درخشش سرد ستارگان به ویژه در آسمان زمستان زیبا است. در این زمان ، درخشان ترین ستاره ها و صورت فلکی قابل مشاهده می شوند: Orion ، Pleiades ، Greater Dog با Sirius خیره کننده …
یک ربع قرن پیش ، هفت افسر موظف آکادمی نیروی دریایی س questionالی غیرمعمول پرسیدند: نوع بشر امروزی چقدر به ستارگان نزدیک است؟ این تحقیق به گزارش مفصلی منجر شد که به عنوان پروژه Longshot (شلیک در فاصله دور) شناخته می شود. مفهومی از یک سفینه خودکار بین ستاره ای که می تواند در مدت زمان معقول به نزدیکترین ستاره ها برسد. بدون هزاره پرواز و "کشتی نسل ها"! این کاوشگر باید در فاصله 100 سال از زمان پرتاب به فضا به مجاورت آلفا قنطورس برسد.
راکت های ابر فضا ، گرانش ، ضد ماده و فوتونیک … نه! ویژگی اصلی پروژه اتکا به فناوری های موجود است. به گفته توسعه دهندگان ، طراحی Longshot امکان ساخت سفینه فضایی را در نیمه اول قرن 21 فراهم می کند!
صد سال پرواز با فناوری های موجود. با توجه به مقیاس فاصله های کیهانی ، جسارت بی سابقه ای. بین خورشید و آلفا قنطورس یک "پرتگاه سیاه" با عرض 4 ، 36 متر مربع قرار دارد. از سال. بالای 40 تریلیون کیلومتر! معنای هیولایی این شکل در مثال زیر روشن می شود.
اگر اندازه خورشید را به اندازه یک توپ تنیس کاهش دهیم ، کل منظومه شمسی در میدان سرخ جا می گیرد. اندازه زمین در مقیاس انتخاب شده به اندازه یک دانه شن کاهش می یابد ، در حالی که نزدیکترین "توپ تنیس" - آلفا قنطورس - در میدان سنت مارک در ونیز قرار دارد.
پرواز به آلفا قنطورس با سفینه معمولی شاتل یا سایوز 190 هزار سال به طول می انجامد.
تشخیص وحشتناک مانند یک جمله به نظر می رسد. آیا ما محکوم به نشستن بر روی "دانه شن" خود هستیم و کوچکترین شانس رسیدن به ستاره ها را نداریم؟ در مجلات علمی محبوب ، محاسباتی وجود دارد که ثابت می کند نمی توان سفینه فضایی را به سرعت نزدیک به نور نزدیک کرد. این امر مستلزم "سوزاندن" همه مواد منظومه شمسی است.
و در عین حال فرصتی وجود دارد! پروژه Longshot ثابت کرده است که ستاره ها بسیار بیشتر از آنچه ما تصور می کنیم به هم نزدیک هستند.
در بدنه وویجر صفحه ای با نقشه تپ اختر وجود دارد که موقعیت خورشید در کهکشان را نشان می دهد ، و همچنین اطلاعات دقیق در مورد ساکنان زمین را نشان می دهد. انتظار می رود که بیگانگان روزی این "تبر سنگی" را بیابند و به دیدار ما بیایند. اما ، اگر ویژگی های رفتار همه تمدن های تکنولوژیکی روی زمین و تاریخ فتوحات آمریکا توسط فاتحان را به خاطر آوریم ، نمی توان روی "تماس مسالمت آمیز" حساب کرد …
ماموریت اعزامی
در صد سال دیگر به سیستم آلفا قنطورس برسید.
برخلاف دیگر "ستارگان" ("ددالوس") ، پروژه "لانگ شات" شامل ورود به مدار منظومه ستاره ای (آلفا و بتا قنطورس) بود. این امر کار را بطور قابل ملاحظه ای پیچیده و زمان پرواز را طولانی کرد ، اما امکان مطالعه دقیق مجاورت ستارگان دور را فراهم می آورد (برخلاف ددالوس ، که در یک روز از هدف عبور می کرد و بدون هیچ اثری در اعماق فضا ناپدید می شد).
این پرواز 100 سال طول خواهد کشید. 4 ، 36 سال دیگر برای انتقال اطلاعات به زمین لازم است.
آلفا قنطورس در مقایسه با منظومه شمسی
ستاره شناسان امیدهای زیادی به این پروژه می اندازند - در صورت موفقیت ، ابزار فوق العاده ای برای اندازه گیری اختلاف منظر (فاصله تا ستارگان دیگر) با پایه 4 ، 36 sv خواهند داشت. از سال.
یک پرواز صد ساله در طول شب نیز بی هدف انجام نمی شود: این دستگاه محیط بین ستاره ای را مطالعه می کند و دانش ما را از مرزهای بیرونی منظومه شمسی گسترش می دهد.
شلیک به ستاره ها
اصلی ترین و تنها مشکل سفرهای فضایی ، فواصل عظیم است. با حل این مسئله ، ما بقیه را حل می کنیم. کاهش زمان پرواز مسئله منبع طولانی مدت انرژی و قابلیت اطمینان بالای سیستم های کشتی را برطرف می کند. مشکل حضور یک نفر در کشتی حل خواهد شد. پرواز کوتاه باعث می شود سیستم های پیچیده پشتیبانی از زندگی و منابع عظیم غذا / آب / هوا در هواپیما غیر ضروری باشد.
اما اینها رویاهای دور هستند. در این مورد ، لازم است یک کاوشگر بدون سرنشین را ظرف یک قرن به ستارگان تحویل دهیم. ما نمی دانیم چگونه پیوستگی فضا-زمان را بشکنیم ، بنابراین تنها یک راه برای خروج وجود دارد: افزایش سرعت زمینی "ستارگان".
همانطور که محاسبه نشان داد ، پرواز به آلفا قنطورس در 100 سال نیاز به سرعت حداقل 4.5 درصد از سرعت نور دارد. 13500 کیلومتر بر ثانیه
هیچ منع اساسی وجود ندارد که به اجسام موجود در کلان عالم اجازه دهد با سرعت مشخص حرکت کنند ، با این وجود ، ارزش آن به طرز عجیبی زیاد است. برای مقایسه: سرعت سریعترین فضاپیما (کاوشگر "افق های جدید") پس از خاموش شدن مرحله فوقانی نسبت به زمین "فقط" 16.26 کیلومتر بر ثانیه (58636 کیلومتر در ساعت) بود.
فضاپیمای مفهومی Longshot
چگونه می توان یک کشتی بین ستاره ای را به سرعت هزاران کیلومتر بر ثانیه شتاب داد؟ پاسخ واضح است: شما به یک موتور پرقدرت با ضربه خاص حداقل 1،000،000 ثانیه نیاز دارید.
تکانه خاص شاخصی برای کارایی موتور جت است. بستگی به وزن مولکولی ، دما و فشار گاز در محفظه احتراق دارد. هرچه اختلاف فشار در محفظه احتراق و محیط خارجی بیشتر باشد ، سرعت خروج سیال کار بیشتر می شود. و بنابراین ، راندمان موتور بالاتر است.
بهترین نمونه های موتورهای جت برقی مدرن (ERE) دارای یک ضربه خاص 10000 ثانیه هستند. در سرعت خروجی پرتوهای ذرات باردار - تا 100000 کیلومتر بر ثانیه. مصرف مایع کار (زنون / کریپتون) چند میلی گرم در ثانیه است. موتور در طول پرواز بی صدا زمزمه می کند و به آرامی سرعت کشتی را افزایش می دهد.
EJE ها با سادگی نسبی ، هزینه کم و پتانسیل دستیابی به سرعتهای بالا (دهها کیلومتر در ثانیه) ، اما با توجه به مقدار رانش کم (کمتر از یک نیوتن) ، شتاب دهها سال به طول می انجامد.
مورد دیگر موتورهای موشکی شیمیایی است که تمام فضانوردی مدرن بر روی آنها تکیه دارد. آنها دارای نیروی رانش عظیمی (دهها و صدها تن) هستند ، اما حداکثر ضربه خاص موتور موشک سه جزء مایع (لیتیوم / هیدروژن / فلورین) تنها 542 ثانیه است ، با سرعت خروجی گاز کمی بیش از 5 کیلومتر / ثانیه این حد است.
موشک های مایع پیشرانه این امکان را فراهم می کنند که سرعت فضاپیما را در مدت زمان کوتاهی چندین کیلومتر بر ثانیه افزایش دهند ، اما توانایی بیشتری ندارند. این سفینه فضایی به موتوری بر اساس اصول فیزیکی مختلف نیاز دارد.
سازندگان "Longshot" چندین روش عجیب و غریب ، از جمله. "بادبان سبک" ، توسط لیزر با قدرت 3 ، 5 تراوات (این روش غیرممکن تشخیص داده شد).
تا به امروز ، تنها راه واقع بینانه برای رسیدن به ستارگان ، یک موتور پالس هسته ای (حرارتی) است. اصل کار بر اساس همجوشی حرارتی هسته ای لیزری (LTS) است که در شرایط آزمایشگاهی به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. تمرکز مقدار زیادی از انرژی در حجم کمی از ماده در مدت زمان کوتاه (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 ثانیه) با محدودیت پلاسما اینرسی.
در مورد Longshot ، هیچ گونه واکنش پایدار از همجوشی گرمایی هسته ای وجود ندارد: محدودیت طولانی مدت پلاسما مورد نیاز نیست. برای ایجاد نیروی جت ، لخته با درجه حرارت بالا باید بلافاصله توسط میدان مغناطیسی روی کشتی "تحت فشار" قرار گیرد.
سوخت مخلوط هلیوم -3 / دوتریوم است. سوخت مورد نیاز برای پرواز بین ستاره ای 264 تن خواهد بود.
به شیوه ای مشابه ، برنامه ریزی شده است تا به بازدهی بی سابقه ای دست یابد: در محاسبات ، مقدار ضربه خاص 1.02 میلیون است.ثانیه!
به عنوان منبع اصلی انرژی برای تغذیه سیستم های کشتی - لیزرهای پالس موتور ، سیستم های کنترل نگرش ، ارتباطات و ابزارهای علمی - یک راکتور معمولی بر اساس مجموعه های سوخت اورانیوم انتخاب شد. توان الکتریکی نصب باید حداقل 300 کیلو وات باشد (قدرت حرارتی تقریباً یک مرتبه بیشتر است).
از نظر فناوری مدرن ، ایجاد یک راکتور که برای یک قرن کامل نیاز به شارژ ندارد آسان نیست ، اما در عمل امکان پذیر است. در حال حاضر ، در کشتی های جنگی ، از سیستم های هسته ای استفاده می شود ، هسته آنها دارای عمر مفید متناسب با عمر سرویس کشتی ها (30-50 سال) است. قدرت نیز کاملاً منظم است - به عنوان مثال ، تأسیسات هسته ای OK -650 نصب شده بر روی زیردریایی های هسته ای نیروی دریایی روسیه دارای ظرفیت حرارتی 190 مگاوات است و می تواند برق را برای کل شهر با 50 هزار نفر جمعیت تأمین کند!
چنین تاسیساتی برای فضا بسیار قدرتمند است. این امر مستلزم فشردگی و انطباق دقیق با ویژگی های مشخص شده است. به عنوان مثال ، در 10 ژوئیه 1987 ، Kosmos -1867 - ماهواره شوروی با نصب هسته ای Yenisei (جرم ماهواره - 1.5 تن ، قدرت حرارتی راکتور - 150 کیلو وات ، توان الکتریکی - 6 ، 6 کیلو وات ، عمر مفید - 11 ماه) پرتاب شد.)
این بدان معناست که راکتور 300 کیلوواتی مورد استفاده در پروژه Longshot مربوط به آینده ای نزدیک است. مهندسان خود محاسبه کردند که جرم چنین راکتوری حدود 6 تن خواهد بود.
در واقع ، اینجاست که فیزیک تمام می شود و اشعار شروع می شود.
مشکلات سفرهای بین ستاره ای
برای کنترل این کاوشگر ، یک مجتمع کامپیوتری روی صفحه با هوش مصنوعی مورد نیاز است. در شرایطی که زمان انتقال سیگنال بیش از 4 سال باشد ، کنترل موثر کاوشگر از روی زمین غیرممکن است.
در زمینه میکروالکترونیک و ایجاد دستگاه های تحقیقاتی ، تغییرات گسترده ای به تازگی اتفاق افتاده است. بعید است که سازندگان Longshot در 1987 ایده ای از قابلیت های رایانه های مدرن داشته باشند. می توان در نظر گرفت که این مشکل فنی در ربع قرن گذشته با موفقیت حل شده است.
وضعیت سیستم های ارتباطی نیز به همان اندازه خوش بینانه به نظر می رسد. برای انتقال مطمئن اطلاعات از فاصله 4 ، 36 sv. سال به یک سیستم لیزری نیاز دارد که در دره موج 0.532 میکرون و با توان تابشی 250 کیلو وات کار می کند. در این مورد ، برای هر مربع. متر از سطح زمین 222 فوتون در ثانیه سقوط می کند که بسیار بالاتر از آستانه حساسیت تلسکوپ های رادیویی مدرن است. سرعت انتقال اطلاعات از حداکثر فاصله 1 کیلوبیت بر ثانیه خواهد بود. تلسکوپ های رادیویی مدرن و سیستم های ارتباطی فضایی قادرند چندین بار کانال تبادل داده را گسترش دهند.
برای مقایسه: قدرت فرستنده کاوشگر وویجر 1 ، که در حال حاضر در فاصله 19 میلیارد کیلومتری خورشید (17.5 ساعت نوری) قرار دارد ، تنها 23 وات است - مانند یک لامپ در یخچال شما. با این حال ، این برای انتقال دورسنجی به زمین با سرعت چند کیلوبیت بر ثانیه کاملاً کافی است.
یک خط جداگانه مسئله تنظیم حرارتی کشتی است.
یک راکتور هسته ای کلاس مگاواتی و یک موتور حرارتی هسته ای پالسی منابع مقدار عظیمی از انرژی حرارتی هستند ، علاوه بر این ، در خلا تنها دو راه برای حذف گرما وجود دارد - تخلیه و تابش.
راه حل ممکن است نصب یک سیستم پیشرفته از رادیاتورها و سطوح تابشی و همچنین یک بافر سرامیکی عایق بین محفظه موتور و مخازن سوخت کشتی باشد.
در مرحله اولیه سفر ، کشتی به یک سپر محافظ اضافی در برابر تابش خورشید احتیاج دارد (مشابه آنچه در ایستگاه مداری Skylab استفاده می شود). در ناحیه هدف نهایی - در مدار ستاره بتا قنطورس - خطر داغ شدن بیش از حد کاوشگر نیز وجود خواهد داشت. عایق حرارتی تجهیزات و سیستمی برای انتقال گرمای اضافی از کلیه بلوک های مهم و ابزار علمی به رادیاتورهای تابشی مورد نیاز است.
نمودار شتاب کشتی در طول زمان
نمودار تغییر سرعت را نشان می دهد
موضوع حفاظت از فضاپیما در برابر ریزشهرات و ذرات گرد و غبار کیهانی بسیار دشوار است. در سرعت 4.5 of سرعت نور ، هرگونه برخورد با یک شیء میکروسکوپی می تواند به پروب آسیب جدی برساند. سازندگان "Longshot" پیشنهاد می کنند مشکل را با نصب یک سپر محافظ قوی در جلوی کشتی (فلز؟ سرامیک؟) ، که در همان زمان یک تابش گرمای اضافی بود ، حل کنند.
این حفاظت چقدر قابل اعتماد است؟ و آیا می توان از سیستمهای حفاظتی علمی تخیلی به شکل نیرو / میدانهای مغناطیسی یا "ابرهای" ذرات ریز پراکنده که توسط میدان مغناطیسی در جلو کشتی نگه داشته شده اند استفاده کرد؟ امیدواریم تا زمان ایجاد سفینه فضایی ، مهندسان راه حل مناسبی پیدا کنند.
در مورد خود کاوشگر ، به طور سنتی یک آرایش چند مرحله ای با مخازن جداشدنی خواهد داشت. مواد تولید سازه بدنه - آلیاژهای آلومینیوم / تیتانیوم. مجموع جرم سفینه مونتاژ شده در مدار زمین کم 396 تن و حداکثر طول آن 65 متر خواهد بود.
برای مقایسه: جرم ایستگاه فضایی بین المللی 417 تن با طول 109 متر است.
1) راه اندازی پیکربندی در مدار زمین کم.
2) سی و سومین سال پرواز ، جداسازی اولین جفت تانک.
3) 67 مین سال پرواز ، جداسازی جفت دوم تانک.
4) صدمین سال پرواز - رسیدن به هدف با سرعت 15-30 کیلومتر بر ثانیه.
جداسازی آخرین مرحله ، ورود به مدار دائمی در اطراف بتا قنطورس.
مانند ISS ، Longshot را می توان با استفاده از روش بلوک در مدار پایین زمین مونتاژ کرد. ابعاد واقع بینانه این فضاپیما امکان استفاده از وسایل پرتاب کننده موجود را در فرایند مونتاژ فراهم می کند (برای مقایسه ، Saturn-V قدرتمند می تواند بار 120 تن را به LEO در هر زمان حمل کند!)
باید در نظر داشت که راه اندازی یک موتور حرارتی پالسی در مدار نزدیک زمین بسیار خطرناک و بی دقتی است. پروژه لانگ شات وجود بلوک های تقویت کننده اضافی (موتورهای موشکی مایع پیشران مایع) را برای بدست آوردن دومین و سومین سرعت کیهانی و بیرون کشیدن فضاپیما از صفحه دایره البروج (سیستم آلفا قنطورس 61 درجه بالاتر از سطح چرخش زمین به دور خورشید). همچنین ، ممکن است بدین منظور مانوری در میدان گرانشی مشتری توجیه شود - مانند کاوشگرهای فضایی که با استفاده از شتاب "رایگان" در مجاورت این سیاره غول پیکر موفق به فرار از صفحه دایره البروج شدند.
پایان نامه
همه فن آوری ها و اجزای یک کشتی بین ستاره ای فرضی در واقعیت وجود دارد.
وزن و ابعاد کاوشگر Longshot با قابلیت های فضانوردی مدرن مطابقت دارد.
اگر امروز کار خود را شروع کنیم ، به احتمال زیاد تا اواسط قرن بیستم نوادگان شادمان اولین تصاویر از سیستم آلفا قنطورس را از فاصله نزدیک مشاهده خواهند کرد.
پیشرفت جهت غیرقابل برگشتی دارد: هر روز زندگی ما را با اختراعات و اکتشافات جدید شگفت زده می کند. این امکان وجود دارد که طی 10-20 سال تمام فناوریهای شرح داده شده در بالا در قالب نمونه های کار ساخته شده در سطح جدید فناوری در مقابل ما ظاهر شود.
و با این وجود ، راه به سوی ستارگان بسیار دورتر از آن است که بتوان در مورد آن به طور جدی صحبت کرد.
خواننده توجه احتمالاً قبلاً توجه خود را به مشکل اصلی پروژه Longshot جلب کرده است. هلیوم -3
اگر تولید سالانه هلیوم -3 فقط 60،000 لیتر (8 کیلوگرم) در سال با قیمت تا 2000 دلار در لیتر است ، صد تن از این ماده را از کجا تهیه کنید؟! نویسندگان شجاع علمی تخیلی امید خود را به تولید هلیوم -3 در ماه و در جو سیاره های غول پیکر بسته اند ، اما هیچ کس نمی تواند هیچ تضمینی در این مورد بدهد.
تردیدهایی در مورد امکان ذخیره چنین حجم سوخت و میزان مصرف آن در قالب "قرص" یخ زده مورد نیاز برای تغذیه موتور حرارتی هسته ای پالسی وجود دارد. با این حال ، مانند اصل عملکرد موتور: آنچه در شرایط آزمایشگاهی روی زمین کم و بیش کار می کند ، هنوز از استفاده در فضا بسیار دور است.
در نهایت ، قابلیت اطمینان بی سابقه همه سیستم های کاوشگر.شرکت کنندگان در پروژه Longshot مستقیماً در این باره می نویسند: ایجاد موتوری که بتواند 100 سال بدون توقف و تعمیرات اساسی کار کند یک پیشرفت فنی باورنکردنی خواهد بود. همین امر در مورد سایر سیستم ها و مکانیسم های کاوشگر نیز صدق می کند.
با این حال ، نباید ناامید شوید. در تاریخ فضانوردی ، نمونه هایی از قابلیت اطمینان بی سابقه فضاپیماها وجود دارد. پیشگامان 6 ، 7 ، 8 ، 10 ، 11 ، و همچنین مسافران 1 و 2 - همه آنها بیش از 30 سال در فضا کار کرده اند!
داستان با موتورهای هیدرازین (موتورهای کنترل نگرش) این فضاپیماها گویای آن است. وویجر 1 در سال 2004 به کیت یدکی روی آورد. در آن زمان ، مجموعه اصلی موتورها به مدت 27 سال در فضای باز کار کردند و 353000 استارت را تحمل کردند. قابل توجه است که کاتالیزور موتور در تمام این مدت به طور مداوم تا دمای 300 درجه سانتی گراد گرم شده است!
امروز ، 37 سال پس از پرتاب ، هر دو مسافر به پرواز دیوانه واری خود ادامه می دهند. آنها مدتهاست که هلیوسفر را ترک کرده اند ، اما همچنان به طور مرتب داده های مربوط به محیط بین ستاره ای را به زمین منتقل می کنند.
هر سیستمی که به قابلیت اطمینان انسان بستگی دارد غیرقابل اعتماد است. با این حال ، باید اعتراف کنیم: از نظر اطمینان از قابلیت اطمینان فضاپیماها ، ما به موفقیت های خاصی دست یافته ایم.
تمام فن آوری های لازم برای اجرای "اعزام ستاره" دیگر از تخیلات دانشمندانی است که از کانابینوئیدها سوء استفاده می کنند و در قالب ثبت اختراعات واضح و نمونه های کاربردی فناوری تجسم یافته اند. در آزمایشگاه - اما آنها وجود دارند!
طراحی مفهومی فضاپیمای بین ستاره ای Longshot ثابت کرد که ما فرصتی برای فرار به سمت ستارگان داریم. دشواری های زیادی برای غلبه بر این مسیر سخت وجود دارد. اما نکته اصلی این است که بردار توسعه شناخته شده است و اعتماد به نفس ظاهر شده است.
اطلاعات بیشتر در مورد پروژه Longshot را می توانید در اینجا پیدا کنید:
برای شروع علاقه به این موضوع ، از "پستچی" قدردانی می کنم.
