Yıldızların soğuk parıltısı özellikle kış gökyüzünde çok güzel. Şu anda, en parlak yıldızlar ve takımyıldızlar görünür hale geliyor: Orion, Pleiades, göz kamaştırıcı Sirius ile Greater Dog …
Çeyrek asır önce, Deniz Harp Okulu'nun yedi emri subayı alışılmadık bir soru sordu: Modern insanlık yıldızlara ne kadar yakın? Araştırma, Project Longshot (Uzun Menzilli Atış) olarak bilinen ayrıntılı bir raporla sonuçlandı. Makul bir süre içinde en yakın yıldızlara ulaşabilen otomatik bir yıldızlararası araç kavramı. Bin yıllık uçuş ve "nesillerin gemileri" yok! Sonda, uzaya fırlatıldığı andan itibaren 100 yıl içinde Alpha Centauri çevresine ulaşmalıdır.
Hiperuzay, yerçekimi, antimadde ve fotonik roketler… Hayır! Projenin ana özelliği, mevcut teknolojilere dayanmasıdır. Geliştiricilere göre, Longshot tasarımı zaten 21. yüzyılın ilk yarısında bir uzay gemisi inşa etmeyi mümkün kılıyor!
Mevcut teknolojilerle yüz yıllık uçuş. Kozmik mesafelerin ölçeği göz önüne alındığında, duyulmamış bir cüret. Güneş ve Alpha Centauri arasında 4,36 sv genişliğinde bir "kara uçurum" vardır. Yılın. 40 trilyonun üzerinde kilometre! Bu rakamın korkunç anlamı aşağıdaki örnekte açıkça görülmektedir.
Güneş'in boyutunu bir tenis topu boyutuna indirgersek, tüm güneş sistemi Kızıl Meydan'a sığar. Seçilen ölçekte Dünya'nın boyutu bir kum tanesi boyutuna düşecekken, en yakın "tenis topu" - Alpha Centauri - Venedik'teki San Marco Meydanı'nda uzanacak.
Geleneksel bir Mekik veya Soyuz uzay aracıyla Alpha Centauri'ye bir uçuş 190.000 yıl alacaktır.
Korkunç bir teşhis bir cümle gibi geliyor. Yıldızlara ulaşmak için en ufak bir şansımız olmadan "kum tanesi"mizin üzerine oturmaya mahkum muyuz? Popüler bilim dergilerinde, bir uzay gemisini ışık hızına yakın hızlara çıkarmanın imkansız olduğunu kanıtlayan hesaplamalar var. Bu, güneş sistemindeki tüm maddelerin "yakılmasını" gerektirecektir.
Ve yine de bir şans var! Project Longshot, yıldızların hayal edebileceğimizden çok daha yakın olduğunu kanıtladı.
Voyager gövdesinde, Güneş'in Galaksideki yerini gösteren bir pulsar haritasının yanı sıra Dünya'nın sakinleri hakkında ayrıntılı bilgi içeren bir plaka bulunur. Uzaylıların bir gün bu "taş baltayı" bulup bizi ziyarete gelmeleri bekleniyor. Ancak, dünyadaki tüm teknolojik uygarlıkların davranışlarının özelliklerini ve Amerika'nın fatihler tarafından fetihlerinin tarihini hatırlarsak, "barışçıl temas" a güvenilemez …
seferin misyonu
Yüz yıl içinde Alpha Centauri sistemine geç.
Diğer "yıldız gemilerinin" ("Daedalus") aksine, "Longshot" projesi yıldız sisteminin (Alpha ve Beta Centauri) yörüngesine girmeyi içeriyordu. Bu, görevi önemli ölçüde karmaşıklaştırdı ve uçuş süresini uzattı, ancak uzak yıldızların çevresinin ayrıntılı bir incelemesine izin verecekti (Daedalus'un aksine, hedefi bir günde geçip uzayın derinliklerinde iz bırakmadan kaybolacaktı).
Uçuş 100 yıl sürecek. Dünya'ya bilgi aktarmak için 4, 36 yıl daha gerekli olacak.
Alpha Centauri'nin Güneş Sistemiyle Karşılaştırılması
Gökbilimciler projeye büyük umutlar besliyorlar - başarılı olursa, 4, 36 sv bazında paralaksları (diğer yıldızlara olan mesafeleri) ölçmek için harika bir araca sahip olacaklar. Yılın.
Gece boyunca asırlık bir uçuş da amaçsızca geçmeyecek: cihaz yıldızlararası ortamı inceleyecek ve güneş sisteminin dış sınırları hakkındaki bilgimizi genişletecek.
Yıldızlara vuruldu
Uzay yolculuğunun ana ve tek sorunu devasa mesafelerdir. Bu sorunu çözdükten sonra, geri kalan her şeyi çözeceğiz. Uçuş süresinin azaltılması, uzun vadeli bir enerji kaynağı sorununu ve gemi sistemlerinin yüksek güvenilirliği sorununu ortadan kaldıracaktır. Gemide bir kişinin varlığı ile ilgili sorun çözülecektir. Kısa uçuş, karmaşık yaşam destek sistemlerini ve gemideki devasa yiyecek / su / hava kaynaklarını gereksiz kılıyor.
Ama bunlar uzak hayaller. Bu durumda insansız bir sondayı bir asır içinde yıldızlara ulaştırmak gerekiyor. Uzay-zaman sürekliliğini nasıl kıracağımızı bilmiyoruz, bu nedenle tek bir çıkış yolu var: "yıldız gemisinin" yer hızını artırmak.
Hesaplamanın gösterdiği gibi, 100 yılda Alpha Centauri'ye bir uçuş, ışık hızının en az %4,5'i kadar bir hız gerektirir. 13500 km/s.
Makrokozmostaki cisimlerin belirtilen hızda hareket etmesine izin veren hiçbir temel yasak yoktur, ancak değeri korkunç derecede büyüktür. Karşılaştırma için: uzay aracının en hızlısının ("Yeni Ufuklar" sondası) üst aşamayı kapattıktan sonraki hızı, Dünya'ya göre "sadece" 16.26 km / s (58636 km / s) idi.
Longshot konsept yıldız gemisi
Yıldızlararası bir gemiyi binlerce km / s hıza nasıl hızlandırabilirim? Cevap açık: En az 1.000.000 saniyelik belirli bir itici güce sahip yüksek itişli bir motora ihtiyacınız var.
Spesifik dürtü, bir jet motorunun verimliliğinin bir göstergesidir. Yanma odasındaki gazın moleküler ağırlığına, sıcaklığına ve basıncına bağlıdır. Yanma odasındaki ve dış ortamdaki basınç farkı ne kadar büyük olursa, çalışma sıvısının çıkış hızı o kadar yüksek olur. Ve bu nedenle, motorun verimliliği daha yüksektir.
Modern elektrikli jet motorlarının (ERE) en iyi örnekleri 10.000 s'lik belirli bir itici güce sahiptir; yüklü parçacık demetlerinin çıkış hızında - 100.000 km / s'ye kadar. Çalışma sıvısının (ksenon/krypton) tüketimi saniyede birkaç miligramdır. Motor, uçuş boyunca sessizce vızıldayarak, aracı yavaşça hızlandırır.
EJE'ler göreceli basitlikleri, düşük maliyetleri ve yüksek hızlara (onlarca km/sn) ulaşma potansiyeli ile büyüler, ancak düşük itme değeri (bir Newton'dan az) nedeniyle hızlanma onlarca yıl sürebilir.
Başka bir şey, tüm modern kozmonotiğin dayandığı kimyasal roket motorlarıdır. Muazzam bir itiş gücüne sahipler (onlarca ve yüzlerce ton), ancak üç bileşenli bir sıvı yakıtlı roket motorunun (lityum / hidrojen / flor) maksimum özgül itkisi sadece 542 s'dir ve gaz çıkış hızı 5 km'nin biraz üzerindedir. / s. Bu sınırdır.
Sıvı yakıtlı roketler, uzay aracının hızını kısa sürede birkaç km / s artırmayı mümkün kılar, ancak daha fazlasını yapamazlar. Yıldız gemisinin farklı fiziksel prensiplere dayalı bir motora ihtiyacı olacak.
"Longshot" ın yaratıcıları, dahil olmak üzere birkaç egzotik yolu düşündüler. "Hafif yelken", 3, 5 terawatt gücünde bir lazerle hızlandırıldı (yöntem imkansız olarak kabul edildi).
Bugüne kadar, yıldızlara ulaşmanın tek gerçekçi yolu, darbeli bir nükleer (termonükleer) motordur. Çalışma prensibi, laboratuvar koşullarında iyi çalışılmış lazer termonükleer füzyona (LTS) dayanmaktadır. Eylemsiz plazma hapsi ile kısa bir süre içinde (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) küçük hacimlerde büyük miktarda enerjinin konsantrasyonu.
Longshot durumunda, kontrollü termonükleer füzyonun herhangi bir kararlı reaksiyonu söz konusu değildir: uzun süreli plazma hapsi gerekli değildir. Jet itişi oluşturmak için, ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki pıhtı, manyetik alan tarafından derhal geminin dışına "ittirilmelidir".
Yakıt bir helyum-3 / döteryum karışımıdır. Yıldızlararası bir uçuş için gerekli yakıt tedariği 264 ton olacak.
Benzer şekilde, benzeri görülmemiş bir verim elde edilmesi planlanmaktadır: hesaplamalarda, spesifik darbenin değeri 1,02 milyondur.saniye!
Geminin sistemlerine güç sağlamak için ana enerji kaynağı olarak - darbeli motor lazerleri, durum kontrol sistemleri, iletişim ve bilimsel araçlar - uranyum yakıt düzeneklerine dayalı geleneksel bir reaktör seçildi. Tesisatın elektrik gücü en az 300 kW olmalıdır (termal güç neredeyse bir büyüklük sırası daha yüksektir).
Modern teknoloji açısından, bir asır boyunca yeniden şarj gerektirmeyen bir reaktörün oluşturulması kolay değildir, ancak pratikte mümkündür. Zaten şimdi, savaş gemilerinde, çekirdeği gemilerin hizmet ömrüyle (30-50 yıl) orantılı bir hizmet ömrüne sahip olan nükleer sistemler kullanılmaktadır. Güç de tam sırada - örneğin, Rus Donanmasının nükleer denizaltılarına kurulan OK-650 nükleer tesisi, 190 megawatt termal kapasiteye sahip ve 50.000 nüfuslu tüm bir şehre elektrik sağlayabiliyor!
Bu tür kurulumlar alan için aşırı derecede güçlüdür. Bu, kompaktlık ve belirtilen özelliklerle tam uyum gerektirir. Örneğin, 10 Temmuz 1987'de Kosmos-1867 başlatıldı - Yenisey nükleer kurulumuna sahip bir Sovyet uydusu (uydu kütlesi - 1,5 ton, reaktör termal gücü - 150 kW, elektrik gücü - 6, 6 kW, hizmet ömrü - 11 ay)).
Bu, Longshot projesinde kullanılan 300 kW reaktörün yakın bir gelecekte olduğu anlamına geliyor. Mühendisler, böyle bir reaktörün kütlesinin yaklaşık 6 ton olacağını hesapladılar.
Aslında fiziğin bittiği ve sözlerin başladığı yer burasıdır.
Yıldızlararası seyahatin sorunları
Sondayı kontrol etmek için yapay zeka yapımına sahip bir yerleşik bilgisayar kompleksi gerekecektir. Sinyal iletim süresinin 4 yıldan fazla olduğu durumlarda, probun zeminden etkin kontrolü mümkün değildir.
Mikroelektronik ve araştırma cihazlarının yaratılması alanında son zamanlarda büyük ölçekli değişiklikler meydana geldi. 1987'de Longshot'ın yaratıcılarının modern bilgisayarların yetenekleri hakkında herhangi bir fikre sahip olmaları pek olası değildir. Bu teknik sorunun geçtiğimiz çeyrek yüzyılda başarıyla çözüldüğü düşünülebilir.
İletişim sistemlerindeki durum da aynı derecede iyimser görünüyor. 4, 36 sv mesafeden güvenilir bilgi aktarımı için. yıl 0.532 mikronluk dalga vadisinde çalışan ve 250 kW radyasyon gücüne sahip bir lazer sistemi gerektirecektir. Bu durumda, her kare için. Dünya yüzeyinin bir metresi saniyede 222 foton düşecek, bu modern radyo teleskoplarının hassasiyet eşiğinden çok daha yüksek. Maksimum mesafeden bilgi aktarım hızı 1 kbps olacaktır. Modern radyo teleskopları ve uzay iletişim sistemleri, veri alışverişi kanalını birkaç kez genişletebilir.
Karşılaştırma için: Şu anda Güneş'ten 19 milyar km (17,5 ışık saati) uzaklıkta bulunan Voyager 1 sondasının verici gücü, buzdolabınızdaki bir ampul gibi sadece 23 W. Bununla birlikte, bu, birkaç kbit / s hızında Dünya'ya telemetri iletimi için oldukça yeterlidir.
Ayrı bir hat, geminin termoregülasyonu sorusudur.
Bir megawatt sınıfının nükleer reaktörü ve darbeli bir termonükleer motor, muazzam miktarda termal enerjinin kaynaklarıdır, ayrıca bir vakumda ısı gidermenin sadece iki yolu vardır - ablasyon ve radyasyon.
Çözüm, gelişmiş bir radyatör ve yayılan yüzeyler sistemi ile motor bölmesi ve geminin yakıt tankları arasına ısı yalıtımlı seramik bir tampon yerleştirmek olabilir.
Yolculuğun ilk aşamasında, geminin güneş radyasyonundan (Skylab yörünge istasyonunda kullanılana benzer) ek bir koruyucu kalkana ihtiyacı olacaktır. Son hedef alanında - Beta Centauri yıldızının yörüngesinde - ayrıca sondanın aşırı ısınması tehlikesi de olacaktır. Ekipmanın ısı yalıtımı ve tüm önemli bloklardan ve bilimsel araçlardan gelen aşırı ısıyı radyasyonlu radyatörlere aktarmak için bir sistem gereklidir.
Zaman içinde geminin ivmesinin bir grafiği
Hızdaki değişimi gösteren grafik
Uzay aracını mikro meteoritlerden ve kozmik toz parçacıklarından koruma konusu son derece zordur. Işık hızının %4,5'i hızında, mikroskobik bir nesneyle herhangi bir çarpışma, proba ciddi şekilde zarar verebilir. "Longshot" ın yaratıcıları, aynı zamanda aşırı ısı radyatörü olan geminin önüne güçlü bir koruyucu kalkan (metal? Seramik?) takarak sorunu çözmeyi teklif ediyor.
Bu koruma ne kadar güvenilir? Ve bilimkurgu koruma sistemlerini kuvvet / manyetik alanlar veya geminin önündeki bir manyetik alan tarafından tutulan mikro dağılmış parçacıkların "bulutları" şeklinde kullanmak mümkün müdür? Umalım ki, yıldız gemisi yaratılana kadar mühendisler yeterli bir çözüm bulacaktır.
Probun kendisine gelince, geleneksel olarak ayrılabilir tanklarla çok aşamalı bir düzenlemeye sahip olacak. Tekne yapılarının imalat malzemesi - alüminyum / titanyum alaşımları. Alçak yörüngede monte edilen uzay aracının toplam kütlesi, maksimum uzunluğu 65 metre olmak üzere 396 ton olacak.
Karşılaştırma için: Uluslararası Uzay İstasyonu'nun kütlesi 109 metre uzunluğunda 417 tondur.
1) Alçak yörüngede yapılandırmayı başlatın.
2) 33. uçuş yılı, ilk tank çiftinin ayrılması.
3) 67. uçuş yılı, ikinci tank çiftinin ayrılması.
4) 100. uçuş yılı - 15-30 km / s hızında hedefe varış.
Son aşamanın ayrılması, Beta Centauri çevresinde kalıcı bir yörüngeye girilmesi.
ISS gibi, Longshot da düşük Dünya yörüngesinde blok yöntemi kullanılarak monte edilebilir. Uzay aracının gerçekçi boyutları, montaj sürecinde mevcut fırlatma araçlarını kullanmayı mümkün kılıyor (karşılaştırma için, güçlü Saturn-V bir seferde 120 tonluk bir yükü LEO'ya taşıyabilir!)
Darbeli bir termonükleer motorun dünyaya yakın yörüngede başlatılmasının çok riskli ve dikkatsiz olduğu dikkate alınmalıdır. Longshot projesi, ikinci ve üçüncü kozmik hızları elde etmek ve uzay aracını ekliptik düzleminden çekmek için ek güçlendirici blokların (kimyasal sıvı yakıtlı roket motorları) varlığını sağladı (Alpha Centauri sistemi, uçağın 61 ° üzerinde bulunur). Dünyanın Güneş etrafında dönmesi). Ayrıca, bu amaç için Jüpiter'in yerçekimi alanında bir manevranın haklı gösterilmesi mümkündür - dev gezegenin yakınında "serbest" ivme kullanarak ekliptik düzleminden kaçmayı başaran uzay sondaları gibi.
sonsöz
Varsayımsal bir yıldızlararası geminin tüm teknolojileri ve bileşenleri gerçekte mevcuttur.
Longshot sondasının ağırlığı ve boyutları, modern kozmonotiğin yeteneklerine karşılık gelir.
Bugün çalışmaya başlarsak, XXII yüzyılın ortalarında mutlu torunlarımızın Alpha Centauri sisteminin ilk görüntülerini yakın mesafeden görmeleri kuvvetle muhtemeldir.
İlerlemenin geri döndürülemez bir yönü vardır: Her gün yaşam, yeni icatlar ve keşiflerle bizi şaşırtmaya devam ediyor. 10-20 yıl içinde, yukarıda açıklanan tüm teknolojilerin, yeni bir teknolojik düzeyde yapılmış çalışma örnekleri şeklinde önümüze çıkması mümkündür.
Ve yine de yıldızlara giden yol, onun hakkında ciddi bir şekilde konuşmak için çok uzak.
Dikkatli okuyucu, Longshot projesinin temel sorununa muhtemelen çoktan dikkat çekmiştir. Helyum-3.
Yıllık helyum-3 üretimi, litre başına 2.000 dolara kadar yılda sadece 60.000 litre (8 kilogram) ise, bu maddeden yüz ton nereden alınır?! Cesur bilimkurgu yazarları umutlarını Ay'da ve dev gezegenlerin atmosferinde helyum-3 üretilmesine bağlasalar da bu konuda kimse garanti veremez.
Darbeli bir termonükleer motora güç sağlamak için gerekli olan donmuş "tabletler" biçiminde bu kadar büyük bir yakıt hacmini ve dozlanmış tedarikini depolama olasılığı hakkında şüpheler var. Bununla birlikte, motorun çalışma prensibi gibi: Dünya'da laboratuvar koşullarında az çok işe yarayan şey, hala uzayda kullanılmaktan çok uzaktır.
Son olarak, tüm prob sistemlerinin benzeri görülmemiş güvenilirliği. Longshot projesinin katılımcıları doğrudan bunun hakkında yazıyor: 100 yıl boyunca durmadan çalışabilecek bir motorun yaratılması ve büyük onarımlar inanılmaz bir teknik atılım olacak. Aynısı diğer tüm sonda sistemleri ve mekanizmaları için de geçerlidir.
Ancak, umutsuzluğa kapılmamalısınız. Astronotik tarihinde, uzay aracının benzeri görülmemiş güvenilirlik örnekleri vardır. Öncüler 6, 7, 8, 10, 11'in yanı sıra Voyager 1 ve 2 - hepsi 30 yılı aşkın süredir uzayda çalışıyor!
Bu uzay araçlarının hidrazin iticileri (tutum kontrol motorları) ile ilgili hikaye gösterge niteliğindedir. Voyager 1, 2004 yılında yedek kite geçti. Bu zamana kadar, ana motor seti 27 yıl boyunca açık alanda çalıştı ve 353.000 başlatmaya dayandı. Bunca zaman boyunca motor katalizörlerinin sürekli olarak 300 °C'ye kadar ısıtılmış olması dikkat çekicidir!
Bugün, fırlatıldıktan 37 yıl sonra, her iki Voyager da çılgın uçuşlarına devam ediyor. Heliosferden çoktan ayrıldılar, ancak yıldızlararası ortamla ilgili verileri düzenli olarak Dünya'ya iletmeye devam ediyorlar.
İnsan güvenilirliğine bağlı herhangi bir sistem güvenilmezdir. Ancak şunu itiraf etmeliyiz: uzay aracının güvenilirliğini sağlama konusunda belirli başarılar elde etmeyi başardık.
"Yıldız keşif gezisinin" uygulanması için gerekli tüm teknolojiler, kannabinoidleri kötüye kullanan bilim adamlarının fantezileri olmaktan çıktı ve açık patentler ve çalışan teknoloji örnekleri şeklinde somutlaştırıldı. Laboratuvarda - ama varlar!
Yıldızlararası uzay aracı Longshot'ın kavramsal tasarımı, yıldızlara kaçma şansımızın olduğunu kanıtladı. Bu meşakkatli yolda aşılması gereken pek çok zorluk vardır. Ancak asıl mesele, gelişme vektörünün bilinmesi ve kendine güvenin ortaya çıkmasıdır.
Longshot projesi hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz:
Bu konuya ilginin başlaması için "Postacı"ya şükranlarımı sunarım.
