil uset effektivitet: i beregningerne er værdien af den specifikke impuls 1,02 mio.sekunder!
Som den vigtigste energikilde til at drive skibets systemer - pulserede motorlasere, holdningskontrolsystemer, kommunikation og videnskabelige instrumenter - blev en konventionel reaktor baseret på uranbrændstofsamlinger valgt. Den elektriske effekt i installationen skal være mindst 300 kW (termisk effekt er næsten en størrelsesorden højere).
Fra moderne teknologis synsvinkel er oprettelsen af en reaktor, der ikke kræver genopladning i et helt århundrede, ikke let, men mulig i praksis. Allerede nu bruges der på krigsskibe atomsystemer, hvis kerne har en levetid, der svarer til skibenes levetid (30-50 år). Strømmen er også i fuldstændig orden - for eksempel har OK -650 atominstallationen installeret på atomubåde i den russiske flåde en termisk kapacitet på 190 megawatt og er i stand til at levere elektricitet til en hel by med en befolkning på 50.000 mennesker!
Sådanne installationer er overdrevent kraftfulde til rummet. Dette kræver kompakthed og præcis overensstemmelse med de angivne egenskaber. For eksempel blev den 10. juli 1987 lanceret Kosmos -1867 - en sovjetisk satellit med Yenisei atominstallationen (satellitmasse - 1,5 tons, reaktor termisk effekt - 150 kW, elektrisk kraft - 6, 6 kW, levetid - 11 måneder).
Det betyder, at den 300 kW reaktor, der blev brugt i Longshot -projektet, er et spørgsmål om den nærmeste fremtid. Ingeniørerne beregnede selv, at massen af en sådan reaktor ville være omkring 6 tons.
Faktisk er det her fysikken slutter, og teksterne begynder.
Problemer med interstellar rejse
For at kontrollere sonden kræves et indbygget computerkompleks med kunstig intelligens. Under forhold, hvor signaloverførselstiden er mere end 4 år, er effektiv kontrol af sonden fra jorden umulig.
Inden for mikroelektronik og oprettelse af forskningsudstyr er der for nylig sket store ændringer. Det er usandsynligt, at skaberne af Longshot i 1987 havde en idé om moderne computers muligheder. Det kan betragtes, at dette tekniske problem er blevet løst med succes i løbet af det sidste kvart århundrede.
Situationen med kommunikationssystemer ser lige så optimistisk ud. For pålidelig overførsel af information fra en afstand på 4, 36 sv. år vil kræve et system af lasere, der opererer i bølgedalen på 0,532 mikron og med en strålingseffekt på 250 kW. I dette tilfælde for hver firkant. meter af Jordens overflade vil falde 222 fotoner i sekundet, hvilket er meget højere end følsomhedstærsklen for moderne radioteleskoper. Informationsoverførselshastigheden fra den maksimale afstand vil være 1 kbps. Moderne radioteleskoper og rumkommunikationssystemer er i stand til at udvide dataudvekslingskanalen flere gange.
Til sammenligning: senderens effekt af Voyager 1 -sonden, der i øjeblikket ligger i en afstand på 19 milliarder km fra Solen (17,5 lystimer), er kun 23 W - som en pære i dit køleskab. Dette er dog ganske nok til telemetrioverførsel til Jorden med en hastighed på flere kbit / s.
En separat linje er spørgsmålet om skibets termoregulering.
En atomreaktor af en megawatt -klasse og en pulserende termonukleare motor er kilder til en kolossal mængde termisk energi, og i vakuum er der kun to måder til fjernelse af varme - ablation og stråling.
Løsningen kan være at installere et avanceret system af radiatorer og strålende overflader samt en varmeisolerende keramisk buffer mellem motorrummet og skibets brændstoftanke.
I den indledende fase af rejsen skal skibet have et ekstra beskyttende skjold mod solstråling (svarende til det, der blev brugt på Skylab -banestationen). I området med det endelige mål - i kredsløb om Beta Centauri -stjernen - vil der også være fare for, at sonden overophedes. Termisk isolering af udstyr og et system til overførsel af overskydende varme fra alle vigtige blokke og videnskabelige instrumenter til udstrålende radiatorer er påkrævet.
En graf over skibets acceleration over tid
Graf, der viser ændringen i hastighed
Spørgsmålet om beskyttelse af rumfartøjet mod mikrometeoritter og kosmiske støvpartikler er ekstremt vanskeligt. Ved en hastighed på 4,5% af lyshastigheden kan enhver kollision med et mikroskopisk objekt alvorlig skade sonden. Skaberne af "Longshot" foreslår at løse problemet ved at installere et kraftigt beskyttende skjold foran på skibet (metal? Keramik?), Som samtidig var en radiator af overskydende varme.
Hvor pålidelig er denne beskyttelse? Og er det muligt at anvende sci-fi-beskyttelsessystemer i form af kraft / magnetfelter eller "skyer" af mikrodisperserede partikler, der holdes af et magnetfelt foran skibet? Lad os håbe, at inden skibets oprettelse finder ingeniører en passende løsning.
Hvad angår selve sonden, vil den traditionelt have et flertrinsarrangement med aftagelige tanke. Fremstillingsmateriale til skrogkonstruktioner - aluminium / titanlegeringer. Den samlede masse af det samlede rumfartøj i lav jordbane vil være 396 tons med en maksimal længde på 65 meter.
Til sammenligning: Den internationale rumstations masse er 417 tons med en længde på 109 meter.
1) Start konfiguration i lav-jord bane.
2) 33. flyveår, adskillelse af det første par tanks.
3) 67. flyveår, adskillelse af det andet kampvogn.
4) 100. flyveår - ankomst til målet med en hastighed på 15-30 km / s.
Adskillelse af det sidste trin, ind i en permanent bane omkring Beta Centauri.
Ligesom ISS kan Longshot samles ved hjælp af blokmetoden i lav jordbane. Rumfartøjets realistiske dimensioner gør det muligt at bruge eksisterende affyringsbiler i samleprocessen (til sammenligning kan den mægtige Saturn-V bære en last på 120 tons til LEO ad gangen!)
Det skal tages i betragtning, at det er for risikabelt og skødesløst at lancere en pulserende termonuklear motor i en jordbane. Longshot-projektet sørgede for tilstedeværelse af yderligere boosterblokke (kemiske flydende raketmotorer) til at opnå den anden og tredje kosmiske hastighed og trække rumskibet tilbage fra ekliptikplanet (Alpha Centauri-systemet er placeret 61 ° over planet for Jordens rotation omkring Solen). Det er også muligt, at til dette formål vil en manøvre i Jupiters tyngdefelt være berettiget - ligesom rumprober, der formåede at flygte fra ekliptikens plan ved hjælp af "fri" acceleration i nærheden af den gigantiske planet.
Epilog
Alle teknologier og komponenter i et hypotetisk interstellært skib eksisterer i virkeligheden.
Longshot -sondens vægt og dimensioner svarer til den moderne kosmonautik.
Hvis vi begynder at arbejde i dag, er det meget sandsynligt, at i midten af det XXII århundrede vil vores glade oldebørn se de første billeder af Alpha Centauri-systemet fra tæt hold.
Fremskridt har en irreversibel retning: Hver dag forbliver livet forbløffende med nye opfindelser og opdagelser. Det er muligt, at alle de ovenfor beskrevne teknologier om 10-20 år vil blive vist for os i form af arbejdsprøver udført på et nyt teknologisk niveau.
Og alligevel er vejen til stjernerne for langt til, at det giver mening at tale alvorligt om det.
Den opmærksomme læser har sandsynligvis allerede gjort opmærksom på det centrale problem i Longshot -projektet. Helium-3.
Hvor kan man få hundrede tons af dette stof, hvis den årlige produktion af helium-3 kun er 60.000 liter (8 kilo) om året til en pris på op til $ 2.000 pr. Liter?! Modige science fiction-forfattere sætter deres håb til produktionen af helium-3 på månen og i atmosfæren på kæmpe planeter, men ingen kan give nogen garantier om dette spørgsmål.
Der er tvivl om muligheden for at lagre en sådan mængde brændstof og dets doserede tilførsel i form af frosne "tabletter", der kræves for at drive en pulseret termonuklear motor. Men ligesom selve motorprincippet: hvad der mere eller mindre fungerer under laboratorieforhold på Jorden, er stadig langt fra brugt i det ydre rum.
Endelig den hidtil usete pålidelighed for alle probesystemer. Deltagerne i Longshot -projektet skriver direkte om dette: Oprettelsen af en motor, der kan køre i 100 år uden stop og større reparationer, vil være et utroligt teknisk gennembrud. Det samme gælder for alle andre probesystemer og -mekanismer.
Du skal dog ikke fortvivle. I astronautikkens historie er der eksempler på rumfartøjs hidtil usete pålidelighed. Pionererne 6, 7, 8, 10, 11 samt Voyagers 1 og 2 - alle har arbejdet i det ydre rum i over 30 år!
Historien med hydrazin -thrustere (holdningskontrolmotorer) om disse rumfartøjer er vejledende. Voyager 1 skiftede til et ekstra kit i 2004. På dette tidspunkt havde hovedsættet motorer arbejdet i åbent rum i 27 år og havde modstået 353.000 starter. Det er bemærkelsesværdigt, at motorkatalysatorerne hele tiden er blevet opvarmet til 300 ° C!
I dag, 37 år efter lanceringen, fortsætter begge Voyagers deres vanvittige flyvning. De har for længst forladt heliosfæren, men fortsætter regelmæssigt med at overføre data om det interstellare medium til Jorden.
Ethvert system, der afhænger af menneskelig pålidelighed, er upålideligt. Vi må dog indrømme: med hensyn til at sikre rumfartøjets pålidelighed har vi formået at opnå visse succeser.
Alle de nødvendige teknologier til implementering af "stjerneekspeditionen" er ophørt med at være fantasier fra forskere, der misbruger cannabinoider, og er blevet legemliggjort i form af klare patenter og arbejdsprøver af teknologi. I laboratoriet - men de findes!
Det konceptuelle design af det interstellare rumskib Longshot viste, at vi har en chance for at flygte til stjernerne. Der er mange vanskeligheder at overvinde på denne tornede vej. Men det vigtigste er, at udviklingsvektoren er kendt, og der er dukket selvtillid op.
Flere oplysninger om Longshot -projektet findes her:
For indledningen af interesse for dette emne udtrykker jeg min taknemmelighed over for "Postbud".
