Tähtede külm sära on eriti ilus talvises taevas. Sel ajal muutuvad nähtavaks säravamad tähed ja tähtkujud: Orion, Plejaadid, Suur koer pimestava Siriusega …
Veerand sajandit tagasi esitasid seitse mereväeakadeemia ohvitseri ebatavalise küsimuse: kui lähedal on tänapäeva inimkond tähtedele? Uuringu tulemuseks oli üksikasjalik aruanne, mida tuntakse projektiga Longshot (Long Range Shot). Kontseptsioon automaatsest tähtedevahelisest veesõidukist, mis suudab mõistliku aja jooksul jõuda lähimate tähtedeni. Ei aastatuhandeid lendu ja "põlvkondade laevu"! Sond peaks jõudma Alpha Centauri lähedusse 100 aasta jooksul alates selle kosmosesse laskmise hetkest.
Hüperruum, gravitatsioon, antiaine ja fotoonilised raketid … Ei! Projekti peamine omadus on tuginemine olemasolevatele tehnoloogiatele. Arendajate sõnul võimaldab Longshot disain kosmoselaeva ehitada juba 21. sajandi esimesel poolel!
Sada aastat lendu olemasolevate tehnoloogiatega. Kuulmatu jultumus, arvestades kosmiliste vahemaade skaalat. Päikese ja Alfa Centauri vahel asub 4, 36 sv laiune "must kuristik". aasta kohta. Üle 40 triljoni kilomeetrit! Selle näitaja koletu tähendus selgub järgmises näites.
Kui vähendada Päikese suurus tennisepalli suuruseks, siis mahub kogu Päikesesüsteem Punasele väljakule. Maa suurus valitud skaalal väheneb liivatera suuruseks, samas kui lähim "tennisepall" - Alpha Centauri - asub Veneetsia Püha Markuse väljakul.
Lend Alpha Centauri tavapärase Shuttle'i või Sojuzi kosmoselaevaga võtaks 190 000 aastat.
Kohutav diagnoos kõlab nagu lause. Kas oleme hukule määratud istuma oma "liivatera" peal, ilma et meil oleks vähimatki võimalust tähtedeni jõuda? Populaarteaduslikes ajakirjades on arvutusi, mis tõestavad, et kosmoselaeva on võimatu valguse lähedasele kiirusele kiirendada. Selleks on vaja kogu päikesesüsteemi aine "põletada".
Ja siiski on võimalus! Projekt Longshot on tõestanud, et tähed on palju lähemal, kui me arvata oskame.
Voyageri kerel on plaat pulsarikaardiga, mis näitab Päikese asukohta galaktikas, samuti üksikasjalikku teavet Maa elanike kohta. Eeldatavasti leiavad tulnukad kunagi selle "kivikirve" üles ja tulevad meile külla. Kuid kui meenutada kõigi tehnoloogiliste tsivilisatsioonide käitumise iseärasusi Maal ja Ameerika vallutuste ajalugu vallutajate poolt, ei saa loota "rahumeelsele kontaktile" …
Ekspeditsiooni missioon
Saage Alpha Centauri süsteemi saja aasta pärast.
Erinevalt teistest "tähelaevadest" ("Daedalus") hõlmas projekt "Longshot" tähesüsteemi (Alpha ja Beta Centauri) orbiidile sisenemist. See raskendas ülesannet oluliselt ja pikendas lennuaega, kuid võimaldaks üksikasjalikult uurida kaugete tähtede lähedust (erinevalt Daedalusest, mis oleks päevaga sihtmärgist mööda tormanud ja kosmosesügavustesse jäljetult kadunud).
Lend kestab 100 aastat. Teabe Maale edastamiseks kulub veel 4, 36 aastat.
Alpha Centauri võrreldes päikesesüsteemiga
Astronoomid seavad projektile suuri lootusi - kui neil õnnestub, on neil fantastiline instrument parallakside (kaugused teistest tähtedest) mõõtmiseks, mille aluseks on 4, 36 sv. aasta kohta.
Sajandivanune lend läbi öö ei möödu samuti sihitult: seade uurib tähtedevahelist keskkonda ja laiendab meie teadmisi päikesesüsteemi välispiiridest.
Tulistati tähtedele
Peamine ja ainus kosmosereiside probleem on kolossaalsed vahemaad. Pärast selle probleemi lahendamist lahendame kõik ülejäänud. Lennuaja lühendamine kõrvaldab pikaajalise energiaallika ja laevasüsteemide kõrge töökindluse probleemi. Laeva pardal viibiva inimese probleem lahendatakse. Lühikese lennu tõttu ei ole pardal keerukad elutoetussüsteemid ja hiiglaslikud toidu-, vee- / õhuvarud vajalikud.
Kuid need on kauged unistused. Sellisel juhul on vaja ühe sajandi jooksul toimetada tähtedele mehitamata sond. Me ei tea, kuidas murda aegruumi järjepidevust, seetõttu on ainult üks väljapääs: suurendada "tähelaeva" maakiirust.
Nagu arvutus näitas, nõuab 100 aasta jooksul Alpha Centauri lennuks kiirus vähemalt 4,5% valguse kiirusest. 13500 km / s.
Puuduvad põhimõttelised keelud, mis võimaldaksid makrokosmoses asuvatel kehadel liikuda näidatud kiirusega, kuid selle väärtus on koletu suur. Võrdluseks: kosmoselaeva (sond "New Horizons") kiireima kiirus pärast ülemise astme väljalülitamist oli Maa suhtes "ainult" 16,26 km / s (58636 km / h).
Longshot kontseptsiooni tähelaev
Kuidas kiirendada tähtedevahelist laeva tuhandete kilomeetrite sekundis? Vastus on ilmne: vajate suure tõukejõuga mootorit, mille konkreetne impulss on vähemalt 1 000 000 sekundit.
Spetsiifiline impulss on reaktiivmootori efektiivsuse näitaja. Sõltub põlemiskambris oleva gaasi molekulmassist, temperatuurist ja rõhust. Mida suurem on rõhkude erinevus põlemiskambris ja väliskeskkonnas, seda suurem on töövedeliku väljavoolu kiirus. Ja seetõttu on mootori efektiivsus suurem.
Kaasaegsete elektriliste reaktiivmootorite (ERE) parimate näidete spetsiifiline impulss on 10 000 s; laetud osakeste kiirte väljavoolukiirusel - kuni 100 000 km / s. Töövedeliku (ksenoon / krüptoon) tarbimine on paar milligrammi sekundis. Mootor sumiseb vaikselt kogu lennu vältel, aeglustades veesõidukit.
EJE -d köidavad oma suhtelise lihtsuse, madalate kulude ja suurte kiiruste (kümnete km / s) saavutamise võimalusega, kuid madala tõukejõu väärtuse (alla ühe Newtoni) tõttu võib kiirendus kesta kümneid aastaid.
Teine asi on keemilised rakettmootorid, millel toetub kogu kaasaegne kosmonautika. Nende tõukejõud on tohutu (kümneid ja sadu tonne), kuid kolmekomponendilise vedelkütuserakettmootori (liitium / vesinik / fluor) maksimaalne eriimpulss on vaid 542 s ja gaasi väljavoolukiirus on veidi üle 5 km / s. See on piir.
Vedelkütusel töötavad raketid võimaldavad kosmoselaeva kiirust lühikese ajaga mitme km / s võrra suurendada, kuid enamaks pole nad võimelised. Tähelaev vajab mootorit, mis põhineb erinevatel füüsilistel põhimõtetel.
"Longshot" loojad on kaalunud mitmeid eksootilisi viise, sh. "Kerge puri", mida kiirendab laser, võimsusega 3, 5 teravatti (meetod tunnistati teostamatuks).
Praeguseks on ainus realistlik viis tähtedeni jõudmiseks impulsstuuma (termotuuma) mootor. Tööpõhimõte põhineb laser -termotuumasünteesil (LTS), mida on laboritingimustes hästi uuritud. Suure energiahulga kontsentreerimine väikestes ainekogustes lühikese aja jooksul (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) inertsiaalse plasmaga.
Longshoti puhul ei saa rääkida kontrollitud termotuumasünteesi stabiilsest reaktsioonist: pikaajaline plasma sulgemine ei ole vajalik. Joa tõukejõu tekitamiseks tuleb tekkiv kõrgtemperatuuriline hüüb laeva kohal asuva magnetvälja abil kohe "lükata".
Kütus on heelium-3 / deuteeriumi segu. Tähtedevahelise lennu nõutav kütusevaru on 264 tonni.
Sarnasel viisil on kavas saavutada enneolematu efektiivsus: arvutustes on konkreetse impulsi väärtus 1,02 mln.sekundit!
Laeva süsteemide - impulssmootorlaserid, hoiakute juhtimissüsteemid, side- ja teadusinstrumendid - toitmiseks peamise energiaallikana valiti tavaline uraanikütuse sõlmedel põhinev reaktor. Paigaldise elektrivõimsus peab olema vähemalt 300 kW (soojusvõimsus on peaaegu suurusjärgu võrra suurem).
Kaasaegse tehnoloogia seisukohalt ei ole terve sajandi laadimist mittevajava reaktori loomine lihtne, kuid praktikas võimalik. Juba praegu kasutatakse sõjalaevadel tuumasüsteeme, mille tuuma kasutusiga vastab laevade kasutusiga (30-50 aastat). Ka toide on täiesti korras - näiteks Vene mereväe tuumaallveelaevadele paigaldatud tuumarajatise OK -650 soojusvõimsus on 190 megavatti ja see on võimeline varustama elektriga tervet linna, kus elab 50 000 inimest!
Sellised seadmed on ruumi jaoks liiga võimsad. See nõuab kompaktsust ja täpset vastavust kindlaksmääratud omadustele. Näiteks 10. juulil 1987 saadeti kosmosesse Kosmos -1867 - Nõukogude satelliit koos Jenissei tuumarajatisega (satelliidi mass - 1,5 tonni, reaktori soojusvõimsus - 150 kW, elektrienergia - 6, 6 kW, kasutusiga - 11 kuud)).
See tähendab, et projektis Longshot kasutatav 300 kW reaktor on lähituleviku küsimus. Insenerid arvutasid ise välja, et sellise reaktori mass oleks umbes 6 tonni.
Tegelikult lõpeb siin füüsika ja algavad laulusõnad.
Tähtedevaheliste reiside probleemid
Sondi juhtimiseks on vaja pardaarvutikompleksi koos tehisintellektiga. Tingimustes, kus signaali edastamise aeg on üle 4 aasta, on sondi efektiivne juhtimine maapinnast võimatu.
Mikroelektroonika ja uurimisseadmete loomise valdkonnas on viimasel ajal toimunud ulatuslikud muudatused. On ebatõenäoline, et Longshot'i loojatel 1987. aastal oli aimu kaasaegsete arvutite võimalustest. Võib arvata, et see tehniline probleem on viimase veerandsajandi jooksul edukalt lahendatud.
Olukord sidesüsteemidega tundub sama optimistlik. Teabe usaldusväärseks edastamiseks 4, 36 sv kauguselt. aastal on vaja 0,532 mikroni laine orus töötavat laserite süsteemi, mille kiirgusvõimsus on 250 kW. Sel juhul iga ruudu kohta. meeter Maa pinnast langeb 222 footoni sekundis, mis on palju kõrgem kui tänapäevaste raadioteleskoopide tundlikkuslävi. Teabe edastuskiirus maksimaalsest kaugusest on 1 kbps. Kaasaegsed raadioteleskoobid ja kosmosesidesüsteemid suudavad andmevahetuskanalit mitu korda laiendada.
Võrdluseks: Voyager 1 sondi saatja võimsus, mis asub praegu Päikesest 19 miljardi km kaugusel (17,5 valgustundi), on vaid 23 W - nagu teie külmkapis olev pirn. Sellest aga piisab telemeetria edastamiseks Maale kiirusega mitu kbit / s.
Omaette rida on laeva termoregulatsiooni küsimus.
Megavattklassi tuumareaktor ja pulseeriv termotuuma mootor on kolossaalse koguse soojusenergia allikad, pealegi on vaakumis ainult kaks soojuse eemaldamise võimalust - ablatsioon ja kiirgus.
Lahenduseks võib olla täiustatud radiaatorite ja kiirgavate pindade süsteemi paigaldamine ning soojusisolatsiooniga keraamiline puhver mootoriruumi ja laeva kütusepaakide vahele.
Reisi algfaasis vajab laev päikesekiirguse eest täiendavat kaitsekilpi (sarnaselt Skylabi orbitaaljaamas kasutatavale). Lõpliku sihtmärgi piirkonnas - Beta Centauri tähe orbiidil - on ka sondi ülekuumenemise oht. Vajalik on seadmete soojusisolatsioon ja süsteem liigse soojuse ülekandmiseks kõikidest olulistest plokkidest ja teadusinstrumentidest kiirgavatesse radiaatoritesse.
Graafik laeva kiirendusest aja jooksul
Graafik, mis näitab kiiruse muutust
Kosmoseaparaadi kaitsmine mikrometeoriitide ja kosmiliste tolmuosakeste eest on äärmiselt keeruline. Kiirusel 4,5% valguskiirusest võib igasugune kokkupõrge mikroskoopilise objektiga tõsiselt kahjustada sondi. "Longshot" loojad teevad ettepaneku probleemi lahendada, paigaldades laeva ette võimsa kaitsekilbi (metall? Keraamika?), Mis samal ajal oli liigse kuumuse radiaator.
Kui usaldusväärne see kaitse on? Ja kas on võimalik kasutada ulmelisi kaitsesüsteeme jõu / magnetväljade või mikropiserdatud osakeste "pilvedena", mida hoiab laev ees magnetvälja? Loodame, et tähelaeva loomise ajaks leiavad insenerid adekvaatse lahenduse.
Mis puudutab sondi ennast, siis sellel on traditsiooniliselt mitmeastmeline paigutus eemaldatavate paakidega. Kerekonstruktsioonide tootmismaterjal - alumiinium / titaanisulamid. Kokkupandud kosmoselaeva kogumass madala mullaga orbiidil on 396 tonni, maksimaalse pikkusega 65 meetrit.
Võrdluseks: Rahvusvahelise kosmosejaama mass on 417 tonni ja pikkus 109 meetrit.
1) Käivitage konfiguratsioon madala maaga orbiidil.
2) 33. lennuaasta, esimese paari tankide eraldamine.
3) 67. lennuaasta, teise paagipaari eraldamine.
4) 100. lennuaasta - sihtkohta jõudmine kiirusega 15-30 km / s.
Viimase etapi eraldamine, püsiva orbiidi sisenemine Beta Centauri ümber.
Sarnaselt ISS -iga saab ka Longshot'i plokkmeetodi abil kokku panna madalal Maa orbiidil. Kosmoselaeva realistlikud mõõtmed võimaldavad monteerimisprotsessis kasutada olemasolevaid kanderakette (võrdluseks: võimas Saturn-V suudab LEO-le kanda korraga 120-tonnise koormuse!)
Tuleb arvestada, et impulss-termotuumamootori käivitamine maa-lähedasel orbiidil on liiga riskantne ja hooletu. Projekt Longshot nägi ette täiendavate võimendusplokkide olemasolu (keemilise vedelkütusega raketimootorid) teise ja kolmanda kosmilise kiiruse saavutamiseks ning kosmoseaparaadi eemaldamiseks ekliptikast (Alpha Centauri süsteem asub 61 ° tasapinnast kõrgemal) Maa pöörlemine ümber Päikese). Samuti on võimalik, et sel eesmärgil on õigustatud manööver Jupiteri gravitatsiooniväljas - nagu kosmosesondid, mis suutsid ekliptika tasandilt põgeneda, kasutades hiiglasliku planeedi läheduses "tasuta" kiirendust.
Epiloog
Kõik hüpoteetilise tähtedevahelise laeva tehnoloogiad ja komponendid on tegelikkuses olemas.
Sondi Longshot kaal ja mõõtmed vastavad kaasaegse kosmonautika võimalustele.
Kui alustame tööd täna, on suure tõenäosusega näha XXII sajandi keskpaigaks meie õnnelikke lapselapselapsi lähedalt esimesi pilte Alpha Centauri süsteemist.
Edusammudel on pöördumatu suund: iga päev hämmastab elu meid uute leiutiste ja avastustega. Võimalik, et 10-20 aasta pärast ilmuvad meie ees kõik ülalkirjeldatud tehnoloogiad uuel tehnoloogilisel tasemel tehtud tööproovide näol.
Ja ometi on tee tähtede juurde liiga kaugel, et oleks mõtet sellest tõsiselt rääkida.
Tähelepanelik lugeja on ilmselt juba juhtinud tähelepanu projekti Longshot põhiprobleemile. Heelium-3.
Kust saada sada tonni seda ainet, kui heelium-3 aastane toodang on vaid 60 000 liitrit (8 kilogrammi) aastas hinnaga kuni 2000 dollarit liitri kohta?! Vaprad ulmekirjanikud seavad oma lootused heelium-3 tootmisele Kuul ja hiidplaneetide atmosfääris, kuid keegi ei saa selles küsimuses mingeid garantiisid anda.
On kahtlusi, kas sellist kütusehulka ja selle doseeritavat kogust on võimalik salvestada külmutatud "tablettide" kujul, mis on vajalikud impulss -termotuumamootori käivitamiseks. Kuid nagu mootori tööpõhimõte: see, mis enam -vähem Maa laboritingimustes töötab, pole veel kaugeltki kasutatav kosmoses.
Lõpuks kõigi sondisüsteemide enneolematu töökindlus. Projektis Longshot osalejad kirjutavad sellest otse: sellise mootori loomine, mis suudab peatumata ja kapitaalremondina töötada 100 aastat, on uskumatu tehniline läbimurre. Sama kehtib kõigi teiste sondisüsteemide ja -mehhanismide kohta.
Siiski ei tasu meelt heita. Astronautika ajaloos on näiteid kosmoseaparaatide enneolematust töökindlusest. Pioneerid 6, 7, 8, 10, 11, samuti reisijad 1 ja 2 - kõik nad on kosmoses töötanud üle 30 aasta!
Lugu nende kosmoseaparaatide hüdrasiini tõukejõuga (hoiakukontrolli mootoritega) on soovituslik. Voyager 1 vahetas 2004. aastal varukomplekti. Selleks ajaks oli põhimootorite komplekt avamaal töötanud 27 aastat, pidades vastu 353 000 käivitamist. Tähelepanuväärne on see, et mootori katalüsaatoreid on kogu selle aja pidevalt kuumutatud kuni 300 ° C!
Täna, 37 aastat pärast starti, jätkavad mõlemad Voyagerid oma hullumeelset lendu. Nad on juba ammu heliosfäärist lahkunud, kuid jätkavad tähtedevahelisel andmel Maale regulaarselt andmete edastamist.
Iga süsteem, mis sõltub inimeste usaldusväärsusest, on ebausaldusväärne. Siiski peame tunnistama: kosmoseaparaatide töökindluse tagamise osas oleme suutnud saavutada teatud edu.
Kõik "täheretke" elluviimiseks vajalikud tehnoloogiad on lakanud olemast kannabinoide kuritarvitavate teadlaste fantaasiad ning neid on kehastatud selgete patentide ja töötavate tehnoloogianäidistena. Laboris - aga need on olemas!
Tähtedevahelise kosmoselaeva Longshot kontseptuaalne disain tõestas, et meil on võimalus tähtede poole põgeneda. Sellel keerulisel teel tuleb ületada palju raskusi. Kuid peamine on see, et arengu vektor on teada ja enesekindlus on ilmunud.
Lisateavet projekti Longshot kohta leiate siit:
Selle teema vastu huvi algatamise eest avaldan tänu "Postimehele".
