Stjernens kalde gjenskinn er spesielt vakkert på vinterhimmelen. På dette tidspunktet blir de lyseste stjernene og stjernebildene synlige: Orion, Pleiades, Greater Dog med blendende Sirius …
For et kvart århundre siden stilte syv befalsoffiserer ved Naval Academy et uvanlig spørsmål: hvor nær er den moderne menneskeheten til stjernene? Forskningen resulterte i en detaljert rapport kjent som Project Longshot (Long Range Shot). Et konsept om et automatisk interstellært fartøy som er i stand til å nå de nærmeste stjernene på rimelig tid. Ingen årtusener med fly og "generasjoners skip"! Sonden skal nå nærheten av Alpha Centauri innen 100 år fra den ble lansert i verdensrommet.
Hyperspace, tyngdekraft, antimateriale og fotoniske raketter … Nei! Hovedtrekk ved prosjektet er dets avhengighet av eksisterende teknologi. Ifølge utviklerne gjør Longshot -designen det mulig å bygge et romskip allerede i første halvdel av det 21. århundre!
Hundre års flytur med eksisterende teknologi. En uhørt dristighet, gitt omfanget av kosmiske avstander. Mellom solen og Alpha Centauri ligger en "svart avgrunn" 4, 36 sv bred. årets. Over 40 billioner kilometer! Den uhyrlige betydningen av denne figuren blir tydelig i det følgende eksemplet.
Hvis vi reduserer størrelsen på solen til størrelsen på en tennisball, vil hele solsystemet passe på Den røde plass. Jordens størrelse i den valgte skalaen vil avta til størrelsen på et sandkorn, mens den nærmeste "tennisballen" - Alpha Centauri - vil ligge på Markusplassen i Venezia.
En flytur til Alpha Centauri med en konvensjonell romferge eller Soyuz romfartøy ville ta 190 000 år.
En forferdelig diagnose høres ut som en setning. Er vi dømt til å sitte på vårt "sandkorn" uten å ha den minste sjanse til å nå stjernene? I populærvitenskapelige blader er det beregninger som viser at det er umulig å akselerere et romskip til hastigheter nær lys. Dette vil kreve "brenne" all materie i solsystemet.
Og likevel er det en sjanse! Project Longshot har bevist at stjernene er mye nærmere enn vi kan forestille oss.
På Voyager -skroget er en tallerken med et pulsarkart som viser plasseringen av solen i galaksen, samt detaljert informasjon om innbyggerne på jorden. Det er forventet at romvesenene en dag vil finne denne "steinøksen" og komme til å besøke oss. Men hvis vi husker særegenhetene ved oppførselen til alle teknologiske sivilisasjoner på jorden og historien til erobringene av erobrerne av Amerika, kan man ikke regne med "fredelig kontakt" …
Ekspedisjonens oppdrag
Kom til Alpha Centauri -systemet om hundre år.
I motsetning til andre "stjerneskip" ("Daedalus"), innebar "Longshot" -prosjektet å gå inn i banen til stjernesystemet (Alpha og Beta Centauri). Dette kompliserte oppgaven betydelig og forlenget flytiden, men ville tillate en detaljert studie av nærheten til fjerne stjerner (i motsetning til Daedalus, som ville ha forhastet målet på en dag og forsvunnet uten spor i dypet av rommet).
Flyturen vil ta 100 år. Ytterligere 4, 36 år vil kreves for å overføre informasjon til jorden.
Alpha Centauri sammenlignet med solsystemet
Astronomer legger store håp til prosjektet - hvis de lykkes, vil de ha et fantastisk instrument for å måle parallakser (avstander til andre stjerner) med et grunnlag på 4, 36 sv. årets.
Et hundre år gammelt fly gjennom natten vil heller ikke passere målløst: enheten vil studere det interstellare mediet og utvide vår kunnskap om de ytre grensene til solsystemet.
Skutt til stjernene
Det største og eneste problemet med romfart er de kolossale avstandene. Etter å ha løst dette problemet, løser vi resten. Å redusere flytiden vil fjerne problemet med en langsiktig energikilde og høy pålitelighet av skipets systemer. Problemet med tilstedeværelsen av en person om bord vil bli løst. Den korte flyturen gjør komplekse livsstøttesystemer og gigantiske forsyninger av mat / vann / luft om bord unødvendig.
Men dette er fjerne drømmer. I dette tilfellet er det nødvendig å levere en ubemannet sonde til stjernene innen ett århundre. Vi vet ikke hvordan vi skal bryte rom-tid-kontinuumet, derfor er det bare en vei ut: å øke bakkehastigheten til "stjerneskipet".
Som beregningen viste, krever en flytur til Alpha Centauri om 100 år en hastighet på minst 4,5% av lysets hastighet. 13500 km / s.
Det er ingen grunnleggende forbud som gjør at kropper i makrokosmos kan bevege seg med den angitte hastigheten, men verdien er uhyre stor. Til sammenligning: hastigheten til den raskeste av romfartøyet (sonde "New Horizons") etter at den øvre etappen ble slått av var "bare" 16,26 km / s (58636 km / t) i forhold til jorden.
Longshot -konsept stjerneskip
Hvordan akselerere et interstellar skip til hastigheter på tusenvis av km / s? Svaret er åpenbart: du trenger en motor med høy kraft med en bestemt impuls på minst 1.000.000 sekunder.
Spesifikk impuls er en indikator på effektiviteten til en jetmotor. Avhenger av molekylvekten, temperaturen og trykket til gassen i forbrenningskammeret. Jo større trykkforskjell i forbrenningskammeret og i det ytre miljøet, desto større er hastigheten på utstrømningen av arbeidsfluidet. Og derfor er motorens effektivitet høyere.
De beste eksemplene på moderne elektriske jetmotorer (ERE) har en spesifikk impuls på 10.000 s; ved en utstrømningshastighet av bjelker av ladede partikler - opptil 100 000 km / s. Forbruket av arbeidsvæsken (xenon / krypton) er noen få milligram per sekund. Motoren nynne stille gjennom hele flyturen, og sakte akselerere båten.
EJEs fenger med sin relative enkelhet, lave kostnader og potensialet til å oppnå høye hastigheter (titalls km / s), men på grunn av den lave skyveverdien (mindre enn en Newton) kan akselerasjon ta flere titalls år.
En annen ting er kjemiske rakettmotorer, som all moderne kosmonautikk hviler på. De har en enorm skyvekraft (titalls og hundrevis av tonn), men den maksimale spesifikke impulsen til en tre-komponent væskedrivende rakettmotor (litium / hydrogen / fluor) er bare 542 s, med en gassutstrømningshastighet på litt over 5 km / s. Dette er grensen.
Raketter med flytende drivstoff gjør det mulig å øke romfartens hastighet med flere km / s på kort tid, men de er ikke i stand til mer. Stjerneskipet trenger en motor basert på forskjellige fysiske prinsipper.
Skaperne av "Longshot" har vurdert flere eksotiske måter, inkl. "Lett seil", akselerert av en laser med en effekt på 3, 5 terawatts (metoden ble anerkjent som umulig).
Til dags dato er den eneste realistiske måten å nå stjernene på en pulserende atom (termonukleær) motor. Driftsprinsippet er basert på laser -termonukleær fusjon (LTS), godt studert under laboratorieforhold. Konsentrasjon av en stor mengde energi i små mengder materie på kort tid (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) med treghetsplasmaindemming.
Når det gjelder Longshot, er det ikke snakk om noen stabil reaksjon av kontrollert termonukleær fusjon: langvarig plasmakapasitet er ikke nødvendig. For å skape jetkraft må den resulterende høytemperaturproppen umiddelbart "skyves" av magnetfeltet over bord på skipet.
Drivstoffet er en helium-3 / deuterium-blanding. Nødvendig drivstofftilførsel for en interstellar flytur vil være 264 tonn.
På lignende måte er det planlagt å oppnå enestående effektivitet: i beregningene er verdien av den spesifikke impulsen 1,02 millioner.sekunder!
Som den viktigste energikilden for å drive skipets systemer - pulserende motorlasere, holdningskontrollsystemer, kommunikasjon og vitenskapelige instrumenter - ble en konvensjonell reaktor basert på drivstoff for uran valgt. Installasjonens elektriske effekt må være minst 300 kW (termisk effekt er nesten en størrelsesorden høyere).
Sett fra moderne teknologi er opprettelsen av en reaktor som ikke krever lading i et helt århundre ikke lett, men mulig i praksis. Allerede nå, på krigsskip, brukes atomsystemer, hvis kjerne har en levetid som står i forhold til skipets levetid (30-50 år). Strømmen er også i fullstendig orden - for eksempel har kjernefysiske installasjoner OK -650 installert på atomubåtene til den russiske marinen en termisk kapasitet på 190 megawatt og er i stand til å levere strøm til en hel by med en befolkning på 50 000 mennesker!
Slike installasjoner er overdrevent kraftige for plass. Dette krever kompakthet og nøyaktig samsvar med de spesifiserte egenskapene. For eksempel ble den 10. juli 1987 lansert Kosmos -1867 - en sovjetisk satellitt med kjernefysisk installasjon i Yenisei (satellittmasse - 1,5 tonn, termisk reaktoreffekt - 150 kW, elektrisk kraft - 6, 6 kW, levetid - 11 måneder).
Dette betyr at 300 kW reaktoren som ble brukt i Longshot -prosjektet, er et spørsmål om nær fremtid. Ingeniørene beregnet selv at massen til en slik reaktor ville være omtrent 6 tonn.
Egentlig er det her fysikken slutter og tekstene begynner.
Problemer med interstellare reiser
For å kontrollere sonden vil det være nødvendig med et innebygd datamaskinkompleks med kunstig intelligens. Under forhold hvor signaloverføringstiden er mer enn 4 år, er effektiv kontroll av sonden fra bakken umulig.
Innen mikroelektronikk og opprettelse av forskningsinnretninger har det skjedd store endringer nylig. Det er usannsynlig at skaperne av Longshot i 1987 hadde en ide om evnen til moderne datamaskiner. Det kan anses at dette tekniske problemet har blitt løst med hell i løpet av det siste kvart århundre.
Situasjonen med kommunikasjonssystemer ser like optimistisk ut. For pålitelig overføring av informasjon fra en avstand på 4, 36 sv. år vil kreve et system med lasere som opererer i bølgedalen på 0,532 mikron og med en strålingseffekt på 250 kW. I dette tilfellet, for hver firkant. meter av jordens overflate vil falle 222 fotoner per sekund, som er mye høyere enn følsomhetsterskelen til moderne radioteleskoper. Informasjonsoverføringshastigheten fra maksimal avstand vil være 1 kbps. Moderne radioteleskoper og romkommunikasjonssystemer er i stand til å utvide datautvekslingskanalen flere ganger.
Til sammenligning: senderkraften til Voyager 1 -sonden, som for tiden er i en avstand på 19 milliarder km fra Solen (17,5 lys timer), er bare 23 W - som en lyspære i kjøleskapet. Dette er imidlertid ganske nok for telemetrioverføring til Jorden med en hastighet på flere kbit / s.
En egen linje er spørsmålet om termoregulering av skipet.
En atomreaktor i en megawatt -klasse og en pulserende termonukleær motor er kilder til en enorm mengde termisk energi, dessuten er det i et vakuum bare to måter for varmefjerning - ablasjon og stråling.
Løsningen kan være å installere et avansert system med radiatorer og strålende overflater, samt en varmeisolerende keramisk buffer mellom motorrommet og skipets drivstofftanker.
I den innledende fasen av reisen vil skipet trenge et ekstra beskyttende skjold mot solstråling (lik det som ble brukt på Skylab banestasjon). I området til det endelige målet - i bane til Beta Centauri -stjernen - vil det også være fare for at sonden overopphetes. Varmeisolering av utstyr og et system for overføring av overskuddsvarme fra alle viktige blokker og vitenskapelige instrumenter til utstrålende radiatorer er nødvendig.
En graf over skipets akselerasjon over tid
Graf som viser endringen i hastighet
Spørsmålet om å beskytte romskipet mot mikrometeoritter og kosmiske støvpartikler er ekstremt vanskelig. Ved en hastighet på 4,5% av lyshastigheten kan enhver kollisjon med et mikroskopisk objekt skade sonden alvorlig. Skaperne av "Longshot" foreslår å løse problemet ved å installere et kraftig beskyttende skjold foran på skipet (metall? Keramikk?), Som samtidig var en radiator av overflødig varme.
Hvor pålitelig er denne beskyttelsen? Og er det mulig å bruke sci-fi-beskyttelsessystemer i form av kraft / magnetfelt eller "skyer" av mikrodisperserte partikler som holdes av et magnetfelt foran skipet? La oss håpe at når stjerneskipet er opprettet, vil ingeniører finne en tilstrekkelig løsning.
Når det gjelder selve sonden, vil den tradisjonelt ha et flertrinnsarrangement med avtagbare tanker. Produksjonsmateriale for skrogkonstruksjoner - aluminium / titanlegeringer. Den totale massen til det monterte romfartøyet i bane med lav jord vil være 396 tonn, med en maksimal lengde på 65 meter.
Til sammenligning: Massen til den internasjonale romstasjonen er 417 tonn med en lengde på 109 meter.
1) Start konfigurasjon i bane med lav jord.
2) 33. flyår, separasjon av de første tankene.
3) 67. flyår, separasjon av det andre tanken.
4) 100. flyår - ankomst til målet med en hastighet på 15-30 km / s.
Separasjon av det siste stadiet, inn i en permanent bane rundt Beta Centauri.
I likhet med ISS kan Longshot settes sammen ved hjelp av blokkmetoden i lav bane rundt jorden. Romfartøyets realistiske dimensjoner gjør det mulig å bruke eksisterende oppskytingsbiler i monteringsprosessen (til sammenligning kan den mektige Saturn-V bære en last på 120 tonn til LEO om gangen!)
Det bør tas i betraktning at det er for risikabelt og uforsiktig å starte en pulserende termonukleær motor i bane nær jord. Longshot-prosjektet sørget for tilstedeværelse av ytterligere boosterblokker (kjemiske væskedrivende rakettmotorer) for å få den andre og tredje kosmiske hastigheten og trekke romfartøyet fra ekliptikkens plan (Alpha Centauri-systemet ligger 61 ° over planet til jordens rotasjon rundt solen). Det er også mulig at for dette formålet vil en manøver i gravitasjonsfeltet til Jupiter være berettiget - som romprober som klarte å rømme fra ekliptikkens plan ved å bruke "gratis" akselerasjon i nærheten av den gigantiske planeten.
Epilog
Alle teknologier og komponenter i et hypotetisk interstellært skip eksisterer i virkeligheten.
Longshot -sondens vekt og dimensjoner tilsvarer evnen til moderne kosmonautikk.
Hvis vi begynner å jobbe i dag, er det svært sannsynlig at i midten av XXII-tallet vil våre lykkelige oldebarn se de første bildene av Alpha Centauri-systemet fra nært hold.
Fremskritt har en irreversibel retning: hver dag fortsetter livet å forbløffe oss med nye oppfinnelser og oppdagelser. Det er mulig at alle teknologiene beskrevet ovenfor om 10-20 år vil vises foran oss i form av arbeidsprøver laget på et nytt teknologisk nivå.
Og likevel er veien til stjernene for langt til at det er fornuftig å snakke alvorlig om det.
Den oppmerksomme leseren har sannsynligvis allerede vakt oppmerksomhet til hovedproblemet i Longshot -prosjektet. Helium-3.
Hvor får jeg hundre tonn av dette stoffet, hvis den årlige produksjonen av helium-3 bare er 60 000 liter (8 kilo) per år til en pris på opptil $ 2000 per liter?! Modige science fiction-forfattere setter sitt håp om produksjonen av helium-3 på månen og i atmosfæren til gigantiske planeter, men ingen kan gi noen garantier om denne saken.
Det er tvil om muligheten for å lagre et slikt drivstoffvolum og dosert tilførsel i form av frosne "tabletter" som kreves for å drive en pulserende termonukleær motor. Imidlertid, som selve motorprinsippet: det som mer eller mindre fungerer under laboratorieforhold på jorden, er fremdeles langt fra å bli brukt i verdensrommet.
Til slutt, den enestående påliteligheten til alle probesystemer. Deltakerne i Longshot -prosjektet skriver direkte om dette: opprettelsen av en motor som kan fungere i 100 år uten å stoppe og store reparasjoner vil være et utrolig teknisk gjennombrudd. Det samme gjelder alle andre probesystemer og -mekanismer.
Du bør imidlertid ikke fortvile. I astronautikkens historie er det eksempler på romfartøyets pålitelighet uten sidestykke. Pionerene 6, 7, 8, 10, 11, samt Voyagers 1 og 2 - alle har jobbet i verdensrommet i over 30 år!
Historien med hydrazin -thrustere (holdningskontrollmotorer) til disse romfartøyene er veiledende. Voyager 1 byttet til et ekstra sett i 2004. På dette tidspunktet hadde hovedsettet med motorer jobbet i åpent rom i 27 år, og hadde motstått 353 000 starter. Det er bemerkelsesverdig at motorkatalysatorene hele tiden har blitt oppvarmet til 300 ° C!
I dag, 37 år etter lanseringen, fortsetter begge Voyagers sin vanvittige flytur. De har forlatt heliosfæren for lengst, men fortsetter regelmessig å overføre data om det interstellare mediet til jorden.
Ethvert system som er avhengig av menneskelig pålitelighet er upålitelig. Imidlertid må vi innrømme: når det gjelder å sikre romfartøyets pålitelighet, har vi klart å oppnå visse suksesser.
Alle nødvendige teknologier for implementering av "stjerneekspedisjonen" har sluttet å være fantasiene til forskere som misbruker cannabinoider, og har blitt legemliggjort i form av klare patenter og arbeidsprøver av teknologi. I laboratoriet - men de finnes!
Den konseptuelle utformingen av det interstellare romskipet Longshot viste at vi har en sjanse til å flykte til stjernene. Det er mange vanskeligheter å overvinne på denne tornete banen. Men det viktigste er at utviklingsvektoren er kjent, og selvtillit har dukket opp.
Mer informasjon om Longshot -prosjektet finner du her:
For initiering av interesse for dette emnet, uttrykker jeg min takknemlighet til "Postman".
