- 2 dalis -
Tam tikru gyvenimo momentu kiekvienas iš mūsų uždavė šį klausimą: kiek laiko skristi į žvaigždes? Ar įmanoma tokį skrydį atlikti per vieną žmogaus gyvenimą, ar tokie skrydžiai gali tapti kasdienio gyvenimo norma? Yra daug atsakymų į šį sunkų klausimą, atsižvelgiant į tai, kas klausia. Vieni yra paprasti, kiti - sunkesni. Norint rasti galutinį atsakymą, yra per daug dalykų, į kuriuos reikia atsižvelgti.
- „Salik.biz“
Deja, nėra realių įvertinimų, kurie padėtų rasti tokį atsakymą, ir tai nuvilia futuristus ir tarpžvaigždinius kelionių entuziastus. Nesvarbu, ar mums tai patinka, ar ne, erdvė yra labai didelė (ir sudėtinga), o mūsų technologijos vis dar yra ribotos. Bet jei kada nors nuspręsime palikti savo „namų lizdą“, turėsime kelis būdus, kaip patekti į artimiausią žvaigždžių sistemą mūsų galaktikoje.
Arčiausiai mūsų žemės esanti žvaigždė yra Saulė, gana „vidutinė“žvaigždė pagal Hertzsprung-Russell „pagrindinės sekos“schemą. Tai reiškia, kad žvaigždė yra labai stabili ir suteikia pakankamai saulės šviesos, kad galėtų vystytis mūsų planetoje. Mes žinome, kad kitos planetos sukasi aplink žvaigždes netoli mūsų Saulės sistemos, ir daugelis šių žvaigždžių yra panašios į mūsų pačių.
Galimi gyvenamieji pasauliai Visatoje
Ateityje, jei žmonija norės palikti Saulės sistemą, turėsime didžiulį žvaigždžių pasirinkimą, į kurį galėtume nuvykti, ir daugeliui jų gali būti sudarytos palankios gyvenimo sąlygos. Bet kur mes einame ir kiek laiko mums prireiks ten patekti? Atminkite, kad visa tai yra spekuliacija ir šiuo metu nėra tarpžvaigždinių kelionių orientyrų. Na, kaip sakė Gagarinas, eikime! Reklaminis vaizdo įrašas:
Pasiekite žvaigždę
Kaip jau minėta, artimiausia mūsų Saulės sistemos žvaigždė yra „Proxima Centauri“, todėl yra daug prasmės pradėti planuoti tarpžvaigždinę misiją su ja. Trijų žvaigždžių sistemos „Alpha Centauri“dalis, „Proxima“yra 4,24 šviesmečio (1,3 parko) nuo Žemės. „Alfa Centauri“iš tikrųjų yra ryškiausia žvaigždė iš trijų sistemoje, artimos dvejetainės sistemos dalis, esanti 4,37 šviesmečio nuo Žemės - tuo tarpu „Proxima Centauri“(mažiausia iš trijų) yra izoliuota raudona nykštukė, esanti 0,13 šviesos metų atstumo. iš dvigubos sistemos.
Ir nors pokalbiai apie tarpžvaigždines keliones rodo visas greitesnių nei šviesa (FAS) kelionių rūšis, pradedant metmenų greičiu ir didinant sliekų skyles, baigiant erdvėlaivio varikliais, tačiau tokios teorijos yra arba labai išgalvotos (pvz., Alcubierre variklis), arba egzistuoja tik mokslinėje fantastikoje. … Bet kuri misija į gilųjį kosmosą tęsis per kartų kartas.
Taigi, pradedant nuo vienos lėčiausių kosminių kelionių formų, kiek laiko reikia nuvykti į „Proxima Centauri“?
Šiuolaikiniai metodai
Klausimas, kaip įvertinti kelionės į kosmosą trukmę, yra daug lengvesnis, jei jame dalyvauja esamos technologijos ir mūsų saulės sistemos kūnai. Pavyzdžiui, naudodamiesi „New Horizons“misijos naudojama technologija, 16 hidrazino variklių su vienu degalais, Mėnulį galite pasiekti vos per 8 valandas ir 35 minutes.
Taip pat yra Europos kosmoso agentūros „SMART-1“misija, kuri buvo varoma Mėnulio link, naudojant joninę trauką. Naudodamas šią revoliucinę technologiją, kurios variantą „Dawn“kosminis zondas taip pat naudojo pasiekdamas Vestą, „SMART-1“misija užtruko metus, mėnesį ir dvi savaites Mėnuliui pasiekti.
Nuo greito raketinio erdvėlaivio iki ekonominio jonų disko turime keletą galimybių, kaip apeiti vietos erdvę - be to, Jupiterį ar Saturną galite naudoti kaip milžinišką gravitacinį kadrą. Nepaisant to, jei planuojame žengti šiek tiek toliau, turėsime sutelkti technologijas ir ištirti naujas galimybes.
Kai mes kalbame apie galimus metodus, mes kalbame apie tuos, kurie apima esamas technologijas, arba tuos, kurie dar neegzistuoja, tačiau yra techniškai įgyvendinami. Kai kurie iš jų, kaip pamatysite, yra laiko patikrinti ir patvirtinti, o kiti vis dar abejoja. Trumpai tariant, jie atspindi galimą, tačiau labai daug laiko reikalaujantį ir brangų kelionės scenarijų net iki artimiausios žvaigždės.
Joninis judėjimas
Šiuo metu lėčiausia ir ekonomiškiausia variklio forma yra joninis variklis. Prieš kelis dešimtmečius jonų varymas buvo laikomas mokslinės fantastikos objektu. Tačiau pastaraisiais metais jonų varymo palaikymo technologijos perėjo nuo teorijos prie praktikos ir labai sėkmingai. Europos kosmoso agentūros „SMART-1“misija yra sėkmingos misijos į Mėnulį per 13 mėnesių spiralės judėjimo iš Žemės pavyzdys.
SMART-1 naudojo saulės jonų sraigtus, kuriuose elektra buvo surenkama saulės kolektorių ir buvo naudojama Halės efektiniams varikliams maitinti. Norėdami nuvykti į „Mėnulį“SMART-1, prireikė vos 82 kilogramų ksenono degalų. 1 kg ksenono degalų delta-V yra 45 m / s. Tai ypač efektyvi judėjimo forma, tačiau toli gražu ne greičiausia.
Viena iš pirmųjų misijų panaudoti jonų varymo technologiją buvo „Deep Space 1“misija į Kometo Borrelli 1998 m. DS1 taip pat naudojo ksenono jonų variklį ir sunaudojo 81,5 kg degalų. Per 20 mėnesių trauka, kometa praeinant, DS1 sukūrė 56 000 km / h greitį.
Jonų varikliai yra ekonomiškesni už raketų technologijas, nes jų raketų pasipriešinimas vienam raketinio kuro masės vienetui (savitasis impulsas) yra daug didesnis. Tačiau jonų sraigtai ilgai užtrunka, kol erdvėlaivis įsibėgėja iki reikšmingo greičio, o didžiausias greitis priklauso nuo kuro palaikymo ir energijos generavimo.
Todėl, jei misija į „Proxima Centauri“naudojama jonų varomajai jėgai, varikliai turi turėti galingą energijos šaltinį (branduolinę energiją) ir dideles degalų atsargas (nors ir mažiau nei įprastos raketos). Bet jei jūs pradedate nuo prielaidos, kad 81,5 kg ksenono kuro virsta 56 000 km / h (ir nebus kitų judėjimo formų), galite atlikti skaičiavimus.
Didžiausiu 56 000 km / h greičiu „Deep Space 1“įveikti 4,24 šviesos metus tarp Žemės ir Kentauro „Proxima“prireiktų 81 000 metų. Laikui bėgant tai yra apie 2700 kartų žmonių. Galima drąsiai teigti, kad tarpplanetinė jonų pavara bus per lėta, kai vykdoma tarpžvaigždinė misija.
Bet jei jonų sraigtai yra didesni ir galingesni (tai yra, jonų išmetimo greitis bus žymiai didesnis), jei yra pakankamai raketų degalų, kurių pakanka visiems 4,24 šviesmečiams, kelionės laikas žymiai sumažės. Tačiau viskas bus daug ilgiau nei žmogaus gyvenimo laikotarpis.
Gravitacijos manevras
Greičiausias būdas keliauti kosmose yra naudoti gravitacijos pagalbinę priemonę. Šis metodas apima erdvėlaivį, naudojantis santykinį planetos judesį (t. Y. Orbitą) ir gravitaciją, kad būtų pakeistas jos kelias ir greitis. Gravitaciniai manevrai yra ypač naudinga skrydžio kosmose technika, ypač kai pagreičiui naudojama Žemė ar kita masyvi planeta (pavyzdžiui, dujų milžinas).
Erdvėlaivis „Mariner 10“pirmasis panaudojo šį metodą, panaudodamas Veneros gravitacinį trauką, kad paspartėtų link Merkurijaus 1974 m. Vasario mėn. Devintajame dešimtmetyje „Voyager 1“zondas naudojo „Saturną“ir „Jupiterį“gravitaciniams manevrams ir pagreičiui iki 60 000 km / h pasiekti, o po to išėjo į tarpžvaigždinę erdvę.
„Helios 2“misija, kuri prasidėjo 1976 m. Ir turėjo ištirti tarpplanetinę aplinką tarp 0,3 AU. e. ir 1 a. Tai reiškia, kad nuo Saulės didžiausio greičio, pasiekto naudojant gravitacinį manevrą, rekordas. Tuo metu „Helios 1“(paleista 1974 m.) Ir „Helios 2“turėjo artimiausio požiūrio į saulę rekordą. „Helios 2“buvo paleista įprasta raketa ir išleista į labai pailgą orbitą.
Dėl didelio 190 dienų saulės orbitos ekscentriškumo (0,54) perihelione „Helios 2“sugebėjo pasiekti maksimalų daugiau nei 240 000 km / h greitį. Šis orbitos greitis buvo išvystytas tik dėl gravitacinio Saulės patrauklumo. Techniškai „Helios 2“perihelioninis greitis buvo ne gravitacinio manevro rezultatas, o maksimalus orbitos greitis, tačiau prietaisas vis tiek laiko greičiausio dirbtinio objekto rekordą.
Jei „Voyager 1“judėtų link raudonojo nykštuko „Proxima Centauri“pastoviu 60 000 km / h greičiu, tą atstumą įveikti prireiktų 76 000 metų (arba daugiau nei 2500 kartų). Bet jei zondas pasiektų rekordinį „Helios 2“greitį - pastovų 240 000 km / h greitį - 4 00043 metus nuvažiuoti 19 000 metų (arba daugiau nei 600 kartų). Daug geriau, nors ir beveik ne praktiškai.
Elektromagnetinis variklis EM pavara
Kitas siūlomas tarpžvaigždinės kelionės būdas yra rezonansinis ertmės radijo dažnio variklis, dar žinomas kaip „EM Drive“. Projekto įgyvendinimui britų mokslininko Rogerio Scheuerio, kuris sukūrė „Satellite Propulsion Research Ltd“(SPR), pasiūlytas 2001 m., Variklis remiasi idėja, kad elektromagnetinės mikrobangų ertmės gali tiesiogiai paversti elektrą trauka.
Nors tradiciniai elektromagnetiniai varikliai yra sukurti tam tikrai masei (pavyzdžiui, jonizuotoms dalelėms) išstumti, ši konkreti varymo sistema nepriklauso nuo masės reakcijos ir neišskiria kryptinės spinduliuotės. Apskritai šis variklis buvo sutiktas gana skeptiškai, daugiausia dėl to, kad pažeidžia impulsų išsaugojimo įstatymą, pagal kurį sistemos impulsas išlieka pastovus ir jo negalima sukurti ar sunaikinti, o tik keičiant veikiant jėgai.
Nepaisant to, naujausi šios technologijos eksperimentai aiškiai davė teigiamų rezultatų. 2014 m. Liepos mėn. 50-ojoje AIAA / ASME / SAE / ASEE jungtinėje jėgos konferencijoje Clevelandyje, Ohajo valstijoje, pažengusieji NASA mokslininkai pranešė, kad jie sėkmingai išbandė naują elektromagnetinio variklio dizainą.
2015 m. Balandžio mėn. NASA „Eagleworks“(Johnsono kosminio centro dalis) mokslininkai teigė, kad jie sėkmingai išbandė variklį vakuume, o tai gali nurodyti galimą panaudojimą kosmose. Tų metų liepą mokslininkų grupė iš Drezdeno technologijos universiteto Kosminių sistemų skyriaus sukūrė savo variklio versiją ir stebėjo apčiuopiamą jėgą.
2010 m. Kinijos Siano šiaurės vakarų politechnikos universiteto profesorius Zhuang Yang pradėjo publikuoti straipsnių ciklą apie savo „EM Drive“technologijos tyrimus. 2012 m. Ji pranešė apie didelę įėjimo galią (2,5 kW) ir fiksuotą 720 mln. 2014 m. Ji taip pat atliko išsamius bandymus, įskaitant vidinės temperatūros matavimus su įmontuotais termoporais, kurie parodė, kad sistema veikia.
Remiantis skaičiavimais, pagrįstais NASA prototipu (kuriam buvo suteikta 0,4 N / kilovatų galia), elektromagnetiniu erdvėlaiviu galima keliauti į Plutoną per mažiau nei 18 mėnesių. Tai yra šešis kartus mažiau, nei reikalavo „New Horizons“zondas, judantis 58 000 km / h greičiu.
Skamba įspūdingai. Bet net ir tokiu atveju elektromagnetinių variklių laivas plauks į „Proxima Centauri“13 000 metų. Uždaryti, bet vis tiek nepakankamai. Be to, kol visi taškai nebus pažymėti šia technologija, per anksti kalbėti apie jos naudojimą.
Branduolinė šiluminė ir elektrinė varomoji jėga
Kita galimybė atlikti tarpžvaigždinį skrydį yra naudoti erdvėlaivį su branduoliniais varikliais. NASA dešimtmečius tyrė tokias galimybes. Branduolinė šiluminė varomoji raketa galėtų naudoti urano arba deuterio reaktorius, kad šildytų vandenilį reaktoriuje, paversdama jį jonizuotomis dujomis (vandenilio plazma), kuri vėliau būtų nukreipta į raketos purkštuką, sukuriant trauką.
Branduolinę raketą sudaro tas pats reaktorius, kuris šilumą ir energiją paverčia elektra, kuri tada maitina elektros variklį. Abiem atvejais raketa bus sukurta branduolių sintezės ar branduolio dalijimosi metu, kad būtų sukurta trauka, o ne cheminiu kuru, kuriuo veikia visos šiuolaikinės kosmoso agentūros.
Palyginti su cheminiais varikliais, branduoliniai varikliai turi neginčijamų pranašumų. Pirma, tai praktiškai neribotas energijos tankis, palyginti su raketų kuru. Be to, branduolinis variklis taip pat sukurs daugiau traukos nei sunaudotas degalų kiekis. Tai sumažins reikiamą degalų kiekį ir tuo pačiu tam tikro aparato svorį bei kainą.
Nors šiluminiai branduoliniai varikliai dar nepateko į kosmosą, jų prototipai buvo sukurti ir išbandyti, pasiūlyta dar daugiau.
Ir vis dėlto, nepaisant degalų taupymo ir specifinio impulso pranašumų, geriausios iš siūlomų branduolinių šiluminių variklių koncepcijų maksimalus savitasis impulsas yra 5000 sekundžių (50 kNs / kg). Naudodami branduolinius variklius, varomus branduolio dalijimu ar sinteze, NASA mokslininkai galėtų pristatyti erdvėlaivį į Marsą vos per 90 dienų, jei Raudonoji planeta yra 55 000 000 kilometrų nuo Žemės.
Bet kai reikės keliauti į „Proxima Centauri“, branduolinei raketa prireiks šimtmečių, kad ji įsibėgėtų iki reikšmingos šviesos greičio dalies. Tada prireiks kelių dešimtmečių kelio, o po jų - dar keli šimtmečiai trukdančio trukdyti kelti tikslą. Mes vis dar esame 1000 metų nuo kelionės tikslo. Kas tinka tarpplanetinėms misijoms, ne taip gerai tarpžvaigždinėms misijoms.
- 2 dalis -