Hladan odsjaj zvezda posebno je lep na zimskom nebu. U to vrijeme postaju vidljive najsjajnije zvijezde i sazviježđa: Orion, Plejade, Veliki pas sa zasljepljujućim Siriusom …
Prije četvrt stoljeća sedam vojnih časnika Pomorske akademije postavilo je neobično pitanje: koliko je moderno čovječanstvo blizu zvijezda? Istraživanje je rezultiralo detaljnim izvještajem poznatim kao Project Longshot (Long Range Shot). Koncept automatskog međuzvjezdanog plovila sposobnog doseći najbliže zvijezde u razumnom vremenu. Nema milenijuma leta i "brodova generacija"! Sonda bi trebala stići u blizini Alpha Centauri u roku od 100 godina od trenutka lansiranja u svemir.
Hipersvemir, gravitacija, antimaterija i fotonske rakete … Ne! Glavna karakteristika projekta je oslanjanje na postojeće tehnologije. Prema programerima, dizajn Longshot omogućuje izgradnju svemirskog broda već u prvoj polovici 21. stoljeća!
Sto godina leta sa postojećim tehnologijama. Nečuvena drskost, s obzirom na razmjere svemirskih udaljenosti. Između Sunca i Alfe Kentauri leži "crni ponor" širine 4, 36 sv. godine. Preko 40 triliona kilometara! Monstruozno značenje ove figure postaje jasno u sljedećem primjeru.
Ako smanjimo veličinu Sunca na veličinu teniske loptice, tada će se cijeli Sunčev sistem uklopiti na Crveni trg. Veličina Zemlje u odabranoj ljestvici smanjit će se na veličinu zrna pijeska, dok će najbliža "teniska lopta" - Alfa Centauri - ležati na Trgu svetog Marka u Veneciji.
Let do Alpha Centauri konvencionalnom letjelicom Shuttle ili Soyuz trajao bi 190.000 godina.
Strašna dijagnoza zvuči kao rečenica. Jesmo li osuđeni sjediti na svom "zrnu pijeska", a da nemamo ni najmanju šansu doći do zvijezda? U naučno-popularnim časopisima postoje proračuni koji dokazuju da je nemoguće ubrzati svemirski brod do skoro svjetlosne brzine. To će zahtijevati "spaljivanje" sve materije u Sunčevom sistemu.
A ipak postoji šansa! Projekat Longshot je dokazao da su zvijezde mnogo bliže nego što možemo zamisliti.
Na trupu Voyagera nalazi se ploča sa pulsar kartom koja prikazuje lokaciju Sunca u Galaksiji, kao i detaljne informacije o stanovnicima Zemlje. Očekuje se da će vanzemaljci jednog dana pronaći ovu "kamenu sjekiru" i doći nam u posjet. No, prisjetimo li se posebnosti ponašanja svih tehnoloških civilizacija na Zemlji i povijesti osvajanja Amerike od strane osvajača, ne možemo računati na "miran kontakt" …
Misija ekspedicije
Dođite do sistema Alpha Centauri za sto godina.
Za razliku od drugih "svemirskih brodova" ("Daedalus"), projekat "Longshot" uključivao je ulazak u orbitu zvjezdanog sistema (Alpha i Beta Centauri). Ovo je znatno zakompliciralo zadatak i produžilo vrijeme leta, ali bi omogućilo detaljno proučavanje blizine udaljenih zvijezda (za razliku od Dedala, koji bi za jedan dan projurio pored cilja i nestao bez traga u dubini svemira).
Let će trajati 100 godina. Još 4, 36 godina će biti potrebno za prijenos informacija na Zemlju.
Alfa Centauri u poređenju sa Sunčevim sistemom
Astronomi polažu velike nade u projekt - ako budu uspješni, imat će fantastičan instrument za mjerenje paralaksa (udaljenosti do drugih zvijezda) na bazi 4, 36 sv. godine.
Stoljetni let kroz noć također neće proći besciljno: uređaj će proučavati međuzvjezdani medij i proširit će naše znanje o vanjskim granicama Sunčevog sistema.
Upucan u zvezde
Glavni i jedini problem svemirskih putovanja su ogromne udaljenosti. Nakon što smo riješili ovaj problem, riješit ćemo i sve ostalo. Skraćivanje vremena leta uklonit će pitanje dugoročnog izvora energije i visoke pouzdanosti brodskih sistema. Problem s prisutnošću osobe na brodu bit će riješen. Kratki let čini složene sisteme za održavanje života i ogromne zalihe hrane / vode / zraka na brodu nepotrebnima.
Ali to su daleki snovi. U tom slučaju potrebno je zvijezdama isporučiti bespilotnu sondu u roku od jednog stoljeća. Ne znamo kako probiti prostor-vremenski kontinuum, stoga postoji samo jedan izlaz: povećati zemaljsku brzinu "svemirskog broda".
Kako je proračun pokazao, za let do Alpha Centauri za 100 godina potrebna je brzina od najmanje 4,5% brzine svjetlosti. 13500 km / s.
Ne postoje temeljne zabrane koje dozvoljavaju tijelima u makrokosmosu da se kreću navedenom brzinom, međutim, njihova vrijednost je monstruozno velika. Za usporedbu: brzina najbrže svemirske letjelice (sonda "New Horizons") nakon isključivanja gornjeg stepena bila je "samo" 16,26 km / s (58636 km / h) u odnosu na Zemlju.
Longshot koncept svemirski brod
Kako ubrzati međuzvjezdani brod do brzine hiljada km / s? Odgovor je očit: potreban vam je motor s velikim potiskom sa specifičnim impulsom od najmanje 1.000.000 sekundi.
Specifični impuls je pokazatelj efikasnosti mlaznog motora. Zavisi od molekulske težine, temperature i pritiska gasa u komori za sagorevanje. Što je veća razlika u pritisku u komori za izgaranje i u vanjskom okruženju, veća je i brzina odljeva radne tekućine. Zbog toga je efikasnost motora veća.
Najbolji primjeri modernih električnih mlaznih motora (ERE) imaju specifični impuls od 10.000 s; pri izlaznoj brzini snopova nabijenih čestica - do 100.000 km / s. Potrošnja radne tečnosti (ksenon / kripton) je nekoliko miligrama u sekundi. Motor tiho bruji tokom leta, polako ubrzavajući letjelicu.
EJE plijene svojom relativnom jednostavnošću, niskim troškovima i potencijalom da postignu velike brzine (desetine km / s), ali zbog niske vrijednosti potiska (manje od jednog Newtona), ubrzanje može potrajati desetinama godina.
Druga stvar su hemijski raketni motori, na kojima počiva sva savremena kosmonautika. Imaju veliki potisak (desetine i stotine tona), ali maksimalni specifični impuls trokomponentnog raketnog motora na tekuće gorivo (litij / vodik / fluor) iznosi samo 542 s, s brzinom istjecanja plina nešto više od 5 km / s. Ovo je granica.
Rakete na tekuće gorivo omogućuju povećanje brzine letjelice za nekoliko km / s u kratkom vremenu, ali nisu sposobne za više. Svemirskom brodu će biti potreban motor zasnovan na različitim fizičkim principima.
Tvorci "Longshota" razmotrili su nekoliko egzotičnih načina, uključujući "Lako jedro", ubrzano laserom snage 3, 5 teravata (metoda je prepoznata kao neizvodljiva).
Do danas je jedini realan način da se dođe do zvijezda impulsni nuklearni (termonuklearni) motor. Princip rada zasnovan je na laserskoj termonuklearnoj fuziji (LTS), dobro proučenoj u laboratorijskim uslovima. Koncentracija velike količine energije u malim količinama materije u kratkom vremenskom periodu (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) sa inercijalnim zatvaranjem plazme.
U slučaju Longshota nema govora o bilo kakvoj stabilnoj reakciji kontrolirane termonuklearne fuzije: nije potrebno dugotrajno zatvaranje u plazmu. Da bi se stvorio mlazni potisak, nastali ugrušak na visokoj temperaturi mora se odmah "gurnuti" magnetskim poljem s broda.
Gorivo je smjesa helij-3 / deuterij. Potrebna opskrba gorivom za međuzvjezdani let bit će 264 tone.
Na sličan način planira se postizanje neviđene efikasnosti: u proračunima vrijednost specifičnog impulsa iznosi 1,02 miliona.sekundi!
Kao glavni izvor energije za napajanje brodskih sistema - laseri sa impulsnim motorima, sistemi za kontrolu položaja, komunikacije i naučni instrumenti - izabran je konvencionalni reaktor zasnovan na sklopovima uranijumskih goriva. Električna snaga instalacije mora biti najmanje 300 kW (toplinska snaga je skoro za red veličine veća).
Sa stajališta moderne tehnologije, stvaranje reaktora koji ne zahtijeva ponovno punjenje čitav jedan vijek nije lako, ali je moguće u praksi. Već sada se na ratnim brodovima koriste nuklearni sistemi čije jezgro ima vijek trajanja srazmjeran vijeku trajanja brodova (30-50 godina). Snaga je također u potpunom redu - na primjer, nuklearna instalacija OK -650 instalirana na nuklearnim podmornicama ruske mornarice ima toplinski kapacitet od 190 megavata i sposobna je opskrbiti električnom energijom cijeli grad s populacijom od 50.000 ljudi!
Takve instalacije su pretjerano moćne za prostor. To zahtijeva kompaktnost i preciznu usklađenost sa navedenim karakteristikama. Na primjer, 10. jula 1987. lansiran je Kosmos -1867 - sovjetski satelit s nuklearnom instalacijom Yenisei (masa satelita - 1,5 tona, toplinska snaga reaktora - 150 kW, električna snaga - 6, 6 kW, vijek trajanja - 11 mjeseci)).
To znači da je reaktor snage 300 kW koji se koristi u projektu Longshot stvar bliske budućnosti. Sami inženjeri izračunali su da bi masa takvog reaktora bila oko 6 tona.
Zapravo, tu prestaje fizika i počinju tekstovi.
Problemi međuzvjezdanog putovanja
Za kontrolu sonde bit će potreban kompjuterski kompleks na vozilu koji je napravljen od umjetne inteligencije. U uslovima gde je vreme prenosa signala duže od 4 godine, efikasna kontrola sonde sa zemlje je nemoguća.
U području mikroelektronike i stvaranja istraživačkih uređaja nedavno su se dogodile velike promjene. Malo je vjerojatno da su tvorci Longshota 1987. imali ikakvu ideju o mogućnostima modernih računara. Može se smatrati da je ovaj tehnički problem uspješno riješen u posljednjih četvrt stoljeća.
Situacija s komunikacijskim sustavima izgleda jednako optimistično. Za pouzdan prijenos informacija s udaljenosti 4, 36 sv. godine će biti potreban sistem lasera koji rade u dolini talasa od 0,532 mikrona i snage zračenja od 250 kW. U ovom slučaju, za svaki kvadrat. metar Zemljine površine pasti će 222 fotona u sekundi, što je mnogo više od praga osjetljivosti modernih radio teleskopa. Brzina prijenosa informacija s maksimalne udaljenosti bit će 1 kbps. Savremeni radio teleskopi i svemirski komunikacijski sistemi mogu nekoliko puta proširiti kanal razmjene podataka.
Za poređenje: snaga odašiljača sonde Voyager 1, koja se trenutno nalazi na udaljenosti od 19 milijardi km od Sunca (17,5 svjetlosnih sati), iznosi samo 23 W - poput žarulje u vašem hladnjaku. Međutim, to je sasvim dovoljno za telemetrijski prijenos na Zemlju brzinom od nekoliko kbit / s.
Posebna linija je pitanje termoregulacije broda.
Nuklearni reaktor klase megavata i impulsni termonuklearni motor izvori su kolosalne količine toplinske energije, štoviše, u vakuumu postoje samo dva načina uklanjanja topline - ablacija i zračenje.
Rješenje bi moglo biti ugradnja naprednog sistema radijatora i površina koje zrače, kao i keramičkog odbojnika za toplinsku izolaciju između motornog prostora i brodskih spremnika goriva.
U početnoj fazi putovanja, brodu će biti potreban dodatni zaštitni štit od sunčevog zračenja (slično onom koji se koristi na orbitalnoj stanici Skylab). U području konačnog cilja - u orbiti zvijezde Beta Centauri - također će postojati opasnost od pregrijavanja sonde. Potrebna je toplinska izolacija opreme i sistem za prijenos viška topline iz svih važnih blokova i naučnih instrumenata u radijatore koji zrače.
Grafikon ubrzanja broda tokom vremena
Grafikon prikazuje promjenu brzine
Pitanje zaštite letjelice od mikrometeorita i čestica kosmičke prašine izuzetno je teško. Pri brzini od 4,5% brzine svjetlosti, svaki sudar s mikroskopskim predmetom može ozbiljno oštetiti sondu. Tvorci "Longshota" predlažu da se problem riješi ugradnjom snažnog zaštitnog štita u prednji dio broda (metal? Keramika?), Koji je u isto vrijeme bio radijator viška topline.
Koliko je pouzdana ova zaštita? I je li moguće koristiti znanstveno-fantastične sustave zaštite u obliku sile / magnetskih polja ili "oblaka" mikrodispergiranih čestica koje drži magnetsko polje ispred broda? Nadajmo se da će inženjeri do stvaranja svemirskog broda pronaći odgovarajuće rješenje.
Što se tiče same sonde, ona će tradicionalno imati višestepeni aranžman sa odvojivim spremnicima. Materijal za izradu konstrukcija trupa - legure aluminija / titana. Ukupna masa sastavljene svemirske letelice na niskoj Zemljinoj orbiti iznosiće 396 tona, maksimalne dužine 65 metara.
Za poređenje: masa Međunarodne svemirske stanice je 417 tona i dužine 109 metara.
1) Pokretanje konfiguracije u orbiti sa niskom zemljom.
2) 33. godina leta, odvajanje prvog para tenkova.
3) 67. godina leta, odvajanje drugog para tenkova.
4) 100. godina leta - dolazak na cilj brzinom od 15-30 km / s.
Odvajanje poslednje faze, ulazak u stalnu orbitu oko Beta Centauri.
Kao i ISS, Longshot se može sastaviti metodom bloka na niskoj Zemljinoj orbiti. Realne dimenzije svemirske letjelice omogućuju upotrebu postojećih lansirnih vozila u procesu montaže (za usporedbu, moćni Saturn-V može odjednom nositi LEO do 120 tona!)
Treba uzeti u obzir da je lansiranje impulsnog termonuklearnog motora u orbitu oko zemlje previše rizično i nemarno. Projektom Longshot predviđeno je prisustvo dodatnih pojačivačkih blokova (raketni motori s kemijskim pogonom na tekuće gorivo) za postizanje druge i treće kozmičke brzine i povlačenje letjelice iz ravnine ekliptike (sistem Alpha Centauri nalazi se 61 ° iznad ravnine rotacija Zemlje oko Sunca). Također, moguće je da će u tu svrhu biti opravdan manevar u gravitacionom polju Jupitera - poput svemirskih sondi koje su uspjele pobjeći iz ravnine ekliptike, koristeći "slobodno" ubrzanje u blizini džinovske planete.
Epilog
Sve tehnologije i komponente hipotetičkog međuzvjezdanog broda postoje u stvarnosti.
Težina i dimenzije sonde Longshot odgovaraju mogućnostima savremene kosmonautike.
Ako danas počnemo s radom, velika je vjerojatnost da će do sredine XXII stoljeća naši sretni praunuci vidjeti prve slike sistema Alpha Centauri iz bliske blizine.
Napredak ima nepovratan smjer: svakodnevni život nastavlja nas zadiviti novim izumima i otkrićima. Moguće je da će se za 10-20 godina sve gore opisane tehnologije pojaviti pred nama u obliku radnih uzoraka napravljenih na novom tehnološkom nivou.
Pa ipak, put do zvijezda je predaleko da bi imalo smisla o tome ozbiljno govoriti.
Pažljivi čitalac je verovatno već skrenuo pažnju na ključni problem projekta Longshot. Helijum-3.
Gdje nabaviti sto tona ove tvari, ako je godišnja proizvodnja helija-3 samo 60.000 litara (8 kilograma) godišnje po cijeni do 2.000 dolara po litru?! Hrabri pisci naučne fantastike polažu nade u proizvodnju helijuma-3 na Mjesecu i u atmosferi džinovskih planeta, ali niko ne može dati garancije po tom pitanju.
Postoje sumnje u mogućnost skladištenja takve količine goriva i njegove dozirane količine u obliku smrznutih "tableta" potrebnih za pogon impulsnog termonuklearnog motora. Međutim, kao i sam princip rada motora: ono što više ili manje radi u laboratorijskim uvjetima na Zemlji još je daleko od upotrebe u svemiru.
Konačno, neviđena pouzdanost svih sistema sondi. Učesnici projekta Longshot direktno pišu o ovome: stvaranje motora koji može raditi 100 godina bez zaustavljanja i velikih popravaka bit će nevjerojatan tehnički napredak. Isto se odnosi i na sve ostale sisteme i mehanizme sondi.
Međutim, ne biste trebali očajavati. U istoriji astronautike postoje primjeri neviđene pouzdanosti svemirskih letjelica. Pioniri 6, 7, 8, 10, 11, kao i Voyageri 1 i 2 - svi su radili u svemiru više od 30 godina!
Priča sa hidrazinskim potisnicima (motorima za kontrolu položaja) ovih svemirskih letjelica je indikativna. Voyager 1 prešao je na rezervni komplet 2004. Do tada je glavni set motora radio na otvorenom svemiru 27 godina, izdržavši 353.000 pokretanja. Važno je napomenuti da su se katalizatori motora cijelo vrijeme neprestano zagrijavali do 300 ° C!
Danas, 37 godina nakon lansiranja, oba Voyagera nastavljaju svoj ludi let. Oni su odavno napustili heliosferu, ali nastavljaju redovno prenositi podatke o međuzvjezdanom mediju na Zemlju.
Svaki sistem koji zavisi od ljudske pouzdanosti je nepouzdan. Međutim, moramo priznati: u smislu osiguranja pouzdanosti svemirskih letjelica, uspjeli smo postići određene uspjehe.
Sve potrebne tehnologije za provedbu "zvjezdane ekspedicije" prestale su biti fantazije znanstvenika koji zloupotrebljavaju kanabinoide, a utjelovljene su u obliku jasnih patenata i radnih uzoraka tehnologije. U laboratoriji - ali postoje!
Idejno rješenje međuzvjezdane letjelice Longshot pokazalo je da imamo priliku pobjeći do zvijezda. Mnogo je poteškoća koje treba prevladati na ovom trnovitom putu. Ali najvažnije je da je vektor razvoja poznat i pojavilo se samopouzdanje.
Više informacija o projektu Longshot možete pronaći ovdje:
Za pokretanje interesa za ovu temu izražavam zahvalnost "Poštaru".
