Strălucirea rece a stelelor este deosebit de frumoasă pe cerul de iarnă. În acest moment, cele mai strălucitoare stele și constelații devin vizibile: Orion, Pleiade, Câine Mare cu Sirius orbitor …
Acum un sfert de secol, șapte ofițeri ai Academiei Navale au pus o întrebare neobișnuită: cât de aproape este omenirea modernă de stele? Cercetarea a dus la un raport detaliat cunoscut sub numele de Project Longshot (Long Range Shot). Un concept al unei ambarcațiuni interstelare automate capabile să ajungă la cele mai apropiate stele într-un timp rezonabil. Fără milenii de zbor și „nave de generații”! Sonda ar trebui să ajungă în vecinătatea Alpha Centauri în termen de 100 de ani de la momentul lansării sale în spațiu.
Hiperspațiu, gravitație, antimaterie și rachete fotonice … Nu! Principala caracteristică a proiectului este dependența de tehnologiile existente. Potrivit dezvoltatorilor, designul Longshot face posibilă construirea unei nave spațiale deja în prima jumătate a secolului 21!
O sută de ani de zbor cu tehnologiile existente. O îndrăzneală nemaiauzită, dată fiind amploarea distanțelor cosmice. Între Soare și Alfa Centauri se află un „abis negru” de 4, 36 sv lățime. al anului. Peste 40 de trilioane kilometri! Sensul monstruos al acestei figuri devine clar în exemplul următor.
Dacă reducem dimensiunea Soarelui la dimensiunea unei mingi de tenis, atunci întregul sistem solar se va potrivi în Piața Roșie. Mărimea Pământului în scara selectată va scădea până la dimensiunea unui bob de nisip, în timp ce cea mai apropiată „minge de tenis” - Alpha Centauri - va sta pe Piața San Marco din Veneția.
Un zbor către Alpha Centauri pe o navă spațială convențională Shuttle sau Soyuz ar dura 190.000 de ani.
Un diagnostic teribil sună ca o propoziție. Suntem condamnați să stăm pe „bobul nostru de nisip”, neavând nici cea mai mică șansă de a ajunge la stele? În revistele de științe populare, există calcule care demonstrează că este imposibil să accelerezi o navă spațială la viteze aproape de lumină. Acest lucru va necesita „arderea” tuturor materiilor din sistemul solar.
Și totuși există o șansă! Proiectul Longshot a dovedit că stelele sunt mult mai aproape decât ne putem imagina.
Pe carena Voyager este o placă cu o hartă pulsar care arată locația Soarelui în Galaxy, precum și informații detaliate despre locuitorii Pământului. Se așteaptă ca extratereștrii să găsească cândva acest „topor de piatră” și să vină să ne viziteze. Dar, dacă ne reamintim particularitățile comportamentului tuturor civilizațiilor tehnologice de pe Pământ și istoria cuceririlor Americii de către cuceritori, nu putem conta pe „contactul pașnic” …
Misiunea expediției
Accesați sistemul Alpha Centauri peste o sută de ani.
Spre deosebire de alte „nave stelare” („Daedalus”), proiectul „Longshot” presupunea intrarea pe orbita sistemului stelar (Alpha și Beta Centauri). Acest lucru a complicat în mod semnificativ sarcina și a prelungit timpul de zbor, dar ar permite un studiu detaliat al vecinătății stelelor îndepărtate (spre deosebire de Daedalus, care s-ar fi repezit peste țintă într-o zi și ar fi dispărut fără urmă în adâncurile spațiului).
Zborul va dura 100 de ani. Încă 4, 36 de ani vor fi necesari pentru a transfera informații pe Pământ.
Alpha Centauri în comparație cu sistemul solar
Astronomii își pun mari speranțe în proiect - dacă vor avea succes, vor avea un instrument fantastic pentru măsurarea paralaxelor (distanțele față de alte stele) cu o bază de 4, 36 sv. al anului.
Un zbor vechi de un secol prin noapte nu va trece, de asemenea, fără scop: dispozitivul va studia mediul interstelar și ne va extinde cunoștințele despre limitele exterioare ale sistemului solar.
Împușcat spre stele
Principala și singura problemă a călătoriilor spațiale sunt distanțele colosale. După ce am rezolvat această problemă, vom rezolva toate celelalte. Reducerea timpului de zbor va elimina problema sursei de energie pe termen lung și fiabilitatea ridicată a sistemelor navei. Problema cu prezența unei persoane la bord va fi rezolvată. Zborul scurt face inutile sistemele complexe de susținere a vieții și alimentările gigantice de alimente / apă / aer la bord.
Dar acestea sunt vise îndepărtate. În acest caz, este necesară livrarea unei sonde fără pilot către stele în decurs de un secol. Nu știm cum să spargem continuumul spațiu-timp, prin urmare există o singură cale de ieșire: creșterea vitezei la sol a „navei stelare”.
După cum a arătat calculul, un zbor către Alpha Centauri în 100 de ani necesită o viteză de cel puțin 4,5% din viteza luminii. 13500 km / s.
Nu există interdicții fundamentale care permit corpurilor din macrocosmos să se miște la viteza indicată, cu toate acestea, valoarea sa este monstruos. Pentru comparație: viteza celei mai rapide a navei spațiale (sonda „New Horizons”) după oprirea etapei superioare a fost „doar” de 16,26 km / s (58636 km / h) în raport cu Pământul.
Concept de navă stelară Longshot
Cum să accelerați o navă interstelară la viteze de mii de km / s? Răspunsul este evident: aveți nevoie de un motor cu forță mare, cu un impuls specific de cel puțin 1.000.000 de secunde.
Impulsul specific este un indicator al eficienței unui motor cu reacție. Depinde de greutatea moleculară, temperatura și presiunea gazului din camera de ardere. Cu cât diferența de presiune este mai mare în camera de ardere și în mediul extern, cu atât este mai mare viteza de ieșire a fluidului de lucru. Și, prin urmare, eficiența motorului este mai mare.
Cele mai bune exemple de motoare cu reacție electrice moderne (ERE) au un impuls specific de 10.000 s; la o viteză de ieșire a fasciculelor de particule încărcate - până la 100.000 km / s. Consumul de fluid de lucru (xenon / cripton) este de câteva miligrame pe secundă. Motorul fredonează liniștit pe tot parcursul zborului, accelerând încet ambarcațiunea.
EJE captivează prin simplitatea lor relativă, costul redus și potențialul de a atinge viteze mari (zeci de km / s), dar datorită valorii de tracțiune reduse (mai puțin de un Newton), accelerația poate dura zeci de ani.
Un alt lucru sunt motoarele rachete chimice, pe care se sprijină toată cosmonautica modernă. Au o forță uriașă (zeci și sute de tone), dar impulsul specific maxim al unui motor rachetă cu trei componente cu propulsie lichidă (litiu / hidrogen / fluor) este de numai 542 s, cu o viteză de ieșire a gazului de puțin peste 5 km / s. Aceasta este limita.
Rachetele cu combustibil lichid fac posibilă creșterea vitezei navei spațiale cu câțiva km / s într-un timp scurt, dar nu sunt capabile de mai mult. Nava va avea nevoie de un motor bazat pe diferite principii fizice.
Creatorii filmului „Longshot” au luat în considerare mai multe moduri exotice, incl. „Vela ușoară”, accelerată de un laser cu o putere de 3, 5 terawați (metoda a fost recunoscută ca fiind neefectuabilă).
Până în prezent, singurul mod realist de a ajunge la stele este un motor nuclear pulsat (termonuclear). Principiul de funcționare se bazează pe fuziunea termonucleară cu laser (LTS), bine studiată în condiții de laborator. Concentrarea unei cantități mari de energie în volume mici de materie într-o perioadă scurtă de timp (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) cu confinare plasmatică inerțială.
În cazul Longshot, nu se pune problema unei reacții stabile de fuziune termonucleară controlată: nu este necesară confinarea plasmatică pe termen lung. Pentru a crea propulsia jetului, cheagul rezultat la temperatură ridicată trebuie imediat „împins” de câmpul magnetic peste bordul navei.
Combustibilul este un amestec de heliu-3 / deuteriu. Alimentarea necesară pentru un zbor interstelar va fi de 264 tone.
În mod similar, se planifică obținerea unei eficiențe fără precedent: în calcule, valoarea impulsului specific este de 1,02 mln.secunde!
Ca principală sursă de energie pentru alimentarea sistemelor navei - lasere cu motor pulsat, sisteme de control al atitudinii, comunicații și instrumente științifice - a fost ales un reactor convențional bazat pe ansambluri combustibil de uraniu. Puterea electrică a instalației trebuie să fie de cel puțin 300 kW (puterea termică este cu aproape un ordin de mărime mai mare).
Din punctul de vedere al tehnologiei moderne, crearea unui reactor care nu necesită reîncărcare pentru un secol întreg nu este ușoară, dar posibilă în practică. Deja acum, pe nave de război, se folosesc sisteme nucleare, al căror nucleu are o durată de viață proporțională cu durata de viață a navelor (30-50 de ani). Puterea este, de asemenea, într-o ordine completă - de exemplu, instalația nucleară OK-650 instalată pe submarinele nucleare ale marinei rusești are o capacitate termică de 190 megawați și este capabilă să furnizeze electricitate unui întreg oraș cu o populație de 50.000 de oameni!
Astfel de instalații sunt excesiv de puternice pentru spațiu. Acest lucru necesită compactitate și conformitate precisă cu caracteristicile specificate. De exemplu, la 10 iulie 1987 a fost lansat Kosmos-1867 - un satelit sovietic cu instalația nucleară de la Yenisei (masă satelit - 1,5 tone, putere termică a reactorului - 150 kW, putere electrică - 6, 6 kW, durată de viață - 11 luni).
Aceasta înseamnă că reactorul de 300 kW utilizat în proiectul Longshot este o chestiune de viitor apropiat. Inginerii înșiși au calculat că masa unui astfel de reactor ar fi de aproximativ 6 tone.
De fapt, aici se termină fizica și încep versurile.
Probleme de călătorie interstelară
Pentru a controla sonda, va fi necesar un complex de computere de bord cu tehnologiile inteligenței artificiale. În condițiile în care timpul de transmisie a semnalului este mai mare de 4 ani, controlul eficient al sondei de la sol este imposibil.
În domeniul microelectronicii și al creării dispozitivelor de cercetare, au avut loc recent schimbări la scară largă. Este puțin probabil ca creatorii Longshot în 1987 să fi avut idee despre capacitățile computerelor moderne. Se poate considera că această problemă tehnică a fost rezolvată cu succes în ultimul sfert de secol.
Situația cu sistemele de comunicații arată la fel de optimistă. Pentru transmiterea fiabilă a informațiilor de la o distanță de 4, 36 sv. anul va necesita un sistem de lasere care să funcționeze în valul valului de 0,532 microni și cu o putere de radiație de 250 kW. În acest caz, pentru fiecare pătrat. metru al suprafeței Pământului va cădea 222 de fotoni pe secundă, ceea ce este mult mai mare decât pragul de sensibilitate al radiotelescoapelor moderne. Rata de transfer a informațiilor de la distanța maximă va fi de 1 kbps. Telescoapele radio moderne și sistemele de comunicații spațiale sunt capabile să extindă canalul de schimb de date de mai multe ori.
Pentru comparație: puterea emițătorului sondei Voyager 1, care se află în prezent la o distanță de 19 miliarde de km de Soare (17,5 ore de lumină), este de numai 23 W - ca un bec din frigider. Cu toate acestea, acest lucru este suficient pentru transmiterea telemetriei pe Pământ cu o rată de câțiva kbit / s.
O linie separată este problema termoreglării navei.
Un reactor nuclear de clasă megawatt și un motor termonuclear pulsat sunt surse ale unei cantități colosale de energie termică, în plus, în vid există doar două moduri de eliminare a căldurii - ablația și radiația.
Soluția poate fi instalarea unui sistem avansat de radiatoare și suprafețe radiante, precum și un tampon ceramic izolator termic între compartimentul motorului și rezervoarele de combustibil ale navei.
În etapa inițială a călătoriei, nava va avea nevoie de un scut protector suplimentar împotriva radiațiilor solare (similar cu cel folosit pe stația orbitală Skylab). În zona țintei finale - pe orbita stelei Beta Centauri - va exista și pericolul supraîncălzirii sondei. Este necesară izolarea termică a echipamentelor și a unui sistem pentru transferul excesului de căldură din toate blocurile importante și instrumentele științifice către radiatoarele radiante.
Un grafic al accelerației navei în timp
Grafic care arată schimbarea vitezei
Problema protejării navei spațiale de micrometeoriți și particule de praf cosmic este extrem de dificilă. La o viteză de 4,5% din viteza luminii, orice coliziune cu un obiect microscopic poate deteriora grav sonda. Creatorii filmului „Longshot” propun să rezolve problema instalând un scut puternic de protecție în partea din față a navei (metal? Ceramică?), Care în același timp a fost un radiator de căldură în exces.
Cât de fiabilă este această protecție? Și este posibil să se utilizeze sisteme de protecție SF în formă de câmpuri de forță / magnetice sau „nori” de particule microdispersate deținute de un câmp magnetic în fața navei? Să sperăm că până la crearea navei stelare, inginerii vor găsi o soluție adecvată.
În ceea ce privește sonda în sine, aceasta va avea în mod tradițional un aranjament cu mai multe etape, cu rezervoare detașabile. Material de fabricație a structurilor corpului - aliaje de aluminiu / titan. Masa totală a navei spațiale asamblate pe orbita terestră joasă va fi de 396 de tone, cu o lungime maximă de 65 de metri.
Pentru comparație: masa Stației Spațiale Internaționale este de 417 tone cu o lungime de 109 metri.
1) Lansați configurația pe orbita de pământ.
2) Al 33-lea an de zbor, separarea primei perechi de tancuri.
3) Al 67-lea an de zbor, separarea celei de-a doua perechi de tancuri.
4) Al 100-lea an de zbor - sosire la țintă la o viteză de 15-30 km / s.
Separarea ultimei etape, intrarea pe o orbită permanentă în jurul Beta Centauri.
La fel ca ISS, Longshot poate fi asamblat folosind metoda blocului pe orbita Pământului joasă. Dimensiunile realiste ale navei spațiale fac posibilă utilizarea vehiculelor de lansare existente în procesul de asamblare (pentru comparație, puternicul Saturn-V poate transporta o încărcătură de 120 de tone la LEO la un moment dat!)
Ar trebui să se țină seama de faptul că lansarea unui motor termonuclear pulsat pe orbita apropiată a pământului este prea riscantă și neglijentă. Proiectul Longshot a prevăzut prezența unor blocuri de rapel suplimentare (motoare cu rachete chimice cu propulsie lichidă) pentru a obține a doua și a treia viteză cosmică și a retrage nava spațială din planul eclipticii (sistemul Alpha Centauri este situat la 61 ° deasupra planului rotația Pământului în jurul Soarelui). De asemenea, este posibil ca în acest scop să fie justificată o manevră în câmpul gravitațional al lui Jupiter - precum sondele spațiale care au reușit să scape din planul eclipticii, folosind accelerația „liberă” în vecinătatea planetei uriașe.
Epilog
Toate tehnologiile și componentele unei ipotetice nave interstelare există în realitate.
Greutatea și dimensiunile sondei Longshot corespund capacităților cosmonauticii moderne.
Dacă începem să lucrăm astăzi, este foarte probabil ca până la mijlocul secolului XXII strănepoții noștri fericiți să vadă primele imagini ale sistemului Alpha Centauri din apropiere.
Progresul are o direcție ireversibilă: în fiecare zi viața continuă să ne uimească cu noi invenții și descoperiri. Este posibil ca în 10-20 de ani toate tehnologiile descrise mai sus să ne apară sub formă de probe de lucru realizate la un nou nivel tehnologic.
Și totuși calea către stele este prea departe pentru a avea sens să vorbim despre asta serios.
Cititorul atent a atras deja atenția asupra problemei cheie a proiectului Longshot. Heliu-3.
De unde să obțineți o sută de tone din această substanță, dacă producția anuală de heliu-3 este de doar 60.000 de litri (8 kilograme) pe an la un preț de până la 2.000 de dolari pe litru?! Scriitori curajoși de ficțiune științifică își pun speranțele în producția de heliu-3 pe Lună și în atmosfera unor planete uriașe, dar nimeni nu poate oferi nicio garanție în această privință.
Există îndoieli cu privire la posibilitatea stocării unui astfel de volum de combustibil și a aportului dozat al acestuia sub formă de „tablete” înghețate necesare alimentării unui motor termonuclear pulsat. Totuși, la fel ca și principiul de funcționare al motorului: ceea ce funcționează mai mult sau mai puțin în condiții de laborator pe Pământ este încă departe de a fi folosit în spațiul cosmic.
În cele din urmă, fiabilitatea fără precedent a tuturor sistemelor de sondă. Participanții la proiectul Longshot scriu direct despre acest lucru: crearea unui motor care poate funcționa 100 de ani fără oprire și reparații majore va fi o descoperire tehnică incredibilă. Același lucru se aplică tuturor celorlalte sisteme și mecanisme de sondă.
Cu toate acestea, nu ar trebui să disperați. În istoria astronauticii, există exemple de fiabilitate fără precedent a navelor spațiale. Pionieri 6, 7, 8, 10, 11, precum și Voyagers 1 și 2 - toți au lucrat în spațiul cosmic de peste 30 de ani!
Povestea cu propulsoarele de hidrazină (motoare de control al atitudinii) ale acestor nave spațiale este orientativă. Voyager 1 a trecut la un kit de rezervă în 2004. În acest moment, principalul set de motoare funcționase în spațiu deschis timp de 27 de ani, rezistând la 353.000 de porniri. Este de remarcat faptul că catalizatorii motorului au fost încălziți continuu până la 300 ° C în tot acest timp!
Astăzi, la 37 de ani de la lansare, ambii Voyager își continuă zborul nebunesc. Au părăsit demult heliosfera, dar continuă să transmită în mod regulat date pe mediul interstelar către Pământ.
Orice sistem care depinde de fiabilitatea umană nu este fiabil. Cu toate acestea, trebuie să recunoaștem: în ceea ce privește asigurarea fiabilității navelor spațiale, am reușit să obținem anumite succese.
Toate tehnologiile necesare pentru implementarea „expediției stelare” au încetat să mai fie fanteziile oamenilor de știință care abuzează de canabinoizi și au fost întruchipate sub formă de brevete clare și mostre de lucru tehnologice. În laborator - dar există!
Proiectarea conceptuală a navei spațiale interstelare Longshot a dovedit că avem șansa de a scăpa de stele. Există multe dificultăți de depășit pe această cale spinoasă. Dar principalul lucru este că vectorul de dezvoltare este cunoscut și a apărut încrederea în sine.
Mai multe informații despre proiectul Longshot pot fi găsite aici:
Pentru inițierea interesului pentru acest subiect, îmi exprim recunoștința față de „Poștaș”.
