- 2. osa -
Mingil hetkel oma elus esitas igaüks meist selle küsimuse: kui kaua tähtede juurde lennata? Kas sellist lendu on võimalik ühe inimese elus läbi viia, kas sellised lennud võivad muutuda igapäevaelu normiks? Sellele keerulisele küsimusele on palju vastuseid, sõltuvalt sellest, kes küsib. Mõned on lihtsad, teised raskemad. Lõpliku vastuse leidmiseks on liiga palju asju, mida kaaluda.
Kahjuks puuduvad tõelised hinnangud, mis aitaksid sellist vastust leida, ja see ajab futuristid ja tähtedevahelised reisihuvilised pettuma. Meile meeldib või mitte, ruum on väga suur (ja keeruline) ning meie tehnoloogia on endiselt piiratud. Kuid kui me kunagi otsustame oma "kodu pesast" lahkuda, on meil mitu võimalust, kuidas jõuda meie galaktikas lähimasse tähesüsteemi.
Meie Maale lähim täht on Päike, Hertzsprung-Russelli "põhijärjestuse" skeemi järgi üsna "keskmine" täht. See tähendab, et täht on väga stabiilne ja annab meie planeedil eluks piisavalt päikesevalgust. Me teame, et teised planeedid keerlevad meie päikesesüsteemi lähedal olevate tähtede ümber ja paljud neist tähtedest sarnanevad meie omadega.
Võimalikud universumis elatavad maailmad
Tulevikus, kui inimkond soovib päikesesüsteemist lahkuda, on meil tohutu valik tähti, kuhu me võiksime minna, ja paljudel neist võivad olla eluks soodsad tingimused. Aga kuhu me läheme ja kui kaua võtab meil sinna jõudmine aega? Pidage meeles, et see kõik on spekulatsioon ja tähtedevahelise reisimise jaoks pole sellel ajal ühtegi orientiiri. Noh, nagu Gagarin ütles, lähme! Reklaamvideo:
Ulatus tähe jaoks
Nagu juba märgitud, on meie päikesesüsteemile lähim täht Proxima Centauri ja seetõttu on palju mõtet hakata koos sellega tähtedevahelist missiooni kavandama. Osa Alpha Centauri kolmetähesüsteemist, Proxima, asub Maast 4,24 valgusaasta (1,3 pars.) Kaugusel. Alpha Centauri on sisuliselt süsteemi kolme säravaim täht, osa tihedast kahendsüsteemist, mis asub Maast 4,37 valgusaasta kaugusel - Proxima Centauri (kolmest kõige nõrgem) on isoleeritud punasest kääbusest, mis asub 0,13 valgusaasta kaugusel. kahesüsteemist.
Ja kuigi vestlused tähtedevahelise reisimise kohta viitavad igasugustele kiirematele kui FAS-liikumistele, alates lõimekiirustest ja ussiaukudest kuni kosmosemootoriteni, on sellised teooriad kas väga väljamõeldud (nagu Alcubierre'i mootor) või eksisteerivad ainult ulmetes. … Iga missioon sügavasse kosmosesse ulatub üle põlvkondade inimesi.
Niisiis, kui alustada ühe aeglasema kosmosereisi vormiga, kui kaua võtab aega Proxima Centaurisse jõudmiseks?
Kaasaegsed meetodid
Kosmosereisi kestuse hindamise küsimus on palju lihtsam, kui meie päikesesüsteemi olemasolevad tehnoloogiad ja kehad on sellega seotud. Näiteks kasutades New Horizoni missiooni kasutatud tehnoloogiat, 16 hüdrasiiniga ühekütuselist mootorit, jõuate Kuule vaid 8 tunni ja 35 minutiga.
Samuti on olemas Euroopa Kosmoseagentuuri missioon SMART-1, mis lükati iooni tõukejõu abil Kuu poole. Selle revolutsioonilise tehnoloogia abil, mille varianti Dawn kosmosesond ka Vesta jõudmiseks kasutas, kulus SMART-1 Kuule jõudmiseks aasta, kuu ja kaks nädalat.
Kiire raketiga kosmoseaparaadist kuni ökonoomse ioonülekandeni on meil paar ruumi kohalikus ruumis ringi liikumiseks - lisaks võite kasutada hiiglasliku raskusjõu pildina Jupiteri või Saturni. Sellegipoolest, kui plaanime veidi kaugemale jõuda, tuleb meil koguda tehnoloogia jõud ja uurida uusi võimalusi.
Kui räägime võimalikest meetoditest, siis räägime neist, mis hõlmavad olemasolevaid tehnoloogiaid või selliseid, mida pole veel olemas, kuid mis on tehniliselt teostatavad. Nagu näete, on mõned neist ajaproovitud ja kinnitatud, teised on endiselt küsimärgi all. Lühidalt öeldes kujutavad need võimalikku, kuid väga aeganõudvat ja kulukaid stsenaariume isegi lähima täheni jõudmiseks.
Iooniline liikumine
Praegu on mootori aeglaseim ja ökonoomsem vorm ioonmootor. Mitu aastakümmet tagasi peeti ioonset tõukejõudu ulme objektiks. Kuid viimastel aastatel on ioonide tõukejõu tugitehnoloogiad liikunud teooria juurest praktikasse ja seda suure eduga. Euroopa Kosmoseagentuuri missioon SMART-1 on näide Kuust õnnestunud missioonist 13-kuulise spiraalse liikumise korral Maalt.
SMART-1 kasutas päikeseenergiaga ioontraktoreid, milles päikeseenergia paneelide abil koguti elektrit ja mida kasutati Halli efekt-tõukejõude toiteks. SMART-1 kuule jõudmiseks kulus kõigest 82 kilogrammi ksenoonkütust. 1 kilogramm ksenoonkütust annab delta-V väärtuseks 45 m / s. See on äärmiselt tõhus liikumisvorm, kuid kaugeltki mitte kiireim.
Üks esimesi missioone ioonjõuseadmete tehnoloogia kasutamisel oli Deep Space 1 missioon komeedile Borrelli 1998. aastal. DS1 kasutas ka ksenoonioonmootorit ja tarbis 81,5 kg kütust. 20-kuulise tõukejõu ajal arendas DS1 komeedi möödumise ajal kiirust 56 000 km / h.
Ioonmootorid on säästlikumad kui raketitehnoloogiad, kuna nende tõukejõud raketikütuse massiühiku kohta (spetsiifiline impulss) on palju suurem. Ioontraktoritel kulub kosmoselaeva kiirendamiseks märkimisväärse kiiruseni palju aega ja tippkiirus sõltub kütusetoest ja energiatootmisest.
Seetõttu, kui missioonil Proxima Centauri kasutatakse ioonjõudu, peavad mootoritel olema võimas energiaallikas (tuumaenergia) ja suured kütusevarud (ehkki vähem kui tavalistel rakettidel). Kuid kui lähtuda eeldusest, et 81,5 kg ksenoonkütust väljendub 56 000 km / h (ja muud liikumisvormi ei toimu), saate arvutusi teha.
Tippkiirusel 56 000 km / h kuluks Deep Space 1-l Maa ja Proxima Centauri vahel 4,24 valgusaasta vahel sõitmiseks 81 000 aastat. Aja jooksul on see umbes 2700 põlvkonda inimesi. Võib kindlalt öelda, et planeetidevaheline ioonülekanne on mehitatud tähtedevahelise missiooni jaoks liiga aeglane.
Kuid kui ioontraktorid on suuremad ja võimsamad (see tähendab, et ioonide väljumiskiirus on oluliselt suurem), kui raketikütust on piisavalt, millest piisab kogu 4,24 valgusaasta jaoks, väheneb sõiduaeg märkimisväärselt. Kuid kõik saab olema palju kauem kui inimelu periood.
Gravitatsiooni manööver
Kiireim viis kosmoses reisimiseks on gravitatsiooniabi kasutamine. See meetod hõlmab kosmoselaeva, kasutades planeedi suhtelist liikumist (st orbiiti) ja gravitatsiooni, et muuta selle rada ja kiirust. Gravitatsioonilised manöövrid on äärmiselt kasulik tehnika kosmoselendude jaoks, eriti kui kasutatakse kiirenduseks Maad või mõnda muud massiivset planeeti (näiteks gaasigigant).
Kosmoselaev Mariner 10 oli esimene, kes kasutas seda meetodit, kasutades Veenuse gravitatsioonilist tõmmet kiirendamiseks Merkuuri suunas 1974. aasta veebruaris. 1980ndatel kasutas sond Voyager 1 Saturnit ja Jupiteri gravitatsioonilisteks manööverdusteks ja kiirenduseks 60 000 km / h, millele järgnes väljapääs tähtedevahelisse ruumi.
Missioon Helios 2, mis algas 1976. aastal ja pidi uurima planeetidevahelist keskkonda vahemikus 0,3 AU. e ja 1 a. See tähendab, et Päikesest alates on gravitatsiooni manöövri abil välja töötatud suurima kiiruse rekord. Sel ajal pidasid Helios 1 (käivitati 1974. aastal) ja Helios 2 Päikesele lähima lähenemise rekordit. Helios 2 käivitati tavalise raketi abil ja see viidi väga pikliku orbiidile.
190-päevase päikeseorbiidi suure ekstsentrilisuse (0,54) tõttu õnnestus periostel Helios 2 saavutada maksimaalne kiirus üle 240 000 km / h. Selle orbitaalkiiruse arendas välja ainult Päikese gravitatsiooniline atraktiivsus. Tehniliselt ei olnud Helios 2 perihelioonikiirus mitte gravitatsioonilise manöövri, vaid maksimaalse orbitaalkiiruse tulemus, kuid seade hoiab siiski kiireima tehisobjekti rekordit.
Kui Voyager 1 liiguks punase kääbuse Proxima Centauri poole püsikiirusel 60 000 km / h, kuluks selle vahemaa läbimiseks 76 000 aastat (või rohkem kui 2500 põlvkonda). Kuid kui sond saavutaks Helios 2 rekordkiiruse - püsikiiruse 240 000 km / h -, kuluks 4243 valgusaasta läbimiseks 19 000 aastat (ehk rohkem kui 600 põlvkonda). Palju parem, ehkki mitte peaaegu praktiline.
Elektromagnetiline mootor EM-ajam
Teine tähtedevahelise liikumise pakutud meetod on resonantsõõnsusega raadiosagedusmootor, tuntud ka kui EM Drive. Projekti rakendamiseks Briti teadlase Roger Scheueri poolt 2001. aastal välja pakutud mootori aluseks on idee, et elektromagnetilised mikrolaineõõnsused muudavad elektrienergia otse tõukejõuks.
Kui traditsioonilised elektromagnetilised mootorid on ette nähtud kindla massi (näiteks ioniseeritud osakeste) liikumiseks, siis see konkreetne tõukejõusüsteem ei sõltu massi reaktsioonist ega eralda suunakiirgust. Üldiselt kiideti seda mootorit õiglase skeptitsismiga suuresti seetõttu, et see rikub hoo säilitamise seadust, mille kohaselt süsteemi hoog püsib muutumatu ja seda ei saa luua ega hävitada, vaid seda saab muuta ainult jõu mõjul.
Sellegipoolest on hiljutised katsed selle tehnoloogiaga selgelt positiivseid tulemusi andnud. 2014. aasta juulis Ohio osariigis Clevelandis toimunud 50. AIAA / ASME / SAE / ASEE ühisel tõukejõu konverentsil teatasid NASA edasijõudnud reaktiivlennukiteadlased, et on uue elektromagnetilise mootori konstruktsiooni edukalt katsetanud.
NASA Eagleworks (Johnsoni kosmosekeskuse osa) teadlased ütlesid 2015. aasta aprillis, et nad on mootorit edukalt katsetanud vaakumis, mis võib osutada võimalikule kasutamisele kosmoses. Sama aasta juulis töötas grupp Dresdeni tehnikaülikooli kosmosesüsteemide osakonna teadlasi välja oma mootori versiooni ja täheldas käegakatsutavat tõukejõudu.
Hiinas Xi'anis asuv Loode polütehnilise ülikooli professor Zhuang Yang alustas 2010. aastal artiklite sarja avaldamist oma uurimuste kohta EM Drive tehnoloogia kohta. 2012. aastal teatas see suurest sisendvõimsusest (2,5 kW) ja fikseeritud tõukejõust 720 mn. 2014. aastal viis ta läbi ulatuslikke teste, sealhulgas sisetemperatuuri mõõtmisi sisseehitatud termopaaridega, mis näitasid, et süsteem töötab.
NASA prototüübil (mille võimsus oli 0,4 N / kilovatti) põhinevate arvutuste kohaselt võis elektromagnetiliselt töötav kosmoselaev teha reisi Pluutosse vähem kui 18 kuuga. See on kuus korda vähem, kui nõudis New Horizoni sond, mis liikus kiirusega 58 000 km / h.
Kõlab muljetavaldavalt. Kuid ka sel juhul lendab elektromagnetilistel mootoritel olev laev Proxima Centaurisse 13 000 aastat. Lähedal, kuid siiski mitte piisavalt. Lisaks, kuni selle tehnoloogia kõik punktid on täpikestega seotud, on selle kasutamisest veel vara rääkida.
Tuuma termiline ja tuumaelektriline tõukejõud
Teine võimalus tähtedevahelise lendu teostada on kasutada tuumamootoritega varustatud kosmoselaeva. NASA on selliseid võimalusi uurinud aastakümneid. Tuuma termilise tõukejõuga rakett võiks kasutada uraani- või deuteeriumreaktoreid vesiniku soojendamiseks reaktoris, muutes selle ioniseeritud gaasiks (vesinikplasmaks), mis seejärel suunataks raketi otsikusse, tekitades tõukejõu.
Tuumaenergiaga töötav rakett sisaldab sama reaktorit, mis muundab soojuse ja energia elektrienergiaks, mis seejärel elektrimootorit toidab. Mõlemal juhul tugineb rakett tõukejõu tekitamiseks tuumasünteesile või tuuma lõhustumisele, mitte keemilisele kütusele, millega kõik kaasaegsed kosmoseagentuurid tegutsevad.
Võrreldes keemiliste mootoritega on tuumamootoritel vaieldamatud eelised. Esiteks on see raketikütusega võrreldes praktiliselt piiramatu energiatihedusega. Lisaks tekitab tuumamootor ka suuremat tõukejõudu kui kasutatud kütusekogus. See vähendab vajalikku kütusekogust ning samal ajal konkreetse aparaadi kaalu ja maksumust.
Ehkki termilised tuumaenergia mootorid pole veel kosmosesse jõudnud, on nende prototüübid loodud ja katsetatud ning pakutud on veelgi.
Ja vaatamata kütusesäästu eelistele ja spetsiifilistele impulssidele on parimate kavandatud tuumasoojusmootorite kontseptsioonide maksimaalne spetsiifiline impulss 5000 sekundit (50 kNs / kg). Tuuma lõhustumisel või termotuumasünteesil töötavaid tuumamootoreid kasutades võiksid NASA teadlased kosmoselaeva Marsile toimetada vaid 90 päevaga, kui Punane planeet asub Maast 55 000 000 kilomeetri kaugusel.
Kuid Proxima Centaurisse reisimisel kulub tuumaraketil sajandeid, et kiirendada olulisele murdosale valguse kiirusest. Siis kulub teel mitu aastakümmet ja pärast neid on eesmärgi saavutamisele veel mitu sajandit pärsitud. Asume sihtkohast ikka 1000 aasta kaugusel. Mis sobib planeetidevaheliste missioonide jaoks, mitte nii hea tähtedevaheliste missioonide jaoks.
- 2. osa -
