Ang malamig na pag-iilaw ng mga bituin ay lalong maganda sa kalangitan ng taglamig. Sa oras na ito, nakikita ang mga pinakamaliwanag na bituin at konstelasyon: Orion, Pleiades, Dakilang Aso na may nakasisilaw na Sirius …
Isang isang-kapat ng isang siglo na ang nakakalipas, pitong opisyal ng garantiya ng Naval Academy ang nagtanong ng isang hindi pangkaraniwang tanong: gaano kalapit ang modernong sangkatauhan sa mga bituin? Ang pananaliksik ay nagresulta sa isang detalyadong ulat na kilala bilang Project Longshot (Long Range Shot). Isang konsepto ng isang awtomatikong interstellar craft na may kakayahang maabot ang pinakamalapit na mga bituin sa isang makatwirang dami ng oras. Walang millennia ng flight at "mga barko ng henerasyon"! Dapat maabot ng probe ang paligid ng Alpha Centauri sa loob ng 100 taon mula sa sandali ng paglulunsad nito sa kalawakan.
Hyperspace, gravity, antimatter at photonic rockets … Hindi! Ang pangunahing tampok ng proyekto ay ang pag-asa sa umiiral na mga teknolohiya. Ayon sa mga developer, ginagawang posible ng disenyo ng Longshot na bumuo ng isang sasakyang pangalangaang sa unang kalahati ng ika-21 siglo!
Isang daang taon ng paglipad kasama ng mga umiiral na teknolohiya. Isang hindi naririnig na lakas ng loob, na binigyan ng sukat ng mga distansya ng cosmic. Sa pagitan ng Araw at Alpha Centauri ay namamalagi ang isang "itim na kailaliman" na 4, 36 ang lapad ng. ng taon. Mahigit 40 trilyon kilometro! Ang napakalaking kahulugan ng pigura na ito ay nagiging malinaw sa sumusunod na halimbawa.
Kung babawasan natin ang laki ng Araw sa laki ng isang bola ng tennis, kung gayon ang buong solar system ay magkakasya sa Red Square. Ang laki ng Earth sa napiling sukat ay babawasan sa laki ng isang butil ng buhangin, habang ang pinakamalapit na "bola ng tennis" - Alpha Centauri - ay mahiga sa Square ng St. Mark sa Venice.
Ang isang flight sa Alpha Centauri sa isang maginoo na Shuttle o Soyuz spacecraft ay tatagal ng 190,000 taon.
Ang isang kahila-hilakbot na pagsusuri ay parang isang pangungusap. Tayo ba ay mapapahamak na umupo sa aming "butil ng buhangin", na walang pagkakaroon ng kaunting pagkakataon na maabot ang mga bituin? Sa mga tanyag na magazine sa agham, may mga kalkulasyon na nagpapatunay na imposibleng mapabilis ang isang sasakyang pangalangaang hanggang sa magaan ang bilis. Mangangailangan ito ng "sunugin" ang lahat ng bagay sa solar system.
At may pagkakataon pa! Pinatunayan ng Project Longshot na ang mga bituin ay mas malapit kaysa sa maiisip natin.
Sa Voyager hull ay isang plato na may isang mapa ng pulsar na nagpapakita ng lokasyon ng Araw sa Galaxy, pati na rin ang detalyadong impormasyon tungkol sa mga naninirahan sa Lupa. Inaasahan na ang mga dayuhan ay makakahanap balang araw ng "batong palakol" na ito at babisita sa amin. Ngunit, kung maaalala natin ang mga kakaibang katangian ng pag-uugali ng lahat ng mga teknolohiyang sibilisasyon sa Earth at ang kasaysayan ng mga pananakop ng Amerika ng mga mananakop, hindi maaasahan ang "mapayapang pakikipag-ugnay" …
Ang misyon ng ekspedisyon
Makarating sa sistema ng Alpha Centauri sa loob ng isang daang taon.
Hindi tulad ng iba pang "Starship" ("Daedalus"), ang proyektong "Longshot" ay kasangkot sa pagpasok sa orbit ng star system (Alpha at Beta Centauri). Ito ay makabuluhang kumplikado sa gawain at pinahaba ang oras ng paglipad, ngunit papayagan ang isang detalyadong pag-aaral ng paligid ng malalayong mga bituin (hindi tulad ng Daedalus, na sinugod ang target sa isang araw at nawala nang walang bakas sa kailaliman ng espasyo).
Ang flight ay tatagal ng 100 taon. Ang isa pang 4, 36 na taon ay kinakailangan upang ilipat ang impormasyon sa Earth.
Ang Alpha Centauri Kumpara sa Solar System
Ang mga astronomo ay naka-pin ng mahusay na pag-asa sa proyekto - kung matagumpay, magkakaroon sila ng isang kamangha-manghang instrumento para sa pagsukat ng mga paralaks (distansya sa iba pang mga bituin) na may batayan na 4, 36 sv. ng taon.
Ang isang daang-daang paglipad sa gabi ay hindi din lilipas na walang pakay: pag-aaralan ng aparato ang midtellar medium at palawakin ang aming kaalaman sa panlabas na mga hangganan ng solar system.
Kinunan sa mga bituin
Ang pangunahing at nag-iisang problema ng paglalakbay sa kalawakan ay ang napakalaking distansya. Nalutas ang isyung ito, malulutas namin ang lahat ng natitira. Ang pagbawas sa oras ng paglipad ay aalisin ang isyu ng isang pangmatagalang mapagkukunan ng enerhiya at mataas na pagiging maaasahan ng mga sistema ng barko. Malulutas ang problema sa pagkakaroon ng isang taong nakasakay. Ginagawa ng maikling flight ang mga komplikadong sistema ng suporta sa buhay at napakalaking supply ng pagkain / tubig / hangin sa board na hindi kinakailangan.
Ngunit ang mga ito ay malayong mga pangarap. Sa kasong ito, kinakailangan upang maihatid ang isang unmanned probe sa mga bituin sa loob ng isang siglo. Hindi namin alam kung paano masira ang pagpapatuloy ng space-time, samakatuwid mayroon lamang isang paraan palabas: upang madagdagan ang bilis ng lupa ng "Starship".
Tulad ng ipinakita na pagkalkula, ang isang paglipad sa Alpha Centauri sa loob ng 100 taon ay nangangailangan ng bilis na hindi bababa sa 4.5% ng bilis ng ilaw. 13500 km / s
Walang mga pangunahing pagbabawal na nagpapahintulot sa mga katawan sa macrocosm na lumipat sa ipinahiwatig na bilis, gayunpaman, ang halaga nito ay napakalaking mahusay. Para sa paghahambing: ang bilis ng pinakamabilis ng spacecraft (probe na "New Horizons") pagkatapos patayin ang pang-itaas na yugto ay "lamang" 16.26 km / s (58636 km / h) na may kaugnayan sa Earth.
Longshot na konsepto ng pagiging bituin
Paano mapabilis ang isang interstellar ship sa bilis ng libu-libong km / s? Malinaw ang sagot: kailangan mo ng isang high-thrust engine na may isang tukoy na salpok na hindi bababa sa 1,000,000 segundo.
Ang tiyak na salpok ay isang tagapagpahiwatig ng kahusayan ng isang jet engine. Nakasalalay sa bigat ng molekula, temperatura at presyon ng gas sa silid ng pagkasunog. Ang mas malaki ang pagkakaiba-iba ng presyon sa silid ng pagkasunog at sa panlabas na kapaligiran, mas malaki ang bilis ng pag-agos ng gumaganang likido. At, samakatuwid, ang kahusayan ng makina ay mas mataas.
Ang pinakamahusay na mga halimbawa ng mga modernong electric jet engine (ERE) ay may isang tukoy na salpok na 10,000 s; sa isang bilis ng pag-agos ng mga beam ng mga sisingilin na mga maliit na butil - hanggang sa 100,000 km / s. Ang pagkonsumo ng gumaganang likido (xenon / krypton) ay ilang milligrams bawat segundo. Tahimik na humuhuni ang makina sa buong flight, dahan-dahang binibilis ang bapor.
Ang mga EJE ay nakakaakit sa kanilang kamag-anak na simple, mababang gastos at potensyal na makamit ang mataas na bilis (sampu-sampung km / s), ngunit dahil sa mababang halaga ng thrust (mas mababa sa isang Newton), ang pagpapabilis ay maaaring tumagal ng sampu-sampung taon.
Ang isa pang bagay ay ang mga kemikal na rocket engine, kung saan nakasalalay ang lahat ng mga modernong cosmonautics. Mayroon silang isang malaking tulak (sampu at daan-daang mga tonelada), ngunit ang maximum na tiyak na salpok ng isang tatlong-bahagi na likido-propellant rocket engine (lithium / hydrogen / fluorine) ay 542 s lamang, na may bilis ng paglabas ng gas na higit sa 5 km / s. Ito ang hangganan.
Ginawang posible ng mga rocket-propellant rocket na dagdagan ang bilis ng spacecraft ng ilang km / s sa maikling panahon, ngunit hindi sila may kakayahang higit pa. Mangangailangan ang bituin ng bituin ng isang makina batay sa iba't ibang mga pisikal na prinsipyo.
Ang mga tagalikha ng "Longshot" ay isinasaalang-alang ang maraming mga kakaibang paraan, kasama na. "Light sail", pinabilis ng isang laser na may lakas na 3, 5 terawatts (ang pamamaraan ay kinikilala bilang hindi magagawa).
Sa ngayon, ang makatotohanang paraan lamang upang maabot ang mga bituin ay ang isang pulsed na nukleyar (thermonuclear) na makina. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay batay sa laser thermonuclear fusion (LTS), mahusay na pinag-aralan sa mga kondisyon sa laboratoryo. Ang konsentrasyon ng isang malaking halaga ng enerhiya sa maliit na dami ng bagay sa isang maikling panahon (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) na may pagkakulong ng inertial na plasma.
Sa kaso ng Longshot, walang tanong ng anumang matatag na reaksyon ng kontroladong pagsasama-sama ng thermonuclear: hindi kinakailangan ang pang-matagalang plasma confinement. Upang makalikha ng jet thrust, ang nagresultang high-temperatura clot ay dapat na agad na "maitulak" ng magnetic field sa ibabaw ng barko.
Ang gasolina ay isang pinaghalong helium-3 / deuterium. Ang kinakailangang supply ng gasolina para sa isang interstellar flight ay magiging 264 tonelada.
Sa katulad na paraan, pinlano na makamit ang walang uliran kahusayan: sa mga kalkulasyon, ang halaga ng tukoy na salpok ay 1.02 ML.segundo!
Bilang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya para sa paggana ng mga sistema ng barko - mga pulsed engine laser, mga sistema ng pagkontrol sa pag-uugali, komunikasyon at pang-agham na instrumento - isang maginoo na reaktor batay sa mga pagpupulong ng uranium fuel ay napili. Ang elektrikal na lakas ng pag-install ay dapat na hindi bababa sa 300 kW (ang thermal power ay halos isang order ng magnitude na mas mataas).
Mula sa pananaw ng modernong teknolohiya, ang paglikha ng isang reaktor na hindi nangangailangan ng recharging para sa isang buong siglo ay hindi madali, ngunit posible sa pagsasagawa. Mayroon na ngayon, sa mga barkong pandigma, ginagamit ang mga nukleyar na sistema, na ang core ay may buhay sa serbisyo na naaayon sa buhay ng mga barko (30-50 taon). Ang kuryente ay nasa kumpletong pagkakasunud-sunod din - halimbawa, ang OK-650 na pag-install ng nukleyar na naka-install sa mga nukleyar na submarino ng Russian Navy ay may thermal kapasidad na 190 megawatts at may kakayahang magbigay ng elektrisidad sa isang buong lungsod na may populasyon na 50,000 katao!
Ang mga nasabing pag-install ay labis na malakas para sa kalawakan. Nangangailangan ito ng pagiging siksik at tumpak na pagsunod sa mga tinukoy na katangian. Halimbawa).
Nangangahulugan ito na ang reaktor na 300 kW na ginamit sa proyekto ng Longshot ay isang bagay sa malapit na hinaharap. Ang mga inhinyero mismo ang nagkalkula na ang dami ng naturang reactor ay halos 6 tonelada.
Sa totoo lang, dito nagtatapos ang pisika at nagsisimula ang mga lyrics.
Mga problema sa paglalakbay ng interstellar
Upang makontrol ang pagsisiyasat, kinakailangan ng isang on-board computer complex na may paggawa ng artipisyal na intelihensiya. Sa mga kundisyon kung saan ang oras ng paghahatid ng signal ay higit sa 4 na taon, imposibleng mabisa ang kontrol ng pagsisiyasat mula sa lupa.
Sa larangan ng microelectronics at ang paglikha ng mga aparato sa pagsasaliksik, ang mga malalaking pagbabago ay naganap kamakailan. Malamang na ang mga tagalikha ng Longshot noong 1987 ay may ideya tungkol sa mga kakayahan ng mga modernong computer. Maaari itong isaalang-alang na ang problemang panteknikal na ito ay matagumpay na nalutas sa nakaraang nakaraang siglo.
Ang kalagayan sa mga sistema ng komunikasyon ay mukhang kasing optimista. Para sa maaasahang paghahatid ng impormasyon mula sa distansya ng 4, 36 sv. ang taon ay mangangailangan ng isang sistema ng mga laser na tumatakbo sa lambak ng alon ng 0.532 microns at may radiation power na 250 kW. Sa kasong ito, para sa bawat parisukat. metro ng ibabaw ng Earth ay mahuhulog 222 mga litrato bawat segundo, na kung saan ay mas mataas kaysa sa threshold ng pagiging sensitibo ng mga modernong teleskopyo ng radyo. Ang rate ng paglipat ng impormasyon mula sa maximum na distansya ay magiging 1 kbps. Ang mga modernong radio teleskopyo at mga sistema ng komunikasyon sa kalawakan ay nagawang palawakin ang data exchange channel nang maraming beses.
Para sa paghahambing: ang lakas ng transmiter ng Voyager 1 probe, na kasalukuyang nasa distansya na 19 bilyong km mula sa Araw (17.5 light hour), ay 23 W lamang - tulad ng isang bombilya sa iyong ref. Gayunpaman, sapat na ito para sa paghahatid ng telemetry sa Earth sa rate ng maraming kbit / s.
Ang isang hiwalay na linya ay ang tanong ng thermoregulation ng barko.
Ang isang nuclear reactor ng isang megawatt class at isang pulsed thermonuclear engine ay pinagmumulan ng isang malaking halaga ng thermal energy, bukod dito, sa isang vacuum ay may dalawang paraan lamang ng pag-aalis ng init - ablasyon at radiation.
Ang solusyon ay maaaring mag-install ng isang advanced na sistema ng mga radiator at radiating ibabaw, pati na rin ang isang insulated ceramic buffer na nasa init sa pagitan ng kompartimento ng makina at mga tangke ng gasolina ng barko.
Sa paunang yugto ng paglalakbay, ang barko ay mangangailangan ng karagdagang proteksiyon na kalasag mula sa solar radiation (katulad ng ginamit sa Skylab orbital station). Sa lugar ng pangwakas na target - sa orbit ng Beta Centauri star - magkakaroon din ng peligro ng sobrang pag-init ng probe. Thermal pagkakabukod ng kagamitan at isang sistema para sa paglilipat ng labis na init mula sa lahat ng mahahalagang bloke at pang-agham na instrumento sa mga radiating radiator ay kinakailangan.
Isang grapiko ng pagbilis ng barko sa paglipas ng panahon
Ipinapakita ang grap na pagbabago sa bilis
Ang isyu ng pagprotekta sa spacecraft mula sa micrometeorites at cosmic dust particle ay lubos na mahirap. Sa bilis na 4.5% ng bilis ng ilaw, ang anumang pagbangga sa isang mikroskopikong bagay ay maaaring seryosong makapinsala sa pagsisiyasat. Ang mga tagalikha ng "Longshot" ay nagmungkahi upang malutas ang problema sa pamamagitan ng pag-install ng isang malakas na proteksiyon na kalasag sa harap ng barko (metal? Ceramics?), Alin sa parehong oras ay isang radiator ng labis na init.
Gaano maaasahan ang proteksyon na ito? At posible bang gumamit ng mga sci-fi protection system sa anyo ng puwersa / magnetikong mga patlang o "ulap" ng mga microdispersed na partikulo na hawak ng isang magnetikong patlang na nauna sa barko? Inaasahan natin na sa oras na nilikha ang pagiging bituin, ang mga inhinyero ay makakahanap ng sapat na solusyon.
Tulad ng para sa probe mismo, tradisyonal na magkakaroon ito ng isang pag-aayos ng multistage na may mga tank na maaaring tanggalin. Paggawa ng materyal ng mga istruktura ng katawan ng barko - mga haluang metal na aluminyo / titanium. Ang kabuuang masa ng tipunin na spacecraft sa orbit ng mababang lupa ay 396 tonelada, na may maximum na haba na 65 metro.
Para sa paghahambing: ang dami ng International Space Station ay 417 tonelada na may haba na 109 metro.
1) Ilunsad ang pagsasaayos sa mababang orbit ng mundo.
2) Ika-33 taong paglipad, paghihiwalay ng unang pares ng mga tanke.
3) ika-67 na taon ng paglipad, paghihiwalay ng pangalawang pares ng mga tanke.
4) ika-100 taon ng paglipad - pagdating sa target sa bilis na 15-30 km / s.
Paghihiwalay ng huling yugto, pagpasok ng isang permanenteng orbit sa paligid ng Beta Centauri.
Tulad ng ISS, ang Longshot ay maaaring tipunin gamit ang paraan ng pag-block sa mababang orbit ng Earth. Ang makatotohanang sukat ng spacecraft ay ginagawang posible na gumamit ng mga umiiral na sasakyan sa paglulunsad sa proseso ng pagpupulong (para sa paghahambing, ang makapangyarihang Saturn-V ay maaaring magdala ng isang pagkarga ng 120 tonelada sa LEO nang sabay-sabay!)
Dapat isaalang-alang na ang paglulunsad ng isang pulso na thermonuclear engine sa malapit na lupa na orbit ay masyadong mapanganib at walang ingat. Ang Longshot na proyekto na ibinigay para sa pagkakaroon ng karagdagang mga booster blocks (mga kemikal na likidong rocket-propellant engine) para sa pagkakaroon ng pangalawa at pangatlong bilis ng cosmic at pag-atras ng spacecraft mula sa eroplano ng ecliptic (ang sistema ng Alpha Centauri ay matatagpuan 61 ° sa itaas ng eroplano ng pag-ikot ng Daigdig sa paligid ng Araw). Gayundin, posible na para sa hangaring ito ang isang pagmamaniobra sa gravitational field ng Jupiter ay mabibigyang katwiran - tulad ng mga space probe na nagawang makatakas mula sa eroplano ng ecliptic, gamit ang "libreng" pagpapabilis sa paligid ng higanteng planeta.
Epilog
Ang lahat ng mga teknolohiya at sangkap ng isang hypothetical interstellar ship ay umiiral sa katotohanan.
Ang bigat at sukat ng Longshot probe ay tumutugma sa mga kakayahan ng mga modernong cosmonautics.
Kung nagsisimula kaming magtrabaho ngayon, malamang na sa kalagitnaan ng siglo XXII makikita ng ating masasayang mga apo sa tuhod ang mga unang imahe ng sistema ng Alpha Centauri mula sa malapit na saklaw.
Ang pag-unlad ay may isang hindi maibabalik na direksyon: araw-araw na buhay ay patuloy na humanga sa atin ng mga bagong imbensyon at tuklas. Posibleng sa 10-20 taon ang lahat ng mga teknolohiyang inilarawan sa itaas ay lilitaw sa harap namin sa anyo ng mga nagtatrabaho na sample na ginawa sa isang bagong antas ng teknolohikal.
At gayon pa man ang landas sa mga bituin ay napakalayo para sa makatuwiran na pag-usapan ito nang seryoso.
Ang matulungin na mambabasa ay malamang na nakuha ang pansin sa pangunahing problema ng proyekto ng Longshot. Helium-3.
Saan makukuha ang isang daang toneladang sangkap na ito, kung ang taunang paggawa ng helium-3 ay 60,000 liters lamang (8 kilo) bawat taon sa halagang $ 2000 bawat litro ?! Ang mga matapang na manunulat ng science fiction ay pinatuyo ang kanilang pag-asa sa paggawa ng helium-3 sa Buwan at sa kapaligiran ng mga higanteng planeta, ngunit walang maaaring magbigay ng anumang mga garantiya sa bagay na ito.
Mayroong mga pag-aalinlangan tungkol sa posibilidad ng pag-iimbak ng tulad ng dami ng gasolina at ang dosed supply nito sa anyo ng mga nakapirming "tablet" na kinakailangan upang mapagana ang isang pulsed na thermonuclear engine. Gayunpaman, tulad ng mismong prinsipyo ng pagpapatakbo ng makina: kung ano ang higit o mas mababa na gumagana sa mga kondisyon ng laboratoryo sa Earth na malayo pa rin ginagamit sa kalawakan.
Panghuli, ang walang uliran pagiging maaasahan ng lahat ng mga probe system. Ang mga kalahok sa proyekto ng Longshot ay direktang nagsusulat tungkol dito: ang paglikha ng isang makina na maaaring gumana sa loob ng 100 taon nang hindi humihinto at mga pangunahing pag-aayos ay magiging isang hindi kapani-paniwala tagumpay sa teknikal. Nalalapat ang pareho sa lahat ng iba pang mga probe system at mekanismo.
Gayunpaman, hindi ka dapat mawalan ng pag-asa. Sa kasaysayan ng mga astronautika, may mga halimbawa ng walang uliran pagiging maaasahan ng spacecraft. Mga Pioneer 6, 7, 8, 10, 11, pati na rin ang Mga Voyager 1 at 2 - lahat sila ay nagtrabaho sa kalawakan sa loob ng higit sa 30 taon!
Ang kwentong may hydrazine thrusters (mga makina ng control control) ng spacecraft na ito ay nagpapahiwatig. Ang Voyager 1 ay lumipat sa isang ekstrang kit noong 2004. Sa oras na ito, ang pangunahing hanay ng mga makina ay nagtrabaho sa bukas na espasyo sa loob ng 27 taon, na nakatiis ng 353,000 na pagsisimula. Kapansin-pansin na ang mga catalista ng engine ay patuloy na pinainit hanggang sa 300 ° C sa lahat ng oras na ito!
Ngayon, 37 taon pagkatapos ng paglunsad, ang parehong mga Voyager ay nagpatuloy sa kanilang nakababaliw na paglipad. Matagal na silang umalis mula sa heliosphere, ngunit patuloy na regular na nagpapadala ng data sa midtellar medium sa Earth.
Ang anumang system na nakasalalay sa pagiging maaasahan ng tao ay hindi maaasahan. Gayunpaman, dapat nating aminin: sa mga tuntunin ng pagtiyak ng pagiging maaasahan ng spacecraft, nagawa naming makamit ang ilang mga tagumpay.
Ang lahat ng kinakailangang teknolohiya para sa pagpapatupad ng "star expedition" ay tumigil na maging pantasya ng mga siyentipiko na umaabuso sa mga cannabinoid, at nilagyan ng anyo ng mga malinaw na patent at mga gumaganang sample ng teknolohiya. Sa laboratoryo - ngunit mayroon sila!
Ang konseptong disenyo ng interstellar spacecraft na Longshot ay nagpatunay na mayroon kaming pagkakataon na makatakas sa mga bituin. Maraming mga paghihirap upang mapagtagumpayan sa matinik na landas na ito. Ngunit ang pangunahing bagay ay ang vector ng pag-unlad ay kilala, at ang kumpiyansa sa sarili ay lumitaw.
Ang karagdagang impormasyon sa proyekto ng Longshot ay matatagpuan dito:
Para sa pagsisimula ng interes sa paksang ito, ipinahahayag ko ang aking pasasalamat kay "Postman".
