Kilauan sejuk bintang sangat indah di langit musim sejuk. Pada masa ini, bintang dan buruj yang paling terang kelihatan: Orion, Pleiades, Greater Dog dengan Sirius yang mempesona …
Seperempat abad yang lalu, tujuh pegawai waran Akademi Angkatan Laut mengajukan soalan yang tidak biasa: seberapa dekat manusia moden dengan bintang? Penyelidikan ini menghasilkan laporan terperinci yang dikenali sebagai Project Longshot (Long Range Shot). Konsep kraf antarbintang automatik yang mampu menjangkau bintang-bintang terdekat dalam jangka masa yang munasabah. Tidak ada ribuan tahun penerbangan dan "kapal generasi"! Siasatan itu harus sampai di sekitar Alpha Centauri dalam masa 100 tahun sejak dilancarkan ke angkasa.
Roket hiperspace, graviti, antimateri dan fotonik … Tidak! Ciri utama projek ini adalah bergantung pada teknologi yang ada. Menurut pemaju, reka bentuk Longshot memungkinkan untuk membina kapal angkasa yang sudah ada pada separuh pertama abad ke-21!
Seratus tahun penerbangan dengan teknologi yang ada. Keberanian yang tidak pernah didengar, memandangkan skala jarak kosmik. Antara Matahari dan Alpha Centauri terletak "jurang hitam" selebar 4, 36 sv. tahun ini. Lebih 40 trilion kilometer! Makna mengerikan bagi angka ini menjadi jelas dalam contoh berikut.
Sekiranya kita mengurangkan ukuran Matahari menjadi ukuran bola tenis, maka seluruh tata surya akan masuk di Red Square. Ukuran Bumi dalam skala yang dipilih akan turun menjadi ukuran sebutir pasir, sementara "bola tenis" terdekat - Alpha Centauri - akan terletak di St Mark's Square di Venice.
Penerbangan ke Alpha Centauri dengan kapal angkasa Shuttle atau Soyuz konvensional akan memakan masa 190,000 tahun.
Diagnosis yang mengerikan terdengar seperti ayat. Apakah kita ditakdirkan untuk duduk di "butir pasir" kita, tidak mempunyai sedikit pun peluang untuk mencapai bintang? Dalam majalah sains yang popular, ada perhitungan yang membuktikan bahawa mustahil untuk mempercepat kapal angkasa ke kelajuan cahaya hampir. Ini memerlukan "membakar" semua bahan dalam sistem suria.
Namun ada peluang! Project Longshot telah membuktikan bahawa bintang-bintang jauh lebih dekat daripada yang kita bayangkan.
Pada lambung Voyager terdapat piring dengan peta pulsar yang menunjukkan lokasi Matahari di Galaksi, serta maklumat terperinci mengenai penduduk Bumi. Dijangkakan bahawa makhluk asing suatu hari nanti akan menemui "kapak batu" ini dan datang untuk mengunjungi kami. Tetapi, jika kita mengingati keanehan tingkah laku semua peradaban teknologi di Bumi dan sejarah penaklukan Amerika oleh penakluk, seseorang tidak boleh mengandalkan "hubungan damai" …
Misi ekspedisi
Dapatkan sistem Alpha Centauri dalam seratus tahun.
Tidak seperti "kapal angkasa" yang lain ("Daedalus"), projek "Longshot" melibatkan memasuki orbit sistem bintang (Alpha dan Beta Centauri). Ini secara signifikan menyulitkan tugas dan memperpanjang waktu penerbangan, tetapi akan memungkinkan kajian terperinci tentang jarak bintang jauh (tidak seperti Daedalus, yang akan melewati sasaran dalam sehari dan hilang tanpa jejak di kedalaman ruang).
Penerbangan akan memakan masa 100 tahun. 4, 36 tahun lagi diperlukan untuk memindahkan maklumat ke Bumi.
Alpha Centauri Berbanding dengan Sistem Suria
Ahli astronomi menaruh harapan besar pada projek ini - jika berjaya, mereka akan mempunyai instrumen hebat untuk mengukur paralaks (jarak ke bintang lain) dengan asas 4, 36 sv. tahun ini.
Penerbangan selama satu abad sepanjang malam juga tidak akan berlalu tanpa tujuan: peranti ini akan mengkaji medium antarbintang dan akan memperluas pengetahuan kita mengenai sempadan luar sistem suria.
Ditembak ke bintang
Masalah utama dan satu-satunya perjalanan ruang angkasa adalah jarak kolosal. Setelah menyelesaikan masalah ini, kami akan menyelesaikan semua yang lain. Mengurangkan masa penerbangan akan menghilangkan masalah sumber tenaga jangka panjang dan kebolehpercayaan tinggi sistem kapal. Masalah dengan kehadiran seseorang di dalam kapal akan diselesaikan. Penerbangan pendek menjadikan sistem sokongan kehidupan yang kompleks dan bekalan makanan / air / udara yang besar di dalam pesawat tidak perlu.
Tetapi ini adalah impian yang jauh. Dalam kes ini, perlu dilakukan penyiasatan tanpa pemandu kepada bintang dalam satu abad. Kami tidak tahu bagaimana memecahkan kontinum ruang-waktu, oleh itu hanya ada satu jalan keluar: untuk meningkatkan kelajuan tanah "kapal angkasa".
Seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, penerbangan ke Alpha Centauri dalam 100 tahun memerlukan kelajuan sekurang-kurangnya 4.5% dari kelajuan cahaya. 13500 km / s.
Tidak ada larangan mendasar yang membolehkan badan di makrokosmos bergerak dengan kelajuan yang ditunjukkan, namun nilainya sangat besar. Sebagai perbandingan: kelajuan kapal angkasa terpantas (probe "New Horizons") setelah mematikan tahap atas adalah "hanya" 16.26 km / s (58636 km / j) yang berkaitan dengan Bumi.
Kapal angkasa konsep jangka panjang
Bagaimana untuk mempercepat kapal antara bintang dengan kelajuan ribuan km / s? Jawapannya jelas: anda memerlukan enjin tujahan tinggi dengan dorongan tertentu sekurang-kurangnya 1,000,000 saat.
Dorongan khusus adalah petunjuk kecekapan enjin jet. Bergantung pada berat molekul, suhu dan tekanan gas di ruang pembakaran. Semakin besar perbezaan tekanan di ruang pembakaran dan di persekitaran luaran, semakin besar kelajuan aliran keluar cecair kerja. Oleh itu, kecekapan enjin lebih tinggi.
Contoh terbaik enjin jet elektrik moden (ERE) mempunyai dorongan khusus 10,000 s; pada kelajuan aliran pancaran zarah yang dicas - sehingga 100,000 km / s. Penggunaan cecair kerja (xenon / krypton) adalah beberapa miligram sesaat. Enjinnya bersuara secara senyap sepanjang penerbangan, dengan perlahan mempercepat kapal.
EJE memikat dengan kesederhanaan relatif, kos rendah dan potensi untuk mencapai kelajuan tinggi (puluhan km / s), tetapi kerana nilai tujahan rendah (kurang dari satu Newton), percepatan dapat memakan waktu puluhan tahun.
Perkara lain adalah mesin roket kimia, di mana semua kosmonautik moden terletak. Mereka mempunyai daya dorong yang besar (puluhan dan beratus-ratus tan), tetapi dorongan maksimum maksimum enjin roket pendorong cecair tiga komponen (litium / hidrogen / fluorin) hanya 542 s, dengan kecepatan aliran keluar gas lebih dari 5 km / s. Inilah hadnya.
Roket penggerak cecair memungkinkan untuk meningkatkan kelajuan kapal angkasa dengan beberapa km / s dalam waktu yang singkat, tetapi mereka tidak mampu lebih banyak. Kapal angkasa akan memerlukan mesin berdasarkan prinsip fizikal yang berbeza.
Pencipta "Longshot" telah mempertimbangkan beberapa cara eksotik, termasuk. "Layar ringan", dipercepat oleh laser dengan kekuatan 3, 5 terawat (kaedah itu diakui tidak dapat dilaksanakan).
Sehingga kini, satu-satunya cara yang realistik untuk mencapai bintang adalah enjin nuklear berdenyut (termonuklear). Prinsip operasi berdasarkan laser termonuclear fusion (LTS), dipelajari dengan baik dalam keadaan makmal. Kepekatan sejumlah besar tenaga dalam jirim dalam jumlah kecil dalam jangka masa yang pendek (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) dengan kurungan plasma inersia.
Dalam kes Longshot, tidak ada persoalan mengenai reaksi stabil peleburan termonuklear terkawal: pengurungan plasma jangka panjang tidak diperlukan. Untuk membuat tujahan jet, gumpalan suhu tinggi yang dihasilkan mesti segera "didorong" oleh medan magnet di atas kapal.
Bahan bakarnya adalah campuran helium-3 / deuterium. Bekalan bahan bakar yang diperlukan untuk penerbangan antara bintang adalah 264 tan.
Dengan cara yang serupa, ia dirancang untuk mencapai kecekapan yang belum pernah terjadi sebelumnya: dalam pengiraan, nilai dorongan khusus adalah 1.02 juta.saat!
Sebagai sumber tenaga utama untuk menggerakkan sistem kapal - laser mesin berdenyut, sistem pengendalian sikap, komunikasi dan instrumen saintifik - reaktor konvensional berdasarkan kumpulan bahan bakar uranium dipilih. Kuasa elektrik pemasangan mestilah sekurang-kurangnya 300 kW (kuasa terma hampir dengan urutan magnitud lebih tinggi).
Dari sudut pandangan teknologi moden, penciptaan reaktor yang tidak memerlukan pengisian semula selama satu abad tidak mudah, tetapi mungkin dalam praktiknya. Kini, di kapal perang, sistem nuklear digunakan, yang intinya mempunyai jangka hayat yang setara dengan jangka hayat kapal (30-50 tahun). Kuasa ini juga dalam keadaan lengkap - misalnya, pemasangan nuklear OK-650 yang dipasang di kapal selam nuklear Tentera Laut Rusia mempunyai kapasiti termal 190 megawatt dan mampu membekalkan elektrik ke seluruh bandar dengan populasi 50,000 orang!
Pemasangan sedemikian sangat kuat untuk ruang. Ini memerlukan kekompakan dan kepatuhan yang tepat dengan ciri-ciri yang ditentukan. Sebagai contoh, pada 10 Julai 1987, Kosmos-1867 dilancarkan - satelit Soviet dengan pemasangan nuklear Yenisei (jisim satelit - 1.5 tan, tenaga terma reaktor - 150 kW, kuasa elektrik - 6, 6 kW, hayat perkhidmatan - 11 bulan).
Ini bermaksud bahawa reaktor 300 kW yang digunakan dalam projek Longshot adalah masalah dalam masa terdekat. Para jurutera sendiri mengira bahawa jisim reaktor tersebut adalah kira-kira 6 tan.
Sebenarnya, di sinilah fizik berakhir dan liriknya bermula.
Masalah perjalanan antara bintang
Untuk mengawal penyiasatan, diperlukan kompleks komputer di dalam pesawat dengan kecerdasan buatan. Dalam keadaan di mana masa penghantaran isyarat lebih dari 4 tahun, kawalan berkesan dari probe dari tanah tidak mungkin dilakukan.
Dalam bidang mikroelektronik dan penciptaan alat penyelidikan, perubahan besar-besaran telah berlaku baru-baru ini. Tidak mungkin pencipta Longshot pada tahun 1987 mempunyai idea mengenai kemampuan komputer moden. Ini dapat dianggap bahawa masalah teknikal ini telah berjaya diselesaikan sejak seperempat abad yang lalu.
Keadaan dengan sistem komunikasi kelihatan sama optimis. Untuk penghantaran maklumat yang boleh dipercayai dari jarak 4, 36 sv. tahun akan memerlukan sistem laser yang beroperasi di lembah gelombang 0,532 mikron dan dengan daya radiasi 250 kW. Dalam kes ini, untuk setiap petak. meter permukaan Bumi akan jatuh 222 foton sesaat, yang jauh lebih tinggi daripada ambang kepekaan teleskop radio moden. Kadar pemindahan maklumat dari jarak maksimum adalah 1 kbps. Teleskop radio moden dan sistem komunikasi ruang mampu mengembangkan saluran pertukaran data beberapa kali.
Sebagai perbandingan: daya pemancar probe Voyager 1, yang saat ini berada pada jarak 19 miliar km dari Matahari (17.5 jam cahaya), hanya 23 W - seperti bola lampu di dalam peti sejuk anda. Walau bagaimanapun, ini cukup untuk penghantaran telemetri ke Bumi pada kadar beberapa kbit / s.
Garis yang terpisah adalah persoalan termoregulasi kapal.
Reaktor nuklear kelas megawatt dan enjin termonuklear berdenyut adalah sumber sejumlah besar tenaga haba, lebih-lebih lagi, dalam vakum hanya ada dua cara penyingkiran haba - ablasi dan radiasi.
Penyelesaiannya adalah dengan memasang sistem radiator dan permukaan yang memancar, serta penyangga seramik penebat panas antara ruang mesin dan tangki bahan bakar kapal.
Pada peringkat awal perjalanan, kapal memerlukan perisai pelindung tambahan dari sinaran matahari (serupa dengan yang digunakan di stesen orbit Skylab). Di kawasan sasaran akhir - di orbit bintang Beta Centauri - juga akan ada bahaya probe terlalu panas. Penebat haba peralatan dan sistem untuk memindahkan lebihan haba dari semua blok penting dan instrumen saintifik ke radiator terpancar diperlukan.
Graf pecutan kapal dari masa ke masa
Grafik yang menunjukkan perubahan kelajuan
Isu melindungi kapal angkasa dari mikrometeorit dan zarah debu kosmik sangat sukar. Pada kelajuan 4.5% dari kelajuan cahaya, perlanggaran dengan objek mikroskopik boleh merosakkan probe dengan serius. Pencipta "Longshot" mencadangkan untuk menyelesaikan masalah dengan memasang perisai pelindung yang kuat di bahagian depan kapal (logam? Seramik?), Yang mana pada masa yang sama adalah radiator panas yang berlebihan.
Seberapa boleh dipercayai perlindungan ini? Dan adakah mungkin menggunakan sistem perlindungan sci-fi dalam bentuk medan daya / magnet atau "awan" zarah mikro yang tersebar yang dipegang oleh medan magnet di hadapan kapal? Mari kita berharap pada masa kapal angkasa dibuat, jurutera akan menemui jalan penyelesaian yang mencukupi.
Bagi siasatan itu sendiri, secara tradisional ia akan mempunyai susunan bertingkat dengan tangki yang boleh dilepas. Bahan pembuatan struktur lambung - aloi aluminium / titanium. Jisim total kapal angkasa yang dipasang di orbit bumi rendah adalah 396 tan, dengan panjang maksimum 65 meter.
Sebagai perbandingan: jisim Stesen Angkasa Antarabangsa ialah 417 tan dengan panjang 109 meter.
1) Lancarkan konfigurasi di orbit bumi rendah.
2) Penerbangan ke 33 tahun, pemisahan pasangan tangki pertama.
3) Penerbangan tahun ke-67, pemisahan pasangan tangki kedua.
4) Tahun ke-100 penerbangan - tiba di sasaran dengan kelajuan 15-30 km / s.
Pemisahan tahap terakhir, memasuki orbit kekal di sekitar Beta Centauri.
Seperti ISS, Longshot dapat dipasang menggunakan kaedah blok di orbit Bumi rendah. Dimensi realistik kapal angkasa memungkinkan untuk menggunakan kenderaan pelancaran yang ada dalam proses pemasangan (sebagai perbandingan, Saturnus-V yang kuat dapat membawa muatan 120 ton ke LEO pada satu masa!)
Perlu diperhatikan bahawa melancarkan mesin termonuklear berdenyut di orbit dekat bumi terlalu berisiko dan ceroboh. Projek Longshot memperuntukkan kehadiran blok penggalak tambahan (enjin roket penggerak cecair kimia) untuk mendapatkan kelajuan kosmik kedua dan ketiga dan menarik kapal angkasa dari pesawat ekliptik (sistem Alpha Centauri terletak 61 ° di atas permukaan putaran Bumi mengelilingi Matahari). Juga, ada kemungkinan bahawa untuk tujuan ini, manuver di medan gravitasi Musytari akan dibenarkan - seperti penyiasat ruang yang berjaya melarikan diri dari bidang ekliptik, menggunakan percepatan "bebas" di sekitar planet raksasa.
Epilog
Semua teknologi dan komponen kapal antarbintang hipotesis wujud dalam kenyataan.
Berat dan dimensi probe Longshot sesuai dengan kemampuan kosmonautik moden.
Sekiranya kita mula bekerja hari ini, kemungkinan besar pada pertengahan abad XXII cucu-cucu kita yang bahagia akan melihat gambar pertama sistem Alpha Centauri dari jarak dekat.
Kemajuan mempunyai arah yang tidak dapat dipulihkan: setiap hari kehidupan terus memukau kita dengan penemuan dan penemuan baru. Ada kemungkinan bahawa dalam 10-20 tahun semua teknologi yang dijelaskan di atas akan muncul di hadapan kita dalam bentuk sampel kerja yang dibuat pada tahap teknologi baru.
Namun jalan menuju bintang terlalu jauh untuk masuk akal untuk membincangkannya dengan serius.
Pembaca yang penuh perhatian mungkin telah menarik perhatian kepada masalah utama projek Longshot. Helium-3.
Di mana untuk mendapatkan seratus tan bahan ini, jika pengeluaran helium-3 tahunan hanya 60,000 liter (8 kilogram) setahun dengan harga hingga $ 2,000 seliter ?! Penulis fiksyen ilmiah berani menaruh harapan pada penghasilan helium-3 di Bulan dan di atmosfer planet gergasi, tetapi tidak ada yang dapat memberikan jaminan mengenai perkara ini.
Terdapat keraguan tentang kemungkinan menyimpan sejumlah besar bahan bakar dan persediaannya dalam bentuk "tablet" beku yang diperlukan untuk menghidupkan mesin termonuklear berdenyut. Walau bagaimanapun, seperti prinsip pengoperasian enjin: apa yang lebih kurang berfungsi dalam keadaan makmal di Bumi masih jauh daripada digunakan di angkasa lepas.
Akhirnya, kebolehpercayaan yang belum pernah terjadi sebelumnya dari semua sistem probe. Peserta dalam projek Longshot menulis secara langsung mengenai perkara ini: penciptaan enjin yang dapat beroperasi selama 100 tahun tanpa berhenti dan pembaikan besar akan menjadi kejayaan teknikal yang luar biasa. Perkara yang sama berlaku untuk semua sistem dan mekanisme probe yang lain.
Namun, anda tidak boleh putus asa. Dalam sejarah angkasawan, terdapat contoh kebolehpercayaan kapal angkasa yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pelopor 6, 7, 8, 10, 11, dan juga Voyagers 1 dan 2 - semuanya telah bekerja di angkasa lepas selama lebih dari 30 tahun!
Kisah dengan mesin hidrazin (mesin kawalan sikap) kapal angkasa ini sangat menunjukkan. Voyager 1 beralih ke alat ganti pada tahun 2004. Pada masa ini, set utama mesin telah bekerja di tempat terbuka selama 27 tahun, dengan bertahan 353,000 permulaan. Perlu diperhatikan bahawa pemangkin enjin terus dipanaskan hingga 300 ° C selama ini!
Hari ini, 37 tahun selepas pelancaran, kedua Voyagers meneruskan penerbangan mereka yang tidak siuman. Mereka telah lama meninggalkan heliosfera, tetapi terus mengirimkan data secara berkala pada medium antarbintang ke Bumi.
Mana-mana sistem yang bergantung pada kebolehpercayaan manusia tidak boleh dipercayai. Namun, kita harus mengakui: dari segi memastikan kebolehpercayaan kapal angkasa, kita berjaya mencapai kejayaan tertentu.
Semua teknologi yang diperlukan untuk pelaksanaan "ekspedisi bintang" telah menjadi khayalan para saintis yang menyalahgunakan kanabinoid, dan telah diwujudkan dalam bentuk paten yang jelas dan contoh teknologi yang berfungsi. Di makmal - tetapi mereka ada!
Reka bentuk konsep kapal angkasa antara bintang Longshot membuktikan bahawa kita berpeluang melarikan diri ke bintang. Terdapat banyak kesukaran untuk dilalui di jalan berduri ini. Tetapi perkara utama adalah bahawa vektor pembangunan diketahui, dan keyakinan diri telah muncul.
Maklumat lebih lanjut mengenai projek Longshot boleh didapati di sini:
Atas permulaan minat terhadap topik ini, saya mengucapkan terima kasih kepada "Postman".
