A csillagok hideg vakító fénye különösen szép a téli égbolton. Ekkor válnak láthatóvá a legfényesebb csillagok és csillagképek: Orion, Plejádok, Nagykutya vakító Szíriusszal …
Negyedszázaddal ezelőtt a Tengerészeti Akadémia hét parancsnoka szokatlan kérdést tett fel: mennyire közel van a modern emberiség a csillagokhoz? A kutatás eredményeként részletes jelentés született Project Longshot (Long Range Shot) néven. Egy automatikus csillagközi vízi jármű koncepciója, amely ésszerű időn belül képes elérni a legközelebbi csillagokat. Nincs évezredes repülés és "generációk hajói"! A szondának az űrbe bocsátásától számított 100 éven belül el kell érnie az Alpha Centauri környékét.
Hipertér, gravitáció, antianyag és fotonikus rakéták … Nem! A projekt fő jellemzője, hogy a meglévő technológiákra támaszkodik. A fejlesztők szerint a Longshot tervezés lehetővé teszi az űrhajó megépítését már a 21. század első felében!
Száz év repülés a meglévő technológiákkal. Hallatlan merészség, tekintettel a kozmikus távolságok skálájára. A Nap és az Alfa Centauri között egy 4,36 sv széles "fekete szakadék" fekszik. az év … ja. Több mint 40 billió kilométer! Ennek az ábrának a szörnyű jelentése világossá válik a következő példában.
Ha a Nap méretét egy teniszlabda méretére csökkentjük, akkor a teljes Naprendszer elfér a Vörös téren. A Föld mérete a kiválasztott léptékben homokszemcsére csökken, míg a legközelebbi "teniszlabda" - Alpha Centauri - a velencei Szent Márk téren fekszik.
Hagyományos Shuttle vagy Soyuz űrhajóval repülne az Alpha Centauri -ba 190 000 év.
A szörnyű diagnózis mondatnak hangzik. Arra vagyunk ítélve, hogy üljünk a "homokszemünkön", és a legkisebb esélyünk sincs elérni a csillagokat? A népszerű tudományos magazinokban számítások bizonyítják, hogy lehetetlen felgyorsítani egy űrhajót fényközeli sebességre. Ehhez szükség lesz a Naprendszer összes anyagának "elégetésére".
És mégis van esély! A Longshot projekt bebizonyította, hogy a csillagok sokkal közelebb vannak, mint gondolnánk.
A Voyager hajótestén egy lemez található, pulzártérképpel, amely a Nap galaxisban való elhelyezkedését mutatja, valamint részletes információkat tartalmaz a Föld lakóiról. Várhatóan az idegenek egyszer megtalálják ezt a "kőbaltát", és ellátogatnak hozzánk. De ha felidézzük a Földön található összes technológiai civilizáció viselkedésének sajátosságait és Amerika hódításainak történelemét, nem számíthatunk "békés kapcsolatra" …
Az expedíció küldetése
Érje el az Alpha Centauri rendszert száz év múlva.
Más "csillaghajókkal" ("Daedalus") ellentétben a "Longshot" projekt a csillagrendszer (Alpha és Beta Centauri) pályájára lépett. Ez jelentősen bonyolította a feladatot és meghosszabbította a repülési időt, de lehetővé tette a távoli csillagok környékének részletes vizsgálatát (ellentétben a Daedalusszal, amely egy nap alatt elrohant volna a célpont mellett, és nyom nélkül eltűnt volna az űr mélyén).
A repülés 100 évet vesz igénybe. További 4, 36 évre van szükség az információk Földre történő továbbításához.
Alfa Centauri a Naprendszerhez képest
A csillagászok nagy reményeket fűznek a projekthez - ha sikerrel járnak, fantasztikus műszerük lesz a parallaxisok (más csillagoktól való távolság) mérésére 4, 36 sv alapon. az év … ja.
Egy évszázados repülés az éjszakában szintén nem múlik céltalanul: a készülék tanulmányozza a csillagközi közeget, és bővíti ismereteinket a Naprendszer külső határairól.
Lövés a csillagokra
Az űrutazás fő és egyetlen problémája a hatalmas távolságok. A probléma megoldása után a többit is megoldjuk. A repülési idő csökkentésével megszűnik a hosszú távú energiaforrás és a hajórendszerek magas megbízhatóságának kérdése. A fedélzeten tartózkodó személy jelenlétével kapcsolatos probléma megoldódik. A rövid repülés szükségtelenné teszi a fedélzeten lévő komplex életfenntartó rendszereket és óriási élelmiszer-, víz- / levegőellátást.
De ezek távoli álmok. Ebben az esetben egy pilóta nélküli szondát kell szállítani a csillagokhoz egy évszázadon belül. Nem tudjuk, hogyan kell megtörni a tér-idő kontinuumot, ezért csak egy kiút van: a "csillaghajó" földi sebességének növelése.
Amint azt a számítás is kimutatta, az Alpha Centauri -ba való 100 év múlva történő járat a fénysebesség legalább 4,5% -át teszi szükségessé. 13500 km / s.
Nincsenek alapvető tilalmak, amelyek lehetővé teszik a makrokozmoszban lévő testek mozgását a jelzett sebességgel, ennek ellenére értéke szörnyen nagy. Összehasonlításképpen: az űrhajó leggyorsabbjának ("New Horizons" szonda) sebessége a felső szakasz kikapcsolása után "csak" 16,26 km / s (58636 km / h) volt a Földhöz képest.
Longshot koncepció csillaghajó
Hogyan lehet gyorsítani egy csillagközi hajót több ezer km / s sebességre? A válasz kézenfekvő: nagy tolóerővel rendelkező motorra van szüksége, amelynek meghatározott impulzusa legalább 1 000 000 másodperc.
A fajlagos impulzus a sugárhajtómű hatékonyságának mutatója. Az égéstérben lévő gáz molekulatömegétől, hőmérsékletétől és nyomásától függ. Minél nagyobb a nyomáskülönbség az égéstérben és a külső környezetben, annál nagyobb a munkafolyadék kiáramlásának sebessége. És ezért a motor hatékonysága magasabb.
A modern elektromos sugárhajtóművek (ERE) legjobb példái 10 000 s fajlagos impulzussal rendelkeznek; töltött részecskék nyalábának kiáramlási sebességén - akár 100 000 km / s. A munkafolyadék (xenon / kripton) fogyasztása néhány milligramm másodpercenként. A motor csendesen zúg a repülés során, lassan felgyorsítva a hajót.
Az EJE -k viszonylagos egyszerűségükkel, alacsony költségükkel és a nagy sebesség elérésének lehetőségével (több tíz km / s) rabul ejtenek, de az alacsony tolóerő -érték (kevesebb mint egy Newton) miatt a gyorsulás több tíz évig is eltarthat.
Egy másik dolog a vegyi rakétahajtóművek, amelyeken minden modern kozmonautika nyugszik. Hatalmas tolóerővel rendelkeznek (tíz és száz tonna), de a háromkomponensű folyékony hajtóanyagú rakétamotor (lítium / hidrogén / fluor) maximális fajlagos impulzusa mindössze 542 s, a gáz kiáramlási sebessége alig több mint 5 km / s. Ez a határ.
A folyékony hajtóanyagú rakéták lehetővé teszik, hogy rövid idő alatt több km / s sebességgel növeljék az űrhajó sebességét, de ennél többre nem képesek. A csillaghajónak különböző fizikai elveken alapuló motorra lesz szüksége.
A "Longshot" készítői több egzotikus módszert fontolgattak, köztük "Könnyű vitorla", amelyet 3,5 terawatt teljesítményű lézer gyorsít fel (a módszert megvalósíthatatlannak ismerték el).
A mai napig a csillagok elérésének egyetlen reális módja az impulzusos nukleáris (termonukleáris) motor. A működés elve a lézeres termonukleáris fúzión (LTS) alapul, amelyet laboratóriumi körülmények között jól tanulmányoztak. Nagy mennyiségű energia koncentrálása kis mennyiségű anyagban, rövid idő alatt (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) inerciális plazmazárással.
A Longshot esetében szó sincs a szabályozott termonukleáris fúzió stabil reakciójáról: nincs szükség hosszú távú plazmazárásra. A sugárhajtás létrehozásához a kapott magas hőmérsékletű alvadékot azonnal "meg kell tolni" a hajó fedélzetén található mágneses mezővel.
Az üzemanyag hélium-3 / deutérium keverék. A csillagközi repüléshez szükséges üzemanyag -ellátás 264 tonna lesz.
Hasonló módon soha nem látott hatékonyságot terveznek elérni: a számításokban a fajlagos impulzus értéke 1,02 millió.másodperc!
A hajó rendszereinek - impulzusos motorlézerek, helyzetszabályozó rendszerek, kommunikáció és tudományos műszerek - áramellátásának fő energiaforrásaként egy hagyományos reaktort választottak, amely urán -üzemanyag -egységeken alapul. A berendezés elektromos teljesítményének legalább 300 kW -nak kell lennie (a hőteljesítmény majdnem nagyságrenddel magasabb).
A modern technológia szempontjából egy egész évszázados újratöltést nem igénylő reaktor létrehozása nem egyszerű, de a gyakorlatban lehetséges. Már most a hadihajókon olyan nukleáris rendszereket használnak, amelyek magjának a hajók élettartamával (30-50 év) megfelelő élettartama van. Az áramellátás is teljesen rendben van - például az orosz haditengerészet nukleáris tengeralattjáróira telepített OK -650 nukleáris létesítmény 190 megawatt hőteljesítményű, és képes áramot szolgáltatni egy 50 000 lakosú egész városnak!
Az ilyen berendezések rendkívül erőteljesek a térben. Ehhez tömörségre és a megadott jellemzők pontos betartására van szükség. Például 1987. július 10 -én elindult a Kosmos -1867 - egy szovjet műhold a Jenisej nukleáris létesítménnyel (műhold tömege - 1,5 tonna, reaktor hőteljesítmény - 150 kW, elektromos teljesítmény - 6, 6 kW, élettartam - 11 hónap)).
Ez azt jelenti, hogy a Longshot projektben használt 300 kW -os reaktor a közeljövő kérdése. A mérnökök maguk számították ki, hogy egy ilyen reaktor tömege körülbelül 6 tonna lesz.
Valójában itt ér véget a fizika és kezdődik a szöveg.
A csillagközi utazás problémái
A szonda vezérléséhez fedélzeti számítógép-komplexre lesz szükség, amely mesterséges intelligenciával rendelkezik. Olyan körülmények között, ahol a jelátviteli idő több mint 4 év, a szonda hatékony irányítása a földről lehetetlen.
A mikroelektronika és a kutatóeszközök létrehozása terén az utóbbi időben nagyszabású változások történtek. Nem valószínű, hogy az 1987 -es Longshot készítőinek fogalma sem volt a modern számítógépek képességeiről. Tekinthető, hogy ezt a technikai problémát az elmúlt negyedszázad sikeresen megoldotta.
A kommunikációs rendszerek helyzete ugyanolyan optimista. Az információk megbízható továbbításához 4, 36 sv. évben szükség lesz egy lézerrendszerre, amely a 0,532 mikronos hullám völgyében működik és 250 kW sugárzási teljesítménnyel. Ebben az esetben minden négyzetre. méteren a Föld felszínéről 222 foton esik le másodpercenként, ami jóval magasabb, mint a modern rádiótávcsövek érzékenységi küszöbértéke. Az információátviteli sebesség a maximális távolságból 1 kbps lesz. A modern rádiótávcsövek és űrkommunikációs rendszerek többször is képesek bővíteni az adatcsere csatornát.
Összehasonlításképpen: a Voyager 1 szonda adóteljesítménye, amely jelenleg 19 milliárd km -re van a Naptól (17,5 fényóra), mindössze 23 W - mint egy izzó a hűtőszekrényben. Ez azonban elég ahhoz, hogy a telemetria több kbit / s sebességgel továbbítson a Földre.
Külön sor a hajó hőszabályozásának kérdése.
A megawatt osztályú nukleáris reaktor és az impulzusos termonukleáris motor kolosszális mennyiségű hőenergia forrása, ráadásul vákuumban csak két módja van a hő eltávolításának - az abláció és a sugárzás.
Megoldás lehet a radiátorok és sugárzó felületek fejlett rendszerének, valamint a motortér és a hajó üzemanyagtartályai közé hőszigetelő kerámia puffer felszerelése.
Az utazás kezdeti szakaszában a hajónak kiegészítő védőpajzsra lesz szüksége a napsugárzás ellen (hasonlóan a Skylab pályaállomáson használthoz). A végső célpont területén - a Beta Centauri csillag pályáján - fennáll a szonda túlmelegedésének veszélye is. Szükség van a berendezések hőszigetelésére és a felesleges hőt minden fontos blokkokról és tudományos műszerekről sugárzó radiátorokra történő átvitelére.
A hajó időbeli gyorsulásának grafikonja
A sebesség változását bemutató grafikon
Az űrhajó mikrometeoritok és kozmikus porrészecskék elleni védelmének kérdése rendkívül nehéz. A fénysebesség 4,5% -ánál minden mikroszkopikus objektummal való ütközés súlyosan károsíthatja a szondát. A "Longshot" alkotói azt javasolják, hogy oldják meg a problémát úgy, hogy egy erős védőpajzsot szerelnek fel a hajó elejére (fém? Kerámia?), Amely ugyanakkor a túlzott hő sugárzója volt.
Mennyire megbízható ez a védelem? És lehetséges-e sci-fi védelmi rendszerek alkalmazása erő / mágneses mezők vagy mikrodiszpergált részecskék "felhői" formájában, amelyeket a hajó előtt mágneses mező tart? Reméljük, hogy mire létrejön a csillaghajó, a mérnökök megfelelő megoldást találnak.
Ami magát a szondát illeti, hagyományosan többlépcsős elrendezése lesz levehető tartályokkal. A hajótest szerkezeteinek gyártási anyaga - alumínium / titánötvözetek. Az összeszerelt űrhajó teljes tömege alacsony földi pályán 396 tonna lesz, maximális hossza 65 méter.
Összehasonlításképpen: a Nemzetközi Űrállomás tömege 417 tonna, 109 méter hosszú.
1) Indítsa el a konfigurációt alacsony földi pályán.
2) A repülés 33. éve, az első pár tank leválasztása.
3) A repülés 67. éve, a második tankpár szétválasztása.
4) A repülés 100. éve - célba érkezés 15-30 km / s sebességgel.
Az utolsó szakasz elkülönítése, állandó pályára lépés a Beta Centauri körül.
Az ISS -hez hasonlóan a Longshot blokk módszerrel is összeállítható alacsony Föld körüli pályán. Az űrrepülőgép reális méretei lehetővé teszik a meglévő hordozórakéták használatát az összeszerelési folyamatban (összehasonlításképpen: a hatalmas Saturn-V egyszerre 120 tonnás terhelést tud szállítani a LEO-nak!)
Figyelembe kell venni, hogy az impulzusos termonukleáris motor földközeli pályán való elindítása túl kockázatos és figyelmetlen. A Longshot projekt további emlékeztető blokkok (vegyi folyékony hajtóanyagú rakéta hajtóművek) jelenlétét írta elő a második és harmadik kozmikus sebesség eléréséhez és az űrhajó kivonásához az ekliptika síkjáról (az Alpha Centauri rendszer 61 ° -kal a sík felett helyezkedik el) a Föld forgása a Nap körül). Ezenkívül lehetséges, hogy erre a célra indokolt lesz egy manőver a Jupiter gravitációs mezőjében - mint az űrszondák, amelyeknek sikerült elmenekülniük az ekliptika síkjából, "szabad" gyorsítást alkalmazva az óriásbolygó közelében.
Epilógus
A hipotetikus csillagközi hajó minden technológiája és összetevője létezik a valóságban.
A Longshot szonda súlya és méretei megfelelnek a modern kozmonautika képességeinek.
Ha ma elkezdjük a munkát, nagy valószínűséggel a XXII. Század közepére boldog dédunokáink közelről látják az Alpha Centauri rendszer első képeit.
A haladásnak visszafordíthatatlan iránya van: az élet minden nap új leletekkel és felfedezésekkel lep meg minket. Lehetséges, hogy 10-20 év múlva az összes fent leírt technológia új technológiai szinten készített munkaminták formájában jelenik meg előttünk.
Pedig a csillagokhoz vezető út túl messze van ahhoz, hogy értelme legyen komolyan beszélni róla.
A figyelmes olvasó valószínűleg már felhívta a figyelmet a Longshot projekt fő problémájára. Hélium-3.
Hol szerezhet be száz tonnát ebből az anyagból, ha a hélium-3 éves termelése mindössze 60 000 liter (8 kilogramm) évente, legfeljebb 2000 dollár literes áron?! A bátor sci-fi írók a Holdon és az óriásbolygók légkörében a hélium-3 termelésével kapcsolatos reményeiket fűzik, de ebben az ügyben senki sem tud garanciát adni.
Kétségek merülnek fel azzal kapcsolatban, hogy az impulzusos termonukleáris motor működéséhez szükséges ilyen mennyiségű üzemanyagot és annak adagolt készletét fagyasztott "tabletták" formájában tárolják -e. Azonban, mint a motor működési elve: ami többé -kevésbé működik a laboratóriumi körülmények között a Földön, még messze van attól, hogy a világűrben használják.
Végül az összes szondarendszer példátlan megbízhatósága. A Longshot projekt résztvevői közvetlenül erről írnak: egy olyan motor létrehozása, amely 100 évig képes megállni és nagyobb javítások nélkül, hihetetlen technikai áttörés lesz. Ugyanez vonatkozik minden más szondarendszerre és mechanizmusra.
Nem szabad azonban kétségbe esni. Az űrhajósok történetében példák vannak az űrhajók példátlan megbízhatóságára. A 6., 7., 8., 10., 11. úttörő, valamint az 1. és 2. utazó - mindannyian több mint 30 éve dolgoznak a világűrben!
Az űrhajók hidrazinhajtóműveivel (helyzetszabályozó hajtóművekkel) kapcsolatos történet tájékoztató jellegű. A Voyager 1 2004 -ben váltott tartalék készletre. Ekkorra a fő hajtóművek 27 évig dolgoztak a nyílt térben, 353 000 indítást ellenállva. Figyelemre méltó, hogy a motor katalizátorait folyamatosan 300 ° C -ra hevítették!
Ma, 37 évvel az indulás után mindkét Voyagers folytatja őrült repülését. Már rég elhagyták a helioszférát, de továbbra is rendszeresen továbbítják az adatokat a csillagközi közegről a Földre.
Minden olyan rendszer, amely az emberi megbízhatóságtól függ, megbízhatatlan. Azonban el kell ismernünk: az űrhajók megbízhatóságának biztosítása tekintetében sikerült bizonyos sikereket elérnünk.
A "csillagexpedíció" megvalósításához szükséges összes technológia megszűnt a kannabinoidokkal visszaélő tudósok fantáziája, és egyértelmű szabadalmak és működő technológiai minták formájában öltött testet. A laboratóriumban - de léteznek!
A Longshot csillagközi űrhajó koncepcionális tervezése bebizonyította, hogy van esélyünk a csillagokba menekülni. Ezen a nehéz úton sok nehézséget kell leküzdeni. De a legfontosabb az, hogy a fejlődés vektora ismert, és megjelent az önbizalom.
További információ a Longshot projektről itt található:
A téma iránti érdeklődésért köszönetemet fejezem ki a "Postásnak".
