Studené oslnění hvězd je obzvláště krásné na zimní obloze. V této době se stanou viditelnými nejjasnější hvězdy a souhvězdí: Orion, Plejády, Velký pes s oslnivým Siriusem …
Před čtvrt stoletím si sedm praporčíků námořní akademie položilo neobvyklou otázku: jak blízko je moderní lidstvo ke hvězdám? Výsledkem výzkumu byla podrobná zpráva známá jako Project Longshot (Long Range Shot). Koncept automatického mezihvězdného plavidla schopného dosáhnout nejbližší hvězdy za rozumnou dobu. Žádné tisíciletí letu a „lodě generací“! Sonda by se měla dostat do blízkosti Alpha Centauri do 100 let od okamžiku vypuštění do vesmíru.
Hyperprostor, gravitace, antihmota a fotonické rakety … Ne! Hlavním rysem projektu je jeho spoléhání na stávající technologie. Podle vývojářů design Longshot umožňuje postavit vesmírnou loď již v první polovině 21. století!
Sto let letu se stávajícími technologiemi. Vzhledem k rozsahu kosmických vzdáleností neslýchaná drzost. Mezi Sluncem a Alfa Centauri leží „černá propast“široká 4, 36 sv. roku. Přes 40 bilionů kilometry! Monstrózní význam tohoto obrázku je jasný v následujícím příkladu.
Pokud zmenšíme velikost Slunce na velikost tenisového míčku, pak se celá sluneční soustava vejde na Rudé náměstí. Velikost Země ve zvoleném měřítku se zmenší na velikost zrnka písku, zatímco nejbližší „tenisový míček“- Alpha Centauri - bude ležet na náměstí svatého Marka v Benátkách.
Let do Alpha Centauri konvenční kosmickou lodí Shuttle nebo Sojuz by trval 190 000 let.
Hrozná diagnóza zní jako věta. Jsme odsouzeni sedět na svém „zrnku písku“, aniž bychom měli nejmenší šanci dosáhnout hvězd? V populárně vědeckých časopisech existují výpočty, které dokazují, že je nemožné zrychlit vesmírnou loď na rychlost blízkého světla. To bude vyžadovat „spálení“veškeré hmoty ve sluneční soustavě.
A přesto existuje šance! Projekt Longshot dokázal, že hvězdy jsou mnohem blíže, než si dokážeme představit.
Na trupu Voyageru je deska s pulsarovou mapou zobrazující polohu Slunce v Galaxii a také podrobné informace o obyvatelích Země. Očekává se, že mimozemšťané jednou najdou tuto „kamennou sekeru“a přijdou nás navštívit. Pokud si ale připomeneme zvláštnosti chování všech technologických civilizací na Zemi a historii amerických dobývání dobyvateli, nelze počítat s „mírovým kontaktem“…
Mise expedice
Za sto let se dostanete k systému Alpha Centauri.
Na rozdíl od jiných „hvězdných lodí“(„Daedalus“) zahrnoval projekt „Longshot“vstup na oběžnou dráhu hvězdného systému (Alfa a Beta Centauri). To výrazně zkomplikovalo úkol a prodloužilo dobu letu, ale umožnilo by to detailní studium blízkosti vzdálených hvězd (na rozdíl od Daedala, který by za den spěchal kolem cíle a beze stopy zmizel v hlubinách vesmíru).
Let bude trvat 100 let. K přenosu informací na Zemi bude zapotřebí dalších 4, 36 let.
Alpha Centauri ve srovnání se sluneční soustavou
Astronomové vkládají do projektu velké naděje - pokud budou úspěšní, budou mít fantastický nástroj pro měření paralaxy (vzdáleností k jiným hvězdám) na základě 4, 36 sv. roku.
Stoletý let nocí také neprojde bezcílně: zařízení bude studovat mezihvězdné médium a rozšíří naše znalosti o vnějších hranicích sluneční soustavy.
Vystřeleno ke hvězdám
Hlavním a jediným problémem cestování vesmírem jsou kolosální vzdálenosti. Po vyřešení tohoto problému vyřešíme všechny ostatní. Zkrácení doby letu odstraní problém dlouhodobého zdroje energie a vysoké spolehlivosti systémů lodi. Problém s přítomností osoby na palubě bude vyřešen. Krátký let činí komplexní systémy podpory života a obrovské zásoby jídla / vody / vzduchu na palubě zbytečnými.
Ale to jsou vzdálené sny. V tomto případě je nutné dodat hvězdu bez posádky do jednoho století. Nevíme, jak narušit časoprostorové kontinuum, a proto existuje pouze jedno východisko: zvýšit pozemní rychlost „hvězdné lodi“.
Jak ukázal výpočet, let do Alpha Centauri za 100 let vyžaduje rychlost alespoň 4,5% rychlosti světla. 13500 km / s.
Neexistují žádné zásadní zákazy, které by umožňovaly pohyb těles v makrokosmu uvedenou rychlostí, nicméně jeho hodnota je monstrózně velká. Pro srovnání: rychlost nejrychlejšího z kosmické lodi (sonda „New Horizons“) po vypnutí horního stupně byla ve vztahu k Zemi „jen“16,26 km / s (58636 km / h).
Longshot koncept hvězdná loď
Jak zrychlit mezihvězdnou loď na rychlosti tisíce km / s? Odpověď je nasnadě: potřebujete motor s vysokým tahem se specifickým impulzem alespoň 1 000 000 sekund.
Specifický impuls je indikátorem účinnosti proudového motoru. Záleží na molekulové hmotnosti, teplotě a tlaku plynu ve spalovací komoře. Čím větší je tlakový rozdíl ve spalovací komoře a ve vnějším prostředí, tím větší je rychlost odtoku pracovní tekutiny. A proto je účinnost motoru vyšší.
Nejlepší příklady moderních elektrických proudových motorů (ERE) mají specifický impuls 10 000 s; při výstupní rychlosti paprsků nabitých částic - až 100 000 km / s. Spotřeba pracovní tekutiny (xenon / krypton) je několik miligramů za sekundu. Motor po celou dobu letu tiše hučí a pomalu zrychluje plavidlo.
EJE zaujmou svou relativní jednoduchostí, nízkými náklady a potenciálem dosáhnout vysokých rychlostí (desítky km / s), ale vzhledem k nízké hodnotě tahu (méně než jeden Newton) může zrychlení trvat desítky let.
Další věcí jsou chemické raketové motory, na kterých spočívá veškerá moderní kosmonautika. Mají obrovský tah (desítky a stovky tun), ale maximální specifický impuls třísložkového raketového motoru na kapalné palivo (lithium / vodík / fluor) je pouze 542 s, s rychlostí odtoku plynu něco přes 5 km / s. Toto je limit.
Rakety na kapalný pohon umožňují v krátkém čase zvýšit rychlost kosmické lodi o několik km / s, ale nejsou schopny více. Hvězdná loď bude potřebovat motor založený na různých fyzikálních principech.
Tvůrci „Longshot“zvažovali několik exotických způsobů, vč. „Lehká plachta“, zrychlená laserem o výkonu 3, 5 terawattů (metoda byla uznána jako neproveditelná).
K dnešnímu dni je jediným realistickým způsobem, jak dosáhnout hvězd, pulzní jaderný (termonukleární) motor. Princip činnosti je založen na laserové termonukleární fúzi (LTS), dobře prostudované v laboratorních podmínkách. Koncentrace velkého množství energie v malých objemech hmoty v krátkém časovém období (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) s inerciálním plazmatickým uzavřením.
V případě Longshotu neexistuje žádná otázka stabilní reakce řízené termonukleární fúze: dlouhodobé plazmatické uvěznění není nutné. K vytvoření tryskového tahu musí být výsledná vysokoteplotní sraženina okamžitě „tlačena“magnetickým polem přes palubu lodi.
Palivem je směs helium-3 / deuterium. Požadovaná dodávka paliva pro mezihvězdný let bude 264 tun.
Podobným způsobem se plánuje dosáhnout nebývalé účinnosti: ve výpočtech je hodnota specifického impulsu 1,02 milionu.sekundy!
Jako hlavní zdroj energie pro napájení lodních systémů - pulzní motorové lasery, systémy řízení polohy, komunikační a vědecké přístroje - byl vybrán konvenční reaktor na bázi uranových palivových souborů. Elektrický výkon instalace musí být minimálně 300 kW (tepelný výkon je téměř o řád vyšší).
Z pohledu moderní technologie není vytvoření reaktoru, který by po celé století vyžadoval dobíjení, snadné, ale v praxi možné. Již nyní se na válečných lodích používají jaderné systémy, jejichž jádro má životnost úměrnou životnosti lodí (30–50 let). Energie je také v naprostém pořádku - například jaderné zařízení OK -650 instalované na jaderných ponorkách ruského námořnictva má tepelnou kapacitu 190 megawattů a je schopné poskytnout elektřinu celému městu s populací 50 000 lidí!
Takové instalace jsou nadměrně výkonné pro prostor. To vyžaduje kompaktnost a přesnou shodu se specifikovanými charakteristikami. Například 10. července 1987 byl vypuštěn Kosmos -1867 - sovětský satelit s jaderným zařízením Jenisej (hmotnost družice - 1,5 tuny, tepelný výkon reaktoru - 150 kW, elektrický výkon - 6, 6 kW, životnost - 11 měsíců).
To znamená, že 300 kW reaktor použitý v projektu Longshot je záležitostí blízké budoucnosti. Sami inženýři vypočítali, že hmotnost takového reaktoru bude asi 6 tun.
Ve skutečnosti tady fyzika končí a začínají texty.
Problémy mezihvězdného cestování
K ovládání sondy bude zapotřebí komplex palubního počítače s umělou inteligencí. V podmínkách, kde je doba přenosu signálu delší než 4 roky, není efektivní ovládání sondy ze země možné.
V oblasti mikroelektroniky a tvorby výzkumných zařízení došlo v poslední době k velkým změnám. Je nepravděpodobné, že by tvůrci Longshotu v roce 1987 měli nějakou představu o schopnostech moderních počítačů. Lze mít za to, že tento technický problém byl úspěšně vyřešen v uplynulém čtvrtstoletí.
Stejně optimisticky vypadá situace s komunikačními systémy. Pro spolehlivý přenos informací ze vzdálenosti 4, 36 sv. rok bude vyžadovat soustavu laserů pracujících v údolí vlny 0,532 mikronů a s radiačním výkonem 250 kW. V tomto případě pro každý čtverec. metr zemského povrchu spadne 222 fotonů za sekundu, což je mnohem vyšší než práh citlivosti moderních radioteleskopů. Rychlost přenosu informací z maximální vzdálenosti bude 1 kbps. Moderní radioteleskopy a vesmírné komunikační systémy jsou schopné několikrát rozšířit kanál pro výměnu dat.
Pro srovnání: výkon vysílače sondy Voyager 1, která je v současnosti ve vzdálenosti 19 miliard km od Slunce (17,5 světelných hodin), je pouze 23 W - jako žárovka ve vaší lednici. To je však dostačující pro přenos telemetrie na Zemi rychlostí několika kbit / s.
Samostatnou linkou je otázka termoregulace lodi.
Jaderný reaktor třídy megawattů a pulzní termonukleární motor jsou zdroji kolosálního množství tepelné energie, navíc ve vakuu existují pouze dva způsoby odvodu tepla - ablace a záření.
Řešením může být instalace pokročilého systému chladičů a sálavých povrchů, jakož i tepelně izolačního keramického nárazníku mezi motorový prostor a palivové nádrže lodi.
V počáteční fázi cesty bude loď potřebovat další ochranný štít před slunečním zářením (podobný tomu, který se používá na orbitální stanici Skylab). V oblasti konečného cíle - na oběžné dráze hvězdy Beta Centauri - bude také hrozit přehřátí sondy. Je vyžadována tepelná izolace zařízení a systému pro přenos přebytečného tepla ze všech důležitých bloků a vědeckých přístrojů do sálavých radiátorů.
Graf zrychlení lodi v průběhu času
Graf ukazující změnu rychlosti
Otázka ochrany kosmické lodi před mikrometeority a částicemi kosmického prachu je nesmírně obtížná. Při rychlosti 4,5% rychlosti světla může jakákoli srážka s mikroskopickým předmětem vážně poškodit sondu. Tvůrci „Longshot“navrhují vyřešit problém instalací výkonného ochranného štítu na přední část lodi (kov? Keramika?), Který byl zároveň zářičem přebytečného tepla.
Jak spolehlivá je tato ochrana? A je možné použít ochranné systémy sci-fi ve formě silových / magnetických polí nebo „mraků“mikrodisperzních částic držených magnetickým polem před lodí? Doufejme, že v době, kdy bude hvězdná loď vytvořena, najdou inženýři adekvátní řešení.
Pokud jde o samotnou sondu, ta bude mít tradičně vícestupňové uspořádání s odnímatelnými nádržemi. Výrobní materiál struktur trupu - slitiny hliníku / titanu. Celková hmotnost sestavené kosmické lodi na oběžné dráze Země bude 396 tun s maximální délkou 65 metrů.
Pro srovnání: hmotnost Mezinárodní vesmírné stanice je 417 tun o délce 109 metrů.
1) Spusťte konfiguraci na oběžné dráze Země.
2) 33. rok letu, oddělení prvního páru tanků.
3) 67. rok letu, oddělení druhého páru tanků.
4) 100. rok letu - příjezd k cíli rychlostí 15-30 km / s.
Oddělení posledního stupně, vstup na trvalou oběžnou dráhu kolem Beta Centauri.
Stejně jako ISS lze Longshot sestavit pomocí blokové metody na nízké oběžné dráze Země. Realistické rozměry kosmické lodi umožňují použití stávajících nosných raket v procesu montáže (pro srovnání, silný Saturn-V unese náklad LEO najednou 120 tun!)
Je třeba vzít v úvahu, že spuštění pulzního termonukleárního motoru na oběžnou dráhu Země je příliš riskantní a neopatrné. Projekt Longshot počítal s přítomností dalších pomocných bloků (chemických raketových motorů na kapalná paliva) pro získání druhé a třetí kosmické rychlosti a stažení kosmické lodi z roviny ekliptiky (systém Alpha Centauri se nachází 61 ° nad rovinou rotace Země kolem Slunce). Také je možné, že pro tento účel bude odůvodněn manévr v gravitačním poli Jupitera - jako vesmírné sondy, kterým se podařilo uniknout z roviny ekliptiky, pomocí „volného“zrychlení v blízkosti obří planety.
Epilog
Všechny technologie a součásti hypotetické mezihvězdné lodi existují ve skutečnosti.
Hmotnost a rozměry sondy Longshot odpovídají schopnostem moderní kosmonautiky.
Pokud dnes začneme pracovat, je velmi pravděpodobné, že v polovině XXII. Století uvidí naše šťastná pravnoučata první snímky systému Alpha Centauri z bezprostřední blízkosti.
Pokrok má nevratný směr: každý den nás život nepřestává ohromovat novými vynálezy a objevy. Je možné, že za 10–20 let se před námi objeví všechny výše popsané technologie ve formě pracovních vzorků vyrobených na nové technologické úrovni.
A přesto je cesta ke hvězdám příliš daleko na to, aby o ní mělo smysl mluvit vážně.
Pozorný čtenář již pravděpodobně upozornil na klíčový problém projektu Longshot. Hélium-3.
Kde získat sto tun této látky, pokud je roční produkce helia-3 pouze 60 000 litrů (8 kilogramů) ročně za cenu až 2 000 dolarů za litr?! Odvážní spisovatelé sci-fi vkládají své naděje do výroby helia-3 na Měsíci a v atmosféře obřích planet, ale nikdo v této záležitosti nemůže poskytnout žádné záruky.
Existují pochybnosti o možnosti uložení takového objemu paliva a jeho dávkovaného zásobování ve formě zmrazených „tablet“potřebných k pohonu pulzního termonukleárního motoru. Podobně jako samotný princip fungování motoru: to, co funguje více či méně v laboratorních podmínkách na Zemi, se ještě zdaleka nepoužívá ve vesmíru.
Konečně nebývalá spolehlivost všech systémů sond. Účastníci projektu Longshot o tom přímo píší: vytvoření motoru, který může fungovat 100 let bez zastavení a velkých oprav, bude neuvěřitelným technickým průlomem. Totéž platí pro všechny ostatní systémy a mechanismy sond.
Neměli byste však zoufat. V historii astronautiky existují příklady nebývalé spolehlivosti kosmických lodí. Průkopníci 6, 7, 8, 10, 11, stejně jako Voyagers 1 a 2 - všichni pracovali ve vesmíru více než 30 let!
Příběh s hydrazinovými tryskami (motory pro řízení polohy) těchto kosmických lodí je orientační. Voyager 1 přešel na náhradní sadu v roce 2004. Do této doby fungovala hlavní sada motorů v otevřeném prostoru 27 let, kdy vydrželo 353 000 startů. Je pozoruhodné, že katalyzátory motoru byly celou dobu nepřetržitě zahřívány až na 300 ° C!
Dnes, 37 let po startu, oba Voyagery pokračují ve svém šíleném letu. Už dávno opustili heliosféru, ale nadále pravidelně přenášejí data o mezihvězdném médiu na Zemi.
Jakýkoli systém, který závisí na lidské spolehlivosti, je nespolehlivý. Musíme však přiznat: z hlediska zajištění spolehlivosti kosmických lodí se nám podařilo dosáhnout určitých úspěchů.
Všechny potřebné technologie pro realizaci „hvězdné expedice“přestaly být fantazií vědců, kteří zneužívají kanabinoidy, a byly ztělesněny ve formě jasných patentů a pracovních vzorků technologie. V laboratoři - ale existují!
Koncepční návrh mezihvězdné kosmické lodi Longshot dokázal, že máme šanci uniknout ke hvězdám. Na této trnité cestě je mnoho obtíží, které je třeba překonat. Ale hlavní je, že je znám vektor vývoje a objevilo se sebevědomí.
Více informací o projektu Longshot naleznete zde:
Za zahájení zájmu o toto téma vyjadřuji poděkování „Pošťákovi“.
