הבוהק הקר של הכוכבים יפה במיוחד בשמי החורף. בשלב זה, הכוכבים והכוכבים הבהירים ביותר נראים לעין: אוריון, פליאדות, כלב גדול יותר עם סיריוס המסנוור …
לפני רבע מאה, שאלו שבעה קציני צו של האקדמיה הימית שאלה יוצאת דופן: עד כמה האנושות המודרנית קרובה לכוכבים? המחקר הביא לדו"ח מפורט המכונה Project Longshot (Long Range Shot). מושג של מלאכה בין כוכבית אוטומטית המסוגלת להגיע לכוכבים הקרובים תוך זמן סביר. אין אלפי טיסות ו"ספינות דורות "! הגשושית אמורה להגיע לסביבת אלפא קנטאורי תוך 100 שנים מרגע שיגורו לחלל.
מרחב היתר, כוח הכבידה, רקטות אנטי -חומר ופוטוניות … לא! המאפיין העיקרי של הפרויקט הוא הסתמכותו על טכנולוגיות קיימות. לדברי המפתחים, העיצוב של Longshot מאפשר לבנות חללית כבר במחצית הראשונה של המאה ה -21!
מאה שנות טיסה עם טכנולוגיות קיימות. תעוזה בלתי נשכחת, בהתחשב בסולם המרחקים הקוסמיים. בין השמש לאלפא קנטאורי שוכנת "תהום שחורה" 4, ברוחב 36 ש"ח. של השנה. מעל 40 טריליון קילומטרים! המשמעות המפלצתית של דמות זו מתבררת בדוגמה הבאה.
אם נצמצם את גודל השמש לגודל של כדור טניס, אז מערכת השמש כולה תתאים לכיכר האדומה. גודל כדור הארץ בסולם שנבחר יקטן לגודל של גרגיר חול, בעוד ש"כדור הטניס "הקרוב ביותר - אלפא סנטאורי - יונח בכיכר סן מרקו בונציה.
טיסה לאלפא קנטאורי באמצעות מעבורת או חללית סויוז קונבנציונאלית תיקח 190 אלף שנה.
אבחנה איומה נשמעת כמו משפט. האם נגזר עלינו לשבת על "גרגיר החול" שלנו, בלי סיכוי קטן להגיע לכוכבים? במגזינים מדעיים פופולריים, קיימים חישובים המוכיחים כי אי אפשר להאיץ חללית למהירות קרובה לאור. זה ידרוש "לשרוף" את כל החומרים במערכת השמש.
ובכל זאת יש סיכוי! פרויקט לונגשוט הוכיח שהכוכבים קרובים הרבה יותר משאנחנו יכולים לדמיין.
על גוף וויאג'ר לוחית עם מפת פולסאר המציגה את מיקומה של השמש בגלקסיה, כמו גם מידע מפורט על תושבי כדור הארץ. צפוי שחייזרים ימצאו מתישהו את "גרזן האבן" הזה ויבואו לבקר אותנו. אבל אם נזכיר את הייחודיות של התנהגות כל הציביליזציות הטכנולוגיות על פני כדור הארץ ואת ההיסטוריה של כיבושי אמריקה על ידי הכובשים, אי אפשר לסמוך על "מגע שליו" …
משימת המשלחת
להגיע למערכת Alpha Centauri בעוד מאה שנים.
בניגוד ל"ספינות כוכב "אחרות (" דדלוס "), פרויקט" Longshot "כלל כניסה למסלול מערכת הכוכבים (אלפא ובטא קנטאורי). זה סיבך את המשימה באופן משמעותי ומאריך את זמן הטיסה, אך יאפשר מחקר מפורט על סביבת הכוכבים הרחוקים (בניגוד לדדלוס, שהיה עובר את המטרה תוך יום ונעלם ללא עקבות במעמקי החלל).
הטיסה תימשך 100 שנה. עוד 4, 36 שנים יידרשו להעביר מידע לכדור הארץ.
אלפא קנטאורי בהשוואה למערכת השמש
אסטרונומים תולים תקוות גדולות בפרויקט - אם יצליחו, יהיה להם מכשיר פנטסטי למדידת מקבילות (מרחקים לכוכבים אחרים) עם בסיס של 4, 36 sv. של השנה.
גם טיסה בת מאות שנים בלילה לא תעבור ללא מטרה: המכשיר יחקור את המדיום הבין כוכבי וירחיב את הידע שלנו על הגבולות החיצוניים של מערכת השמש.
נורה לכוכבים
הבעיה העיקרית והיחידה של מסע בחלל היא המרחקים העצומים. לאחר שפתרנו את הבעיה, נפתור את כל השאר. צמצום זמן הטיסה יסיר את הבעיה של מקור אנרגיה ארוך טווח ואמינות גבוהה של מערכות הספינה. הבעיה בנוכחות אדם על הסיפון תיפתר. הטיסה הקצרה הופכת את המערכות מורכבות לתמיכת חיים ואספקה ענקית של מזון / מים / אוויר על הסיפון למיותרת.
אבל אלה חלומות רחוקים. במקרה זה, יש צורך למסור בדיקה בלתי מאוישת לכוכבים בתוך מאה אחת. איננו יודעים כיצד לשבור את הרצף בחלל-זמן, לכן יש רק דרך אחת החוצה: הגדלת מהירות הקרקע של "ספינת הכוכב".
כפי שהראה החישוב, טיסה לאלפא קנטאורי בעוד 100 שנים דורשת מהירות של לפחות 4.5% ממהירות האור. 13500 קמ ש.
אין איסורים יסודיים המאפשרים לגופים במקרוקוסמוס לנוע במהירות המצוינת, עם זאת, ערכו רב להפליא. לשם השוואה: מהירות המהירה ביותר של החללית (בדיקה "אופקים חדשים") לאחר כיבוי הבמה העליונה הייתה "רק" 16.26 קמ"ש (58636 קמ"ש) ביחס לכדור הארץ.
ספינת כוכבים של קונספט Longshot
כיצד להאיץ ספינה בין כוכבית למהירות של אלפי קמ ש? התשובה ברורה: אתה צריך מנוע בעל דחיפה גבוהה עם דחף ספציפי של לפחות 1,000,000 שניות.
דחף ספציפי הוא אינדיקטור ליעילות של מנוע סילון. תלוי במשקל המולקולרי, הטמפרטורה והלחץ של הגז בתא הבעירה. ככל שהפרש הלחץ בתא הבעירה ובסביבה החיצונית גדול יותר, כך מהירות היציאה של נוזל העבודה גדולה יותר. ולכן יעילות המנוע גבוהה יותר.
הדוגמאות הטובות ביותר למנועי סילון חשמלי מודרני (ERE) יש דחף ספציפי של 10,000 שניות; במהירות יציאה של קורות חלקיקים טעונים - עד 100,000 קמ ש. צריכת נוזל העבודה (קסנון / קריפטון) היא כמה מיליגרם לשנייה. המנוע מזמזם בשקט לאורך כל הטיסה, מאיץ את כלי השיט לאט.
מכשירי ה- EJE כובשים בפשטות היחסית, בעלות הנמוכה ובפוטנציאל להשיג מהירויות גבוהות (עשרות קמ ש), אך בשל ערך הדחף הנמוך (פחות מניוטון אחד), האצה יכולה להימשך עשרות שנים.
דבר נוסף הוא מנועי טילים כימיים, שעליהם נשענת כל הקוסמונאוטיקה המודרנית. יש להם דחף עצום (עשרות ומאות טונות), אך הדחף הספציפי המרבי של מנוע רקטה דלק נוזלי תלת מרכיבי (ליתיום / מימן / פלואור) הוא 542 שניות בלבד, עם מהירות זרימת גז של קצת יותר מ -5 ק מ / s. זהו הגבול.
רקטות מונעות נוזלים מאפשרות להגדיל את מהירות החללית במספר קמ ש תוך זמן קצר, אך הן אינן מסוגלות ליותר. ספינת החלל תזדקק למנוע המבוסס על עקרונות פיזיים שונים.
יוצרי "Longshot" שקלו מספר דרכים אקזוטיות, כולל "מפרש קל", מואץ בלייזר בעוצמה של 3, 5 טרה -וואט (השיטה הוכרה כבלתי אפשרית).
עד כה הדרך המציאותית היחידה להגיע לכוכבים היא מנוע גרעיני (תרמו -גרעיני). עקרון הפעולה מבוסס על היתוך תרמו -גרעיני בלייזר (LTS), הנחקר היטב בתנאי מעבדה. ריכוז כמות גדולה של אנרגיה בכמויות קטנות של חומר בפרק זמן קצר (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 שניות) עם ריתוק פלזמה אינרציאלית.
במקרה של לונגשוט, אין כל שאלה של תגובה יציבה של היתוך תרמו-גרעיני מבוקר: אין צורך בבידוד פלזמה לטווח ארוך. כדי ליצור דחף סילון, יש "לדחוף" את קריש הטמפרטורה הגבוהה שהתקבל מיד על ידי השדה המגנטי שמעבר לספינה.
הדלק הוא תערובת הליום -3 / דוטריום. אספקת הדלק הנדרשת לטיסה בין כוכבים תהיה 264 טון.
באופן דומה, הוא מתוכנן להשיג יעילות חסרת תקדים: בחישובים, ערך הדחף הספציפי הוא 1.02 מיליון.שניות!
כמקור האנרגיה העיקרי להפעלת מערכות הספינה - לייזרים מנועים עם דופק, מערכות בקרת גישה, תקשורת ומכשירים מדעיים - נבחר כור קונבנציונאלי המבוסס על מכלולי דלק אורניום. הספק החשמלי של המתקן חייב להיות לפחות 300 קילוואט (הספק תרמי כמעט בסדר גודל גבוה יותר).
מבחינת הטכנולוגיה המודרנית, יצירת כור שאינו דורש טעינה במשך מאה שלמה אינה קלה, אך אפשרית בפועל. כבר עכשיו, על ספינות מלחמה, נעשה שימוש במערכות גרעיניות, שלהן יש חיי שירות התואמות את חיי השירות של ספינות (30-50 שנה). הכוח גם הוא בסדר גמור - למשל, המתקן הגרעיני OK -650 המותקן על הצוללות הגרעיניות של הצי הרוסי הוא בעל הספק תרמי של 190 מגה -ואט והוא מסוגל לספק חשמל לעיר שלמה עם אוכלוסייה של 50,000 איש!
התקנות כאלה עוצמתיות במיוחד לחלל. זה דורש קומפקטיות ועמידה מדויקת במאפיינים שצוינו. לדוגמה, ב -10 ביולי 1987 שוגרה קוסמוס -1867 - לוויין סובייטי עם המתקן הגרעיני יניסיי (מסת לוויין - 1.5 טון, הספק תרמי של הכור - 150 כ"ס, חשמל - 6, 6 כ"ס, חיי שירות - 11 חודשים).
המשמעות היא שכור 300 כ ס המשמש בפרויקט Longshot הוא עניין של העתיד הקרוב. המהנדסים עצמם חישבו שמסתו של כור כזה תהיה כ -6 טון.
למעשה, כאן מסתיימת הפיזיקה והמילים מתחילות.
בעיות של נסיעה בין כוכבים
כדי לשלוט על הגשושית, יידרש קומפלקס מחשבים על הסיפון עם יכולות הבינה המלאכותית. בתנאים בהם זמן העברת האותות הוא יותר מ -4 שנים, שליטה אפקטיבית על החללית מהקרקע אינה אפשרית.
בתחום המיקרואלקטרוניקה ויצירת מכשירי מחקר חלו לאחרונה שינויים בהיקפים גדולים. לא סביר שליוצרי לונגשוט בשנת 1987 היה מושג על היכולות של מחשבים מודרניים. ניתן לחשוב כי בעיה טכנית זו נפתרה בהצלחה במהלך רבע המאה האחרונות.
המצב עם מערכות תקשורת נראה לא פחות אופטימי. להעברת מידע מהימן ממרחק של 4, 36 sv. שנה תדרוש מערכת לייזרים הפועלת בעמק הגל של 0.532 מיקרון ובעוצמת קרינה של 250 קילוואט. במקרה זה, לכל ריבוע. מטר משטח כדור הארץ ייפול 222 פוטונים בשנייה, שהם גבוהים בהרבה מסף הרגישות של טלסקופים רדיו מודרניים. קצב העברת המידע מהמרחק המרבי יהיה 1 kbps. טלסקופים רדיו מודרניים ומערכות תקשורת חלל מסוגלים להרחיב את ערוץ חילופי הנתונים מספר פעמים.
לשם השוואה: עוצמת המשדר של בדיקת וויאג'ר 1, הנמצאת כיום במרחק של 19 מיליארד ק מ מהשמש (17.5 שעות אור), היא רק 23 וואט - כמו נורה במקרר שלך. עם זאת, זה מספיק מספיק עבור שידור טלמטריה לכדור הארץ בקצב של מספר קביט / שניות.
קו נפרד הוא שאלת הרגולציה התרמית של הספינה.
כור גרעיני ברמה של מגה -ואט ומנוע תרמו -גרעיני דופק הם מקורות לכמות עצומה של אנרגיה תרמית, יתר על כן, בחלל ריק יש רק שתי דרכים להסרת חום - אבלציה וקרינה.
הפתרון עשוי להיות התקנת מערכת מתקדמת של רדיאטורים ומשטחים מקרינים, וכן חיץ קרמי מבודד חום בין תא המנוע למיכלי הדלק של הספינה.
בשלב הראשוני של המסע, הספינה תזדקק למגן מגן נוסף מפני קרינת השמש (בדומה לזה ששימש בתחנת המסלול Skylab). באזור היעד הסופי - במסלולו של כוכב ביתא קנטאורי - תהיה גם סכנה להתחממות יתר של הגשושית. נדרש בידוד תרמי של ציוד ומערכת להעברת חום עודף מכל הבלוקים והמכשירים המדעיים לרדיאטורים מקרינים.
גרף של האצת הספינה לאורך זמן
גרף המציג את השינוי במהירות
סוגיית ההגנה על החללית מפני מיקרו -מטוריטים וחלקיקי אבק קוסמיים היא קשה ביותר. במהירות של 4.5% ממהירות האור, כל התנגשות עם חפץ מיקרוסקופי עלולה לפגוע בחומרה. יוצרי "Longshot" מציעים לפתור את הבעיה על ידי התקנת מגן מגן רב עוצמה בחזית הספינה (מתכת? קרמיקה?), שבמקביל היה רדיאטור של עודף חום.
עד כמה ההגנה הזו אמינה? והאם ניתן להשתמש במערכות הגנה מדע בדיוני בצורה של כוח / שדות מגנטיים או "עננים" של חלקיקים מפוזרים במיקרו המוחזק על ידי שדה מגנטי לפני הספינה? נקווה שעם יצירת ספינת הכוכב, המהנדסים ימצאו פתרון הולם.
באשר לחקר עצמו, באופן מסורתי יהיה לו הסדר רב שלבי עם טנקים ניתנים להסרה. חומר ייצור של מבני גוף - סגסוגות אלומיניום / טיטניום. המסה הכוללת של החללית המורכבת במסלול כדור הארץ הנמוך תהיה 396 טון, באורך מרבי של 65 מטר.
לשם השוואה: המסה של תחנת החלל הבינלאומית היא 417 טון באורך של 109 מטר.
1) הפעל תצורה במסלול כדור הארץ הנמוך.
2) שנת טיסה 33, הפרדת זוג הטנקים הראשון.
3) שנת טיסה 67, הפרדת זוג הטנקים השני.
4) שנת טיסה 100 - הגעה למטרה במהירות של 15-30 קמ ש.
הפרדת השלב האחרון, כניסה למסלול קבוע סביב בטא קנטאורי.
בדומה ל- ISS, ניתן להרכיב את ה- Longshot בשיטת הבלוק במסלול כדור הארץ הנמוך. הממדים הריאליסטיים של החללית מאפשרים להשתמש בכלי שיגור קיימים בתהליך ההרכבה (לשם השוואה, סטורן- V האדיר יכול לשאת עומס של 120 טון ל- LEO בכל פעם!)
יש לקחת בחשבון שהשיקה של מנוע תרמו-גרעיני דופק במסלול הקרוב לכדור הארץ היא מסוכנת ורשלנית מדי. פרויקט Longshot סיפק נוכחות של בלוקים מגבירים נוספים (מנועי טילים כימיים המניעים נוזלים) להשגת המהירות הקוסמית השנייה והשלישית ולמשיכת החללית ממטוס האקליפטיקה (מערכת אלפא קנטאורי ממוקמת 61 מעלות מעל המטוס של סיבוב כדור הארץ סביב השמש). כמו כן, ייתכן שלצורך זה תמרון בשדה הכבידה של צדק יהיה מוצדק - כמו בדיקות חלל שהצליחו להימלט ממישור האקליפטי, תוך שימוש בתאוצה "חופשית" בקרבת כוכב הלכת הענק.
אֶפִּילוֹג
כל הטכנולוגיות והמרכיבים של ספינה בין כוכבית היפותטית קיימים במציאות.
משקלו ומידותיו של החללית של Longshot תואמים ליכולות הקוסמונאוטיקה המודרנית.
אם נתחיל בעבודה היום, סביר מאוד להניח שאמצע המאה העשרים עשרה נינינו המאושרים יראו את התמונות הראשונות של מערכת Alpha Centauri מטווח קרוב.
להתקדמות יש כיוון בלתי הפיך: כל יום החיים ממשיכים להדהים אותנו בהמצאות וגילויים חדשים. ייתכן שבעוד 10-20 שנים כל הטכנולוגיות שתוארו לעיל יופיעו בפנינו בצורה של דגימות עבודה שנעשו ברמה טכנולוגית חדשה.
ובכל זאת הדרך לכוכבים רחוקה מדי מכדי שיהיה הגיוני לדבר על זה ברצינות.
הקורא הקשוב כנראה כבר הסב את תשומת לבו לבעיית המפתח של פרויקט לונגשוט. הליום -3.
היכן ניתן להשיג מאה טון של חומר זה, אם הייצור השנתי של הליום -3 הוא רק 60,000 ליטר (8 ק ג) בשנה במחיר של עד 2,000 $ לליטר?! כותבי מדע בדיוני אמיצים תולים את תקוותיהם בייצור הליום -3 על הירח ובאטמוספירה של כוכבי לכת ענקיים, אך איש אינו יכול לתת אחריות בנושא זה.
ישנם ספקות לגבי האפשרות לאחסן נפח דלק כזה ואספקת המינון שלו בצורה של "טבליות" קפואות הנדרשות להפעלת מנוע תרמו -גרעיני דופק. עם זאת, כמו עקרון הפעולה של המנוע: מה שפחות או יותר פועל בתנאי מעבדה על פני כדור הארץ עדיין רחוק מלהשתמש בו בחלל החיצון.
לבסוף, האמינות חסרת התקדים של כל מערכות הגששים.המשתתפים בפרויקט Longshot כותבים ישירות על כך: יצירת מנוע שיכול לפעול במשך 100 שנה ללא עצירה ותיקונים גדולים תהווה פריצת דרך טכנית מדהימה. אותו דבר לגבי כל מערכות המנגנונים והמנגנונים האחרים.
עם זאת, אל תתייאש. בהיסטוריה של האסטרונאוטיקה, ישנן דוגמאות לאמינות חסרת תקדים של חלליות. החלוצים 6, 7, 8, 10, 11, כמו גם וויאג'רס 1 ו -2 - כולם עבדו בחלל החיצון למעלה מ -30 שנה!
הסיפור עם דחפי הידראזין (מנועי בקרת גישה) של חלליות אלה מעיד. וויאג'ר 1 עברה לערכת חילוף בשנת 2004. בשלב זה, קבוצת המנועים העיקריים עבדה בשטח פתוח במשך 27 שנים, לאחר שעמדה ב -353,000 הפעלות. ראוי לציין כי זרזי המנוע התחממו ברציפות עד 300 מעלות צלזיוס כל הזמן הזה!
כיום, 37 שנים לאחר ההשקה, שני הויאג'רים ממשיכים בטיסתם המטורפת. הם עזבו מזמן את ההליוספירה, אך ממשיכים להעביר באופן קבוע נתונים על המדיום הבין כוכבי לכדור הארץ.
כל מערכת שתלויה באמינות אנושית אינה אמינה. עם זאת, עלינו להודות: מבחינת הבטחת האמינות של החלליות, הצלחנו להשיג הצלחות מסוימות.
כל הטכנולוגיות הדרושות ליישום "משלחת הכוכבים" חדלו להיות הפנטזיות של מדענים המתעללים בקנבינואידים, והתגלמו בצורה של פטנטים ברורים ודוגמאות עבודה של טכנולוגיה. במעבדה - אבל הם קיימים!
העיצוב הרעיוני של החללית הבין כוכבית לונגשוט הוכיח שיש לנו סיכוי לברוח לכוכבים. ישנם קשיים רבים להתגבר עליהם בדרך הקוצנית הזו. אך העיקר הוא כי וקטור ההתפתחות ידוע, והופיע ביטחון עצמי.
מידע נוסף על פרויקט Longshot ניתן למצוא כאן:
על תחילת ההתעניינות בנושא זה, אני מביע את תודתי ל"דוור ".
