Cât de mult să zbori până la cea mai apropiată stea. Enciclopedia Spațiului. Universul și structura lui. Țineți vela pe o grindă

În ciuda progreselor semnificative în spațiu, cosmosul este încă un mister pentru pământeni. După ce și-a lăsat literalmente amprenta pe Lună, omul rămâne încă la o distanță de neatins de cele mai apropiate stele, cum ar fi Alpha Centauri. Cu toate acestea, situația se poate schimba în curând.

Dimensiunile Alpha Centauri și Soarele. Kaptsov Ruslan | Wikimedia Commons

Faimosul fizician teoretic englez Stephen Hawking și miliardarul rus Yuri Milner vor studia pe 12 aprilie potențiala zonă locuibilă a sistemului Alpha Centauri.

Calea către cea mai apropiată stea de Pământ este de peste 4,3 ani lumină pentru a o depăși pentru nanodispozitivele care vor fi lansate ca parte a proiectului starhot revoluționar, va dura aproximativ 20 de ani. Cu toate acestea, implementarea practică a proiectului este puțin probabil să înceapă în următorii ani, așa că deocamdată rămâne doar să studiem partea teoretică a problemei. Da, lucrare științifică știință vie prezintă cinci dintre cele mai curioase fapte despre Alpha Centauri.

1. Alpha Centauri nu este o stea.

Conform clasificării NASA, Alpha Centauri nu este o stea, ci un sistem stelar. Este format din trei stele. Proxima Centauri este cea mai apropiată de Pământ, dar este și cea mai slabă a trinității stelare. Celelalte două stele - Alpha Centauri A și B - sunt o stea dublă, vizual mult mai strălucitoare. Cu toate acestea, acestea nu sunt situate direct unul lângă celălalt.

Pentru comparație, Pământul este situat la o distanță de aproximativ 150 de milioane de kilometri de Soare. Distanța dintre Alpha Centauri A și B este de aproximativ 23 de ori mai mare decât această valoare și este aproximativ comparabilă cu distanța de la Soare la Uranus.

2. Distanța de la Pământ la Alpha Centauri este uriașă

Proxima Centauri este situată la o distanță de 39.900.000.000.000 de kilometri de Pământ, ceea ce este aproximativ egal cu 4,22 ani lumină. Adică, dacă omenirea avea nave spațiale capabile să se miște cu viteza luminii, călătoria către cea mai apropiată stea a durat 4,22 ani, iar până la Alpha Centauri A și B - aproximativ 4,35 ani.

3. Există o planetă în sistemul Alpha Centauri

În 2012, oamenii de știință au anunțat descoperirea în sistemul Alpha Centauri a unei planete comparabile ca dimensiune și masă cu Pământul. Orbitează în jurul Alpha Centauri B.

Se presupune că suprafața acestei planete, care se numește Alpha Centauri Bb, este acoperită cu lavă topită, deoarece este situată foarte aproape de stea însăși - la o distanță de aproximativ 6 milioane de kilometri. Prezența acestei planete le dă oamenilor de știință speranța că ar putea exista o altă planetă în sistemul Alpha Centauri în așa-numita „zonă locuibilă”, cu apă lichidă la suprafață și nori în atmosferă.

4. Alpha Centauri - o „bătrână” strălucitoare

Alpha Centauri A este a patra cea mai strălucitoare stea de pe cerul nopții. Ea aparține categoriei de stele galbene, precum Soarele, depășind-o în dimensiune cu aproximativ 25%. Alpha Centauri B este o stea portocalie, puțin mai mică decât Soarele. Proxima Centauri, dimpotrivă, este de șapte ori mai mică decât Soarele și aparține categoriei unei pitici roșii.

În plus, toate cele trei stele sunt mai vechi decât Soarele. Dacă vârsta stelei noastre este de aproximativ 4,6 miliarde de ani, atunci stelele din sistemul Alpha Centauri au aproximativ 4,85 miliarde de ani.

5. Emisfera sudică știe mai bine

Alpha Centauri nu este vizibil în cea mai mare parte a emisferei nordice, și anume, cei care trăiesc peste 29 de grade latitudine nordică.

Dar observatorii din emisfera sudică o pot vedea cu ochiul liber pe cerul nopții. Trebuie doar să găsiți constelația Crucii de Sud pe cer și apoi să priviți spre stânga de-a lungul părții orizontale a crucii până când apare un punct strălucitor. Vara, locuitorii statelor americane Florida și Texas, precum și părți din Mexic, pot observa Alpha Centauri direct deasupra orizontului.

19:44 30/01/2016

0 👁 1 060

La un moment dat în viață, fiecare dintre noi și-a pus această întrebare: cât timp durează să zbori? Este posibil să faci un astfel de zbor într-o singură viață umană, pot astfel de zboruri să devină norma vieții de zi cu zi? Există multe răspunsuri la această întrebare complexă, în funcție de cine întreabă. Unele sunt simple, altele sunt mai dificile. Pentru a găsi un răspuns cuprinzător, sunt prea multe lucruri de luat în considerare.

Din păcate, nu există estimări reale care să ajute la găsirea unui astfel de răspuns, iar acest lucru este frustrant pentru futurologi și pasionații de călătorii interstelare. Ne place sau nu, spațiul este foarte mare (și complex), iar tehnologia noastră este încă limitată. Dar dacă vom decide vreodată să părăsim „cuibul nativ”, vom avea mai multe modalități de a ajunge la cel mai apropiat sistem stelar din al nostru.

În viitor, dacă omenirea dorește să părăsească sistemul solar, vom avea o selecție uriașă de stele spre care să mergem, iar multe dintre ele ar putea avea condiții favorabile pentru viață. Dar unde mergem și cât timp ne va dura să ajungem acolo? Nu uitați că toate acestea sunt doar speculații și nu există linii directoare pentru călătoriile interstelare în acest moment. Ei bine, după cum a spus Gagarin, să mergem!

Atinge stea

După cum am menționat deja, cea mai apropiată stea de sistemul nostru solar este Proxima Centauri și, prin urmare, are foarte mult sens să începem să planificați o misiune interstelară de la ea. Ca parte a sistemului de stele triple Alpha Centauri, Proxima se află la 4,24 ani lumină (1,3 parsecs) de Pământ. Alpha Centauri este, de fapt, cea mai strălucitoare stea dintre cele trei din sistem, parte a unui sistem binar strâns la 4,37 ani lumină de Pământ - în timp ce Proxima Centauri (cea mai slabă dintre cele trei) este o pitică roșie izolată la 0,13 ani lumină distanță. dintr-un sistem dual.

Și în timp ce conversațiile despre călătoriile interstelare evocă gânduri despre tot felul de călătorii „mai rapide decât lumina” (FSL), variind de la viteze warp și găuri de vierme până la unități subspațiale, astfel de teorii sunt fie extrem de fictive (cum ar fi unitatea Alcubierre), fie există doar în science fiction.. Orice misiune în spațiul adânc se va întinde pe generații de oameni.

Deci, începând cu una dintre cele mai lente forme de călătorie în spațiu, cât durează până la Proxima Centauri?

Metode moderne

Problema estimării duratei călătoriei în spațiu este mult mai simplă dacă în ea sunt implicate tehnologiile și corpurile existente în sistemul nostru solar. De exemplu, folosind tehnologia folosită de misiunea New Horizons, se poate ajunge la 16 motoare monopropulsante cu hidrazină în doar 8 ore și 35 de minute.

Există și misiunea SMART-1 a Agenției Spațiale Europene, care s-a mutat pe Lună folosind propulsia ionică. Cu această tehnologie revoluționară, a cărei variantă a fost folosită și de sonda spațială Dawn pentru a ajunge la Vesta, misiunii SMART-1 i-a luat un an, o lună și două săptămâni pentru a ajunge pe Lună.

De la o navă spațială rapidă cu rachetă până la o unitate de ioni frugală, avem câteva opțiuni pentru a vă deplasa în spațiul local - în plus, poate fi folosită ca o praștie gravitațională uriașă. Cu toate acestea, dacă intenționăm să mergem puțin mai departe, va trebui să creștem puterea tehnologiei și să explorăm noi oportunități.

Când vorbim despre metode posibile, vorbim despre cele care implică tehnologii existente, sau cele care încă nu există, dar sunt fezabile din punct de vedere tehnic. Unele dintre ele, după cum veți vedea, sunt testate în timp și confirmate, în timp ce altele rămân sub semnul întrebării. Pe scurt, ele reprezintă un scenariu posibil, dar foarte consumator de timp și costisitor financiar pentru a călători chiar și la cea mai apropiată stea.

Mișcare ionică

Acum, cea mai lentă și mai economică formă de propulsie este propulsia ionică. Cu câteva decenii în urmă, mișcarea ionică era considerată subiectul science fiction-ului. Dar în anii recenti tehnologiile de sprijinire a propulsoarelor ionice au trecut de la teorie la practică și cu mare succes. Misiunea SMART-1 a Agenției Spațiale Europene este un exemplu de misiune de succes pe Lună în 13 luni de mișcare în spirală a Pământului.

SMART-1 folosea propulsoare ionice alimentate cu energie solară, în care energia electrică era colectată de panouri solare și folosită pentru a alimenta motoarele cu efect Hall. A fost nevoie de doar 82 de kilograme de combustibil xenon pentru a ajunge SMART-1 pe Lună. 1 kilogram de combustibil xenon asigură un delta-V de 45 m/s. Aceasta este o formă de mișcare extrem de eficientă, dar departe de a fi cea mai rapidă.

Una dintre primele misiuni care a folosit tehnologia de propulsie ionică a fost misiunea Deep Space 1 la Borrelli în 1998. DS1 a folosit și un motor cu ioni xenon și a folosit 81,5 kg de combustibil. În 20 de luni de tracțiune, DS1 a atins viteze de 56.000 km/h în momentul zburării cometei.

Propulsoarele cu ioni sunt mai economice decât tehnologiile rachete, deoarece împingerea lor pe unitate de masă de propulsor (impuls specific) este mult mai mare. Dar motoarele cu ioni necesită mult timp pentru a accelera până la turații substanțiale, iar turațiile maxime depind de suportul de combustibil și de generarea de energie.

Prin urmare, dacă propulsia ionică este folosită într-o misiune la Proxima Centauri, motoarele trebuie să aibă o sursă puternică de energie (energie nucleară) și rezerve mari de combustibil (deși mai puține decât rachetele convenționale). Dar dacă porniți de la presupunerea că 81,5 kg de combustibil xenon se traduc în 56.000 km/h (și nu vor exista alte forme de mișcare), puteți face calcule.

La o viteză maximă de 56.000 km/h, Deep Space 1 ar dura 81.000 de ani pentru a acoperi cei 4,24 de ani lumină dintre Pământ și Proxima Centauri. În timp, este vorba despre aproximativ 2700 de generații de oameni. Este sigur să spunem că o unitate ionică interplanetară ar fi prea lentă pentru o misiune interstelară cu echipaj.

Dar dacă propulsoarele ionice sunt mai mari și mai puternice (adică, rata de ieșire a ionilor este mult mai rapidă), dacă există suficient combustibil pentru rachete pentru a rezista toți cei 4,24 ani lumină, timpul de călătorie va fi redus semnificativ. Dar va exista încă mult mai mult decât o durată de viață umană.

Manevra gravitațională

Cea mai rapidă cale de a călători în spațiu este utilizarea asistenței gravitaționale. Această metodă implică nava spațială folosind mișcarea relativă (adică orbita) și gravitația planetei pentru a schimba calea și viteza. Manevrele gravitaționale sunt o tehnică de zbor spațial extrem de utilă, mai ales atunci când se folosește Pământul sau o altă planetă masivă (cum ar fi un gigant gazos) pentru accelerare.

Nava spațială Mariner 10 a fost prima care a folosit această metodă, folosind forța gravitațională pentru a se propulsa lateral în februarie 1974. În anii 1980, sonda Voyager 1 a folosit Saturn și Jupiter pentru manevre gravitaționale și accelerație până la 60.000 km/h, urmată de o ieșire în spațiul interstelar.

Misiunea Helios 2, care a început în 1976 și trebuia să exploreze mediul interplanetar între 0,3 UA. e. și 1 a. e. de la Soare, deține recordul pentru cea mai mare viteză dezvoltată cu ajutorul unei manevre gravitaționale. La acea vreme, Helios 1 (lansat în 1974) și Helios 2 dețineau recordul pentru cea mai apropiată apropiere de Soare. Helios 2 a fost lansat de o rachetă convențională și pus pe o orbită foarte alungită.

Datorită excentricității mari (0,54) 190 de zile orbita solară, la periheliu, Helios 2 a reusit sa atinga o viteza maxima de peste 240.000 km/h. Această viteză orbitală a fost dezvoltată doar datorită atracției gravitaționale a Soarelui. Din punct de vedere tehnic, viteza periheliului Helios 2 nu a fost rezultatul unei manevre gravitaționale, ci a unei viteze orbitale maxime, dar nava încă deține recordul pentru cel mai rapid obiect artificial.

Dacă Voyager 1 s-ar îndrepta către pitica roșie Proxima Centauri cu o viteză constantă de 60.000 km/h, ar fi nevoie de 76.000 de ani (sau mai mult de 2.500 de generații) pentru a parcurge această distanță. Dar dacă sonda ar atinge viteza record a lui Helios 2 - o viteză constantă de 240.000 km/h - ar fi nevoie de 19.000 de ani (sau mai mult de 600 de generații) pentru a călători 4.243 de ani lumină. Substanțial mai bun, deși nu aproape de practic.

Motor electromagnetic EM Drive

O altă metodă propusă de călătorie interstelară este unitatea RF cu cavitate rezonantă, cunoscută și sub numele de EM Drive. Propus încă din 2001 de Roger Scheuer, om de știință britanic care a creat Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) pentru a realiza proiectul, motorul se bazează pe ideea că cavitățile electromagnetice cu microunde pot transforma direct energia electrică în forță.

Dacă motoarele electromagnetice tradiționale sunt proiectate pentru a propulsa o anumită masă (cum ar fi particulele ionizate), acest lucru anume sistem de propulsie nu depinde de reacția masei și nu emite radiații direcționate. În general, acest motor a fost întâmpinat cu un scepticism destul de mare, în mare parte pentru că încalcă legea conservării impulsului, conform căreia impulsul sistemului rămâne constant și nu poate fi creat sau distrus, ci doar schimbat cu forța.

Cu toate acestea, experimentele recente cu această tehnologie au condus în mod evident la rezultate pozitive. În iulie 2014, la cea de-a 50-a conferință comună de propulsie AIAA/ASME/SAE/ASEE din Cleveland, Ohio, oamenii de știință avansați de la NASA au anunțat că au testat cu succes un nou design de propulsie electromagnetică.

În aprilie 2015, oamenii de știință de la NASA Eagleworks (parte a Centrului Spațial Johnson) au declarat că au testat cu succes acest motor în vid, ceea ce ar putea indica o posibilă aplicație în spațiu. În iulie același an, o echipă de oameni de știință de la Departamentul de Sisteme Spațiale de la Universitatea de Tehnologie din Dresda și-a dezvoltat propria versiune a motorului și a observat o tracțiune tangibilă.

În 2010, profesorul Zhuang Yang de la Universitatea Politehnică Northwestern din Xi'an, China, a început să publice o serie de articole despre cercetarea ei în tehnologia EM Drive. În 2012, ea a raportat o putere mare de intrare (2,5 kW) și o forță înregistrată de 720 mn. De asemenea, a efectuat teste ample în 2014, inclusiv măsurători de temperatură internă cu termocupluri încorporate, care au arătat că sistemul a funcționat.

Bazat pe un prototip NASA (care a primit o putere estimată de 0,4 N/kilowatt), nava spatiala pe un motor electromagnetic poate face o călătorie la mai puțin de 18 luni. Acesta este de șase ori mai puțin decât necesita sonda New Horizons, care se deplasa cu o viteză de 58.000 km/h.

Sună impresionant. Dar chiar și în acest caz, nava cu motoare electromagnetice va zbura la Proxima Centauri timp de 13.000 de ani. Aproape, dar încă nu suficient. În plus, până când toate e-urile sunt punctate în această tehnologie, este prea devreme să vorbim despre utilizarea sa.

Propulsie nucleară termică și nucleară electrică

O altă posibilitate de a efectua un zbor interstelar este utilizarea unei nave spațiale echipate cu motoare nucleare. NASA a explorat astfel de opțiuni de zeci de ani. O rachetă cu propulsie termică nucleară ar putea folosi reactoare cu uraniu sau deuteriu pentru a încălzi hidrogenul din reactor, transformându-l în gaz ionizat (plasmă de hidrogen), care ar fi apoi direcționat în duza rachetei, generând forță.

O rachetă nucleară cu propulsie electrică include același reactor, care transformă căldura și energia în electricitate, care apoi alimentează un motor electric. În ambele cazuri, racheta se va baza pe fuziunea nucleară sau fisiunea pentru propulsie, mai degrabă decât pe propulsorii chimici pe care funcționează toate agențiile spațiale moderne.

În comparație cu motoarele chimice, motoarele nucleare au avantaje incontestabile. În primul rând, are o densitate de energie practic nelimitată în comparație cu propulsorul. În plus, un motor nuclear va produce și o tracțiune puternică în comparație cu cantitatea de combustibil utilizată. Acest lucru va reduce cantitatea de combustibil necesară și, în același timp, greutatea și costul unui anumit dispozitiv.

Deși motoarele termice energie nucleară până când au plecat în spațiu, prototipurile lor au fost create și testate și au fost oferite chiar mai multe.

Și totuși, în ciuda avantajelor în ceea ce privește economia de combustibil și impulsul specific, cel mai bun concept de motor nuclear termic propus are un impuls specific maxim de 5000 de secunde (50 kN s/kg). Folosind motoare nucleare alimentate de fisiune sau fuziune nucleară, oamenii de știință de la NASA ar putea livra o navă spațială în doar 90 de zile dacă Planeta Roșie s-ar afla la 55.000.000 de kilometri de Pământ.

Dar dacă vorbim despre călătoria către Proxima Centauri, ar dura secole pentru ca o rachetă nucleară să accelereze până la o fracțiune substanțială din viteza luminii. Apoi va fi nevoie de câteva decenii de călătorie, iar după ele încă multe secole de decelerare pe drumul spre țintă. Suntem încă la 1000 de ani de destinație. Ceea ce este bun pentru misiunile interplanetare nu este atât de bun pentru misiunile interstelare.

Nu cu mult timp în urmă, Milner și Hawking au făcut furori cu anunțul proiectului lor Breakthrough Starshot. Proiectul costă 100 de milioane de dolari, care vor fi cheltuiți pentru a studia fezabilitatea tehnică a unui zbor către Alpha Centauri. Faza de inginerie și cercetare va dura un număr de ani, după care dezvoltarea misiunii de zbor către Alpha Centauri în sine va necesita bugetul celui mai mare experiment științific de până acum.

Deci ce se știe acest moment de la dezvoltatorii proiectului?

Concept de sistem care include emițător laser și velă ușoară

Proiectul Breakthrough Starshot, conform autorilor, este o încercare de abordare calatoria in spatiu din Silicon Valley.

Aceasta implică construirea unei serii de lasere în zonele înalte ale Pământului și crearea de nanocrafts speciale - o serie de femtosateliți spațiali care sunt accelerați de radiația acestor lasere.

Componentele sistemului

Nanocrafts sunt nave spațiale robotizate cu o masă de ordinul gramelor, formate din două părți:

1) Modulul electronic StarChip: Legea lui Moore a făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii componentelor electronice. Acest lucru face posibilă crearea de dispozitive gram care transportă camere, propulsoare de fotoni, echipamente de putere, navigație și comunicații, care sunt o sondă spațială complet funcțională. În același timp, costul acestor sonde în producția de masă va fi egal cu costul unui smartphone.

4 camere

Camerele de 2 megapixeli, cu o greutate mai mică de un gram, sunt disponibile la un preț mic. Dezvoltarea lor respectă, de asemenea, legea lui Moore, permițând ca numărul de pixeli pentru aceeași masă a senzorului să se dubleze la fiecare doi ani.

De asemenea, sunt de interes potențialele capabilități ale camerelor care funcționează pe principiul Fourier Capture Flat Array (PFCA). Nu necesită oglinzi, lentile sau alte părți mobile. Ele constau dintr-o serie de elemente semiconductoare care reacționează la lumină în funcție de unghiul său de incidență.

În ceea ce privește volumul, PFCA-urile pot fi de 100.000 de ori mai mici decât cea mai mică cameră de focalizare. Cu toate acestea, în timp ce această tehnologie este la începutul călătoriei sale.

Mona Lisa făcută cu o cameră PFCA.

Înveliș de protecție

Este necesară o acoperire specială pentru a proteja proiectarea nanocrafts-ului de coliziunile cu particulele din spațiul interstelar. Un astfel de material este un aliaj de beriliu-cupru.

Baterie

Designul bateriei reprezintă una dintre cele mai dificile provocări tehnice ale proiectului.

În prezent, plutoniul-238 sau americiul-241 este considerată principala sursă de energie la bord. 150 de grame sunt alocate pentru alimentarea sistemului. Aceasta include masa radioizotopului și a supercondensatorului care va fi încărcat din dezintegrarea nucleară.

Există, de asemenea, idei pentru a profita de încălzirea suprafeței frontale a nanocraftsului (datorită interacțiunii cu praful interstelar). Sursa termică poate furniza 6mW pe centimetru pătrat din suprafața sa în timpul fazei de croazieră a unei misiuni în spațiul interstelar.

Vela ușoară în sine ar putea fi acoperită cu o peliculă subțire de material fotovoltaic, așa cum a fost făcut în misiunea de pânză solară IKAROS din Japonia. Acest lucru poate fi foarte util atunci când vă apropiați de o altă stea în 2 unități astronomice. La o distanță de 1 unitate astronomică, un astfel de material, chiar și cu o eficiență de numai 10%, va putea furniza 2 kW de putere. Aceasta este de peste 100.000 de ori puterea unei surse de energie radioactivă și este probabil să obțină rate de date semnificativ mai mari pentru comunicațiile cu laser.

Comunicare

Orientarea emițătorului la sol

Căutarea Pământului este suficientă sarcină simplă, având în vedere apropierea sa de Soare, o stea foarte strălucitoare când este privită din Alpha Centauri.

Datorită limitei de difracție, diametrul unghiular al unui fascicul de 1 micron pe o antenă de clasă metru ar fi de aproximativ 0,1 secundă de arc. O orientare a acestei precizii poate fi realizată folosind propulsoare fotonice.

Trimiterea de imagini cu un laser folosind o pânză ca antenă

Imaginile planetelor țintă pot fi transmise printr-un laser de un singur watt de la bord, în modul pulsat. Când se apropie de țintă, vela va fi folosită pentru a focaliza semnalul laser.

De exemplu, pentru o velă de 4 m, limita de difracție pentru dimensiunea spotului de pe Pământ ar fi de ordinul a 1000 m. Aproximativ aceeași scară este planificată pentru a face o serie de antene de recepție. Utilizarea unei pânze ca sistem optic poate necesita diferite forme de vele la începutul misiunii (în timpul accelerației) și în timpul fazei de comunicare. Pentru o transmitere mai eficientă a informațiilor, la apropierea țintei, vela poate fi modelată ca o lentilă Fresnel. Datorită efectului Doppler atunci când nanocrafturile sunt deplasate în raport cu Pământul, este necesar să se folosească o undă laser mai scurtă decât cea a sistemului de lansare - acest lucru va permite menținerea unei viteze mari de transmisie prin atmosfera planetei noastre.

Achiziție de imagini cu o serie de emițători laser

Progresele recente ale grupului MIL Lincoln Labs și Jet Propulsion Laboratory au demonstrat capacitatea de a detecta fotoni unici emiși de un laser de la distanțe foarte mari. În prezent, deținătorul recordului este sistemul LADEE, care este capabil să funcționeze la distanțe lunare. Utilizează tehnica nanotuburilor răcite criogenic. Acest lucru permite transmiterea a 2 biți per foton. Sistemul folosește optică de 10 cm pe navă spațială și un telescop de 1 m la sol.

Rețeaua de emițători laser implicați în accelerarea nanocrafts-ului va fi folosită în modul invers ca o rețea de antene de recepție.

vele solare

Integritatea navigării sub putere

În etapa de cercetare, este planificată utilizarea unui laser de 100 gigawați în misiune. Cum ar afecta o astfel de radiație vela solară?

Cel mai perfect material reflectorizant de astăzi este o oglindă dielectrică - un material compozit cu o grosime a stratului potrivită cu lungimea de undă.

O oglindă dielectrică poate reduce cantitatea de căldură absorbită cu 5 ordine de mărime, reflectând 99,999% din radiație.
Pentru un laser de 100 GW și o velă de 4x4m, aceasta înseamnă că fiecare metru pătrat de velă va fi încălzit cu 60 kW de energie. Este mult - aproximativ 50 de ceainice electrice la capacitate maximă. Este dificil să risipiți o astfel de putere prin radiație. Dar, potrivit dezvoltatorilor, aceasta va încălzi vela, dar nu o va topi. Este de așteptat ca, prin utilizarea unei pânze complet dielectrice cu materiale optimizate, va fi posibilă reducerea absorbției sub 9 ordine de mărime de la radiația primită.

Sunt luate în considerare opțiunile de utilizare a materialelor noi precum grafenul.

De asemenea, este posibil să se utilizeze materiale cu absorbție scăzută, chiar și fără reflectivitate mare (ex. sticlă). Materiale similare sunt utilizate în fibra optică la sarcini mari.

Pe lângă protecția din partea velei, electronica modulului StarChip trebuie protejată de fluxul care se apropie. Acest lucru se poate realiza printr-o combinație de geometrie (orientarea electronicii „în profil”, cu o secțiune transversală redusă) și acoperirea celor mai importante componente cu protecție specială. Astfel de acoperiri pot fi soluțiile dielectrice multistrat menționate deja demonstrate în laboratoare. Materialul slab absorbant al velei, împreună cu utilizarea limitată a materialului puternic reflectorizant pentru a proteja electronicele, vor proteja StarChip-ul fără a depăși scara de grame a masei modulului. Pentru producția ulterioară, se studiază un design de microcuburi de siliciu pe un substrat de dioxid de siliciu.

Dispozitiv

Este necesar să se dezvolte un schelet de pânză care să mențină sarcina atunci când dispozitivul accelerează, să fie rezistent la interacțiunea cu mediul interstelar și să poată schimba forma pânzei. În acest moment, sunt luate în considerare o serie de materiale compozite pe bază de grafen, care sunt capabile să își modifice lungimea în funcție de tensiunea electrică aplicată acestora. S-a demonstrat anterior că accelerația centrifugă a maselor mici de la margini poate trage o vela.

Ține-te pe fascicul

Forma fasciculului și aranjamentele velelor ușoare trebuie optimizate pentru stabilitate în timpul fazei de lansare. În această perioadă de aproximativ 10 minute, vela primește 1 terajoule de energie luminoasă. Din acest motiv, chiar și diferențele mici în proprietățile pânzei sau neregularitățile fasciculului vor muta centrul de presiune departe de centrul de masă al velei și vor schimba vectorul de tracțiune al acesteia.

Industria modernă a acoperirilor optice în producția de masă de smartphone-uri și optica telescop este deja la un nivel de calitate acceptabil pentru misiune. Dar materialul final al pânzei nu există încă și trebuie dezvoltat.

emițător laser

Preț

Costul estimat estimat al unei rețele laser pe Pământ se bazează pe extrapolările din ultimele două decenii, precum și pe perspectiva unei producții în masă mai ieftine.

Costul amplificatoarelor cu laser a scăzut exponențial din 1990 până în 2015, înjumătățindu-se în fiecare an și jumătate. Dacă tendința va continua, construcția unui emițător mare în următoarele decenii va costa cu câteva ordine de mărime mai ieftin.

În timp ce dezvoltatorii compară costul cu cel mai mare proiect științificîn lume. Acesta ar putea fi, de exemplu, ISS (în valoare de 157 miliarde USD) sau reactorul experimental de fuziune ITER (15 miliarde USD).

Fază

Pentru a testa capacitățile sistemului, a fost studiat cazul cu o velă la scară de metru. De exemplu, pentru a focaliza un fascicul de lumină pe o velă de 4x4m la o distanță de 200 de mii de kilometri, este necesar un unghi de focalizare de 2 nanoradiani (0,4 milisecunde arc). Aceasta este limita de difracție pentru un emițător laser kilometric care funcționează la o lungime de undă de 1 micron.

Interferometria pentru Telescopul Event Horizon a demonstrat capacitatea de a obține acuratețe subnanoradiană la o lungime de undă de 1 mm.

Atmosfera

Atmosfera introduce două efecte:

Absorbție (încălcarea integrității transmisiei)
- scaderea calitatii fasciculului (fasciul neclar)

Capacitatea de transmisie a atmosferei la o lungime de unda de 1 micron este foarte buna - mai mult de 90% pentru obiectele situate sus in munti. Cu această aranjare a instalației, aceasta va reduce estomparea fasciculului în atmosferă, ceea ce va permite opticii adaptive să se apropie cât mai aproape de limita de difracție. Turbulența atmosferică, care estompează fasciculul, este de aproximativ 4 ori mai mică la 5 km decât la nivelul mării. Efectul atmosferei poate fi uniformizat și mai mult prin corectarea modului de funcționare al emițătorilor laser folosind un far în spațiu.

Proiectul Breakthrough Starshot vrea să atingă o limită de difracție pentru sistemele laser optice de 0,2-1 km. Aceasta este cu 1-2 ordine de mărime mai bună decât soluțiile existente, dar nu există limitări fundamentale în atingerea acestui obiectiv.

Lansa:

Precizie de îndreptare pe un metru vele

Emițătorul laser trebuie să se concentreze pe un loc al velei mai mic decât dimensiunea pânzei în sine pe o orbită de 60.000 km deasupra pământului.
Indicarea cu laser trebuie să fie coordonată cu poziția sistemului stelar Alpha Centauri, astfel încât sistemul să treacă în două unități astronomice. Utilizarea propulsoarelor fotonice va face posibilă corectarea cursului cu 1-2 unități astronomice.

În problema poziționării grindă, principala problemă este menținerea vela pe grindă. Depinde de mărimea velei și de distanța până la aceasta. Pentru o velă lungă de un metru, distanța de operare pentru lansare poate ajunge la câteva milioane de kilometri. Precizia de țintire necesară la o astfel de distanță este de câteva milisecunde de arc. Există mai multe moduri de a rezolva această problemă.
Modelul atmosferic este calibrat folosind radar, fascicul laser și măsurători optice în timp real. Acest lucru va obține precizia de poziționare necesară.

Majoritatea telescoapelor terestre (de exemplu, telescopul Keck) au o precizie de ordinul a câteva secunde de arc și sunt limitate în capacitatea lor de a urmări obiecte în modul de 100 milisecunde de arc. În scopul misiunii, este necesară o îmbunătățire semnificativă a preciziei.
Cu toate acestea, generarea unui fascicul laser de către un sistem phased array cu un sistem de urmărire a farului (pentru a corecta influența atmosferei) al navei spațiale poate obține precizia necesară.

Țineți vela pe o grindă

Există o serie de efecte care fac această sarcină dificilă. Acestea sunt instabilitatea fasciculului, modurile de operare laser, forțele care acționează asupra velei, încălzirea velei, neomogenitățile atmosferice cauzate de energia emițătorilor.

Problemele de mai sus pot fi rezolvate prin rotirea pânzei și reglarea formei atât a pânzei, cât și a fasciculului de raze care vin spre ea. Feedback-ul va ajuta la funcționarea emițătorilor laser, dar un timp scurt zborul necesită auto-stabilizare a sistemului.

O abordare promițătoare este de a oferi velei o formă specială care să-i stabilizeze poziția pe grindă. Adică, în timpul rotației, vela va fi afectată de astfel de cupluri și forțe care vor tinde să-și restabilească orientarea. Tremorul de înaltă frecvență va reduce cantitatea totală de putere transmisă vela, dar o bună dinamică a velei poate reduce susceptibilitatea velei la interferențe peste o anumită frecvență.

Deoarece va fi utilizată o matrice în faze pentru formarea fasciculului, profilul fasciculului poate fi modelat pentru a maximiza capacitatea velei de a-și menține propria poziție pe fascicul, chiar și fără un mecanism de feedback.

Producerea și stocarea energiei

Producția și stocarea energiei reprezintă o provocare tehnologică.
Generarea a 100 GW de putere și livrarea acesteia în câteva minute este destul de realizabilă la nivelul actual de tehnologie. Centralele electrice pe gaze naturale pot genera energie la un cost de 0,1 USD per kilowatt-oră.
Acum sunt de asemenea disponibile baterii și supercondensatori care pot oferi capacitatea de stocare necesară la un preț rezonabil.

Determinarea precisă a poziției orbitale a unei exoplanete

Pentru a livra o nanoaeronava unei exoplanete cu o precizie de 1 unitate astronomică, poate fi necesar să se țină seama cu precizie de toate corpurile masive din apropierea traiectoriei de zbor.
O parte din informații pot fi colectate de primele misiuni ale proiectului și luate în considerare în lansările ulterioare. De asemenea, se fac eforturi pentru a înțelege mai bine efemeridele - pozițiile orbitale ale obiectelor mari în momente specifice care pot afecta traiectoria mișcării. Aceasta include colaborări cu cele mai mari telescoape din emisfera sudică, inclusiv Very Large Telescopes și Gemeni.

Etapa croazierei:

praf interstelar

Pe baza estimărilor densității prafului în mediul interstelar cel mai apropiat de noi, în timpul călătoriei către Alpha Centauri, fiecare centimetru pătrat al secțiunii frontale a modulului electronic StarChip și a velei ușoare se vor ciocni cu aproximativ 1000 de particule de praf cuprinse între dimensiune de la 100 de nanometri și mai mare. Cu toate acestea, probabilitatea unei coliziuni cu o particulă de 1 micrometru pe toată durata zborului este de aproximativ 10%. Și probabilitatea de a întâlni particule mai mari este neglijabilă.

O particulă de praf de 100 de nanometri, care se deplasează cu o viteză de 20% din viteza luminii, va pătrunde în modulul electronic la o adâncime de aproximativ 0,4 mm. Pentru a evalua efectul, se dau calcule pentru un modul cu dimensiunile de 10cm x 0.1mm. Aria secțiunii transversale a unui astfel de modul este de 0,1 cm2. Un strat de protecție din bronz beriliu aplicat pe partea din față a unui astfel de modul poate oferi protecție împotriva prafului și a eroziunii. Dacă este necesar, geometria StarChip-ului poate fi modificată (de exemplu, sub forma unui „ac”) pentru a reduce și mai mult aria secțiunii transversale.

Vela în sine, pentru a minimiza daunele, poate fi pliată într-o configurație mai raționalizată în timpul fazei de croazieră a zborului.

Momentul de impact al unei particule de 100 nm este relativ mic și poate fi compensat de propulsoare de fotoni.

Influența prafului interplanetar în sistemul solar este neglijabilă în comparație cu praful interstelar. Se știu puține despre prezența prafului în sistemul Alpha Centauri.

Mediu interstelar și raze cosmice

Calea liberă medie și raza Larmor a particulelor de plasmă interstelară sunt mult mai mari decât dimensiunea nanocraftului. Aceasta înseamnă că astfel de particule vor afecta pereții independent unul de celălalt, fără a forma un șoc de impact.

Protonii din plasma interstelară cu o viteză de 20% din viteza luminii vor afecta nanocraftul cu energii cinetice de 18 MeV, iar electronii vor avea o energie de 10,2 keV. În acest caz, nu contează dacă protonul și electronul sunt combinate într-un atom de hidrogen sau sosesc separat. Eroziunea suprafeței nanocraft va avea loc din cauza pulverizării. Numărul de atomi astfel pulverizați va fi de ordinul a 1000 per cm 2 . Pierderea totală de masă a suprafeței frontale a dispozitivului va fi de doar câteva straturi.

Protonii cu o energie de 18 MeV vor pătrunde la o adâncime de ordinul a câțiva milimetri. Prin urmare, va fi necesar un strat de protecție capabil să oprească astfel de particule pentru a evita deteriorarea componentelor electronice.

Razele cosmice sunt mult mai puțin rare decât protonii interstelari și, prin urmare, pot fi ignorate. Ciocnirile cu elemente mai grele trebuie atenuate printr-un înveliș protector: nucleele de heliu au energii de ordinul a 72 MeV și numărul lor este de aproximativ 10% din numărul de protoni liberi. Nucleele elementelor carbon, azot și oxigen poartă energii de 200-300 MeV și sunt prezenți în cantitate de 0,01% din total.
Pentru a dezvolta tehnologii de protecție, este necesar să se efectueze experimente de laborator pentru ionii care se deplasează cu 20% din viteza luminii și se ciocnesc cu un corp solid.

Ciocnirile cu ionii și electronii interstelari ar putea avea, teoretic, propriile avantaje: ar putea oferi nanocraftului un potențial de până la 10 kV (energie cinetică per electron). Suprafața frontală a nanoambarcațiunilor se va încălzi cu o rată de 6 mW/cm2, ceea ce va oferi o mică sursă de energie termoelectrică atunci când călătorește prin mediul interstelar.

Să zicem că pământul se termină. Soarele este pe cale să explodeze în timp ce un asteroid de dimensiunea Texasului se apropie de planetă. Orase mari populate de zombi, iar în mediul rural, fermierii lucrează din greu la plantarea porumbului, deoarece alte culturi sunt pe moarte. Trebuie să părăsim urgent planeta, dar problema este că nu au fost găsite găuri de vierme în regiunea Saturn, iar motoarele superluminale din galaxie departe, departe nu a adus. Cea mai apropiată stea se află la mai mult de patru ani lumină distanță. Va putea omenirea să-l realizeze, având tehnologii moderne? Răspunsul nu este atât de evident.

Este puțin probabil ca cineva să susțină că o catastrofă de mediu globală care va pune în pericol existența întregii vieți de pe Pământ se poate întâmpla doar în cinematograf. Pe planeta noastră au avut loc de mai multe ori extincții în masă, timp în care până la 90% au murit. specii existente. Pământul a cunoscut perioade de glaciare globală, s-a ciocnit cu asteroizi, a trecut prin explozii de activitate vulcanică.

Desigur, chiar și în timpul celor mai teribile dezastre, viața nu a dispărut niciodată complet. Dar nu același lucru se poate spune despre speciile care dominau la acea vreme, care se stingeau, făcând loc altora. Cine este specia dominantă acum? Exact.

Este posibil ca oportunitatea de a vă părăsi casa și de a merge la stele în căutarea unuia nou poate salva într-o zi omenirea. Cu toate acestea, nu merită să sperăm că unii binefăcători cosmici ne vor deschide calea către stele. Merită să ne dăm seama care sunt posibilitățile noastre teoretice de a ajunge singuri la stele.

arca spațială

În primul rând, îmi vin în minte motoarele tradiționale cu propulsie chimică. ÎN în prezent patru vehicule terestre (toate au fost lansate în anii 1970) au reușit să atingă a treia viteză spațială, suficientă pentru a părăsi sistemul solar pentru totdeauna.

Cel mai rapid dintre ele, Voyager 1, s-a îndepărtat de Pământ la o distanță de 130 UA în cei 37 de ani de la lansare. (unități astronomice, adică 130 de distanțe de la Pământ la Soare). În fiecare an, dispozitivul depășește aproximativ 3,5 AU. Distanța până la Alpha Centauri este de 4,36 ani lumină, sau 275.725 UA. La această viteză, navei spațiale ar avea nevoie de aproape 79.000 de ani pentru a ajunge la steaua vecină. Pentru a spune ușor, așteptarea va fi lungă.

Fotografie a Pământului (de deasupra săgeții) de la o distanță de 6 miliarde de kilometri, făcută de Voyager 1. Nava spațială a parcurs această distanță în 13 ani.

Puteți găsi o modalitate de a zbura mai repede sau puteți doar să acceptați și să zburați timp de câteva mii de ani. Apoi punctul final la care ajung numai descendenţii îndepărtaţi ai celor care au pornit în călătorie. Aceasta este tocmai ideea așa-numitei nave a generațiilor - arca spațială, care este un ecosistem închis conceput pentru o călătorie lungă.

În ficțiune, există multe povești diferite despre navele generațiilor. Despre ele au fost scrise de Harry Garrison („Universul captiv”), Clifford Simak („Generație realizată”), Brian Aldiss („Non-Stop”), de la scriitori mai moderni - Bernard Werber („Fluturele stelelor”). Destul de des, descendenții îndepărtați ai primilor locuitori uită în general de unde au zburat și care este scopul călătoriei lor. Sau chiar începeți să credeți că întreaga lume existentă este redusă la o navă, așa cum, de exemplu, se spune în romanul lui Robert Heinlein Copii vitregi ai universului. Un alt complot interesant este prezentat în al optulea episod al celui de-al treilea sezon al clasicului Star Trek, în care echipajul Enterprise încearcă să prevină o coliziune între o navă generațională ai cărei locuitori au uitat de misiunea lor și o planetă locuibilă la care a fost. rubrica.

Avantajul navei de generație este că această opțiune nu va necesita motoare fundamental noi. Cu toate acestea, va fi necesar să se dezvolte un ecosistem auto-susținut care să poată exista fără provizii externe timp de multe mii de ani. Și nu uitați că oamenii se pot ucide pur și simplu unii pe alții.

Desfășurat la începutul anilor 1990 sub o cupolă închisă, experimentul Biosphere-2 a demonstrat o serie de pericole care le pot aștepta pe oameni în timpul unei astfel de călătorii. Aceasta este împărțirea rapidă a echipei în mai multe grupuri ostile între ele și reproducerea necontrolată a dăunătorilor, care a cauzat lipsa de oxigen în aer. Chiar și vântul obișnuit, după cum sa dovedit, joacă un rol crucial - fără balansare regulată, copacii devin fragili și se rup.

Pentru a rezolva multe dintre problemele unui zbor lung va ajuta tehnologia, scufundând oamenii în animație prelungită suspendată. Atunci nici conflictele nu sunt groaznice, nici plictiseala, iar sistemul de susținere a vieții va necesita un minim. Principalul lucru este să îi furnizezi energie pentru o lungă perioadă de timp. De exemplu, cu ajutorul unui reactor nuclear.

Legat de tema navei generațiilor este un paradox foarte interesant numit Wait Calculation, descris de omul de știință Andrew Kennedy. Conform acestui paradox, de ceva timp după ce prima navă a generațiilor a fost trimisă pe Pământ, pot fi descoperite moduri noi, mai rapide de mișcare, care vor permite navelor care încep mai târziu să-i depășească pe coloniștii inițiali. Deci este posibil ca până la momentul sosirii destinația să fie deja suprapopulată de descendenții îndepărtați ai colonialiștilor care au pornit mai târziu.

Instalații pentru animație suspendată în filmul „Alien”.

Călărind pe o bombă nucleară

Să presupunem că nu suntem mulțumiți că urmașii urmașilor noștri vor ajunge la stele și noi înșine dorim să ne expunem fața la razele unui soare străin. În acest caz, nu se poate face fără o navă spațială capabilă să accelereze la viteze care o vor livra unei stele vecine în mai puțin de o viață umană. Și aici vechea bombă nucleară bună va ajuta.

Idee navă asemănătoare apărut la sfârșitul anilor 1950. Nava spațială a fost proiectată să zboare înăuntru sistem solar, dar ar putea fi bine folosit pentru călătorii interstelare. Principiul funcționării sale este următorul: o placă blindată puternică este instalată în spatele pupei. Din nava spațială în direcția opusă zborului, încărcăturile nucleare de mică putere sunt ejectate uniform, care sunt detonate la o distanță mică (până la 100 de metri).

Încărcările sunt proiectate în așa fel încât majoritatea produselor de explozie să fie direcționate către coada navei spațiale. Placa reflectorizanta preia impulsul si il transmite navei prin sistemul amortizor (fara acesta suprasarcinile vor fi fatale pentru echipaj). Placa reflectorizantă este protejată împotriva deteriorării de către un fulger de lumină, radiații gamma și plasmă la temperatură înaltă printr-un strat de lubrifiant de grafit, care este re-pulverizat după fiecare explozie.

Proiectul NERVA este un exemplu de motor de rachetă nucleară.

La prima vedere, o astfel de schemă pare o nebunie, dar este destul de viabilă. În timpul unuia dintre testele nucleare de pe atolul Eniwetok, sfere de oțel acoperite cu grafit au fost plasate la 9 metri de centrul exploziei. După testare, acestea au fost găsite intacte, dovedind eficiența protecției cu grafit pentru navă. Dar a semnat în 1963 „Tratatul privind interzicerea testelor de arme nucleare în atmosferă, spațiul cosmicși sub apă” a pus capăt acestei idei.

Arthur C. Clarke a vrut să alimenteze nava spațială Discovery One din 2001: A Space Odyssey cu un fel de propulsie nucleară explozivă. Cu toate acestea, Stanley Kubrick i-a cerut să renunțe la idee, temându-se că publicul o va considera o parodie a filmului său Dr. Strangelove, sau How I Stopped Being Afraid and Loved the Atomic Bomb.

Ce viteză poate fi dezvoltată cu o serie de explozii nucleare? Majoritatea informațiilor există despre proiectul exploziv Orion, care a fost dezvoltat la sfârșitul anilor 1950 în Statele Unite, cu participarea oamenilor de știință Theodore Taylor și Freeman Dyson. Era planificat accelerarea navei de 400.000 de tone la 3,3% din viteza luminii - atunci zborul către sistemul Alpha Centauri ar fi durat 133 de ani. Cu toate acestea, conform estimărilor actuale, o navă poate fi accelerată la 10% din viteza luminii într-un mod similar. În acest caz, zborul va dura aproximativ 45 de ani, ceea ce va permite echipajului să supraviețuiască înainte de a ajunge la destinație.

Desigur, construcția unei astfel de nave este o afacere foarte costisitoare. Dyson estimează că Orion ar fi costat aproximativ 3 trilioane de dolari în dolari de astăzi pentru a construi. Dar dacă aflăm că o catastrofă globală ne va amenința planeta, atunci este probabil ca o navă cu un motor cu impulsuri nucleare să devină ultima șansă de supraviețuire a umanității.

gigant gazos

O dezvoltare ulterioară a ideilor Orion a fost proiectul navei spațiale fără pilot Daedalus, care a fost dezvoltat în anii 1970 de un grup de oameni de știință de la British Interplanetary Society. Cercetătorii și-au propus să proiecteze o navă spațială fără pilot capabilă să ajungă la una dintre cele mai apropiate stele în timpul vieții umane, Cercetare științificăși transmite informațiile primite pe Pământ. Condiția principală pentru studiu a fost utilizarea în proiect a tehnologiilor existente sau prevăzute în viitorul apropiat.

Ținta zborului a fost Steaua lui Barnard, situată la o distanță de 5,91 ani lumină de noi - în anii 1970 se credea că mai multe planete se învârteau în jurul acestei stele. Acum știm că nu există planete în acest sistem. Dezvoltatorii Daedalus și-au propus să creeze un motor care să poată livra nava la destinație într-un timp care să nu depășească 50 de ani. Drept urmare, au venit cu ideea unui aparat în două etape.

Accelerația necesară a fost asigurată de o serie de explozii nucleare de mică putere care au avut loc în interiorul unui sistem special de propulsie. Ca combustibil au fost folosite granule microscopice dintr-un amestec de deuteriu și heliu-3, iradiate de un fascicul de electroni de înaltă energie. Potrivit proiectului, în motor ar fi trebuit să aibă loc până la 250 de explozii pe secundă. Duza era un câmp magnetic puternic creat de centralele electrice ale navei.

Conform planului, prima etapă a navei a funcționat timp de doi ani, accelerând nava la 7% din viteza luminii. Daedalus și-a aruncat apoi sistemul de propulsie uzat, eliminând cea mai mare parte a masei sale și și-a lansat a doua etapă, ceea ce i-a permis să accelereze până la viteza sa finală de 12,2% din lumină. Acest lucru ar fi făcut posibilă ajungerea la Barnard's Star la 49 de ani de la lansare. Ar mai dura încă 6 ani pentru a transmite un semnal către Pământ.

Masa totală a lui Daedalus a fost de 54.000 de tone, dintre care 50.000 erau combustibil termonuclear. Cu toate acestea, presupusul heliu-3 este extrem de rar pe Pământ - dar este abundent în atmosferele giganților gazosi. Prin urmare, autorii proiectului intenționau să producă heliu-3 pe Jupiter folosind o plantă automată „plutitoare” în atmosfera sa; întregul proces de exploatare ar dura aproximativ 20 de ani. Pe aceeași orbită a lui Jupiter, trebuia să efectueze asamblarea finală a navei, care urma să se lanseze apoi către un alt sistem stelar.

Cel mai dificil element din întregul concept Daedalus a fost tocmai extragerea heliului-3 din atmosfera lui Jupiter. Pentru a face acest lucru, a fost necesar să zburați la Jupiter (care, de asemenea, nu este atât de ușor și rapid), să stabiliți o bază pe unul dintre sateliți, să construiți o uzină, să depozitați combustibil undeva ... Și asta ca să nu mai vorbim de radiația puternică. curele în jurul gigantului gazos, ceea ce, în plus, ar îngreuna viața tehnicienilor și inginerilor.

O altă problemă a fost că Daedalus nu a putut să încetinească și să orbiteze în jurul Stelei lui Barnard. Nava și sondele pe care le-a lansat ar trece pur și simplu pe lângă stea de-a lungul unei traiectorii de zbor, depășind întregul sistem în câteva zile.

Acum, un grup internațional de douăzeci de oameni de știință și ingineri, care operează sub auspiciile Societății Interplanetare Britanice, lucrează la proiectul navei spațiale Icarus. „Icarus” este un fel de „remake” a lui Daedalus, ținând cont de cunoștințele și tehnologia acumulate în ultimii 30 de ani. Unul dintre principalele domenii de lucru este căutarea altor tipuri de combustibil care ar putea fi produs pe Pământ.

Cu viteza luminii

Este posibil să accelerezi o navă spațială la viteza luminii? Această problemă poate fi rezolvată în mai multe moduri. Cel mai promițător dintre ele este un motor de anihilare bazat pe antimaterie. Principiul funcționării sale este următorul: antimateria este alimentată în camera de lucru, unde intră în contact cu materia obișnuită, generând o explozie controlată. Ionii generați în timpul exploziei sunt ejectați prin duza motorului, creând tracțiune. Dintre toate motoarele posibile, motorul de anihilare teoretic face posibilă realizarea cele mai mari viteze. Interacțiunea materiei și antimateriei eliberează o cantitate enormă de energie, iar viteza de ieșire a particulelor formate în timpul acestui proces este apropiată de viteza luminii.

Dar apoi este problema extragerii combustibilului. Antimateria în sine a încetat de mult să mai fie science fiction - oamenii de știință au reușit pentru prima dată să sintetizeze antihidrogen în 1995. Dar este imposibil să-l obțineți în cantități suficiente. În prezent, antimateria poate fi obținută doar cu ajutorul acceleratorilor de particule. În același timp, cantitatea de substanță pe care o creează este măsurată în fracțiuni minuscule de grame, iar costul acesteia este sume astronomice. Pentru o miliardime dintr-un gram de antimaterie, oamenii de știință de la Centrul European de Cercetări Nucleare (același în care a fost creat Marele Colizător de Hadroni) au fost nevoiți să cheltuiască câteva sute de milioane de franci elvețieni. Pe de altă parte, costul de producție va scădea treptat și poate ajunge la valori mult mai acceptabile în viitor.

În plus, va trebui să găsim o modalitate de a stoca antimateria - la urma urmei, atunci când intră în contact cu materia obișnuită, este anihilata instantaneu. O soluție este să răcești antimateria la temperaturi ultra-scăzute și să folosești capcane magnetice pentru a preveni contactul acesteia cu pereții rezervorului. În acest moment, timpul de stocare record pentru antimaterie este de 1000 de secunde. Nu ani, desigur, dar ținând cont de faptul că pentru prima dată antimateria a fost păstrată doar 172 de milisecunde, există progrese.

Și chiar mai repede

Numeroase filme științifico-fantastice ne-au învățat că poți ajunge la alte sisteme stelare mult mai repede decât în ​​câțiva ani. Este suficient să pornești unitatea warp sau hyperspace, să te apleci confortabil pe scaun - și în câteva minute te vei afla de cealaltă parte a galaxiei. Teoria relativității interzice călătoriile cu viteze mai mari decât viteza luminii, dar în același timp lasă lacune pentru a ocoli aceste restricții. Dacă am putea rupe sau întinde spațiu-timp, am putea călători mai repede decât lumina fără a încălca nicio lege.

Decalajul din spațiu este cunoscut mai frecvent ca o gaură de vierme, sau gaură de vierme. Din punct de vedere fizic, este un tunel care leagă două regiuni îndepărtate ale spațiu-timpului. De ce să nu folosiți un astfel de tunel pentru a călători în spațiul profund? Faptul este că crearea unei astfel de găuri de vierme necesită prezența a două singularități în puncte diferite ale universului (acesta este ceea ce se află dincolo de orizontul de evenimente al găurilor negre - de fapt, gravitația în forma sa cea mai pură), care poate sparge spațiul - timp, creând un tunel care permite călătorilor să „tăie” calea prin hiperspațiu.

În plus, pentru a menține un astfel de tunel într-o stare stabilă, este necesar ca acesta să fie umplut cu materie exotică cu energie negativă - iar existența unei astfel de materii nu a fost încă dovedită. În orice caz, doar o super-civilizație poate crea o gaură de vierme, care va fi cu multe mii de ani înaintea actualei în dezvoltare și ale cărei tehnologii, din punctul nostru de vedere, vor arăta ca o magie.

A doua opțiune, mai accesibilă, este „întinderea” spațiului. În 1994, fizicianul teoretician mexican Miguel Alcubierre a sugerat că era posibil să-i schimbe geometria prin crearea unui val care comprimă spațiul din fața navei și îl extinde în spate. Astfel, nava se va afla într-o „bulă” de spațiu curbat, care ea însăși se va mișca mai repede decât lumina, astfel încât nava să nu încalce principiile fizice fundamentale. Potrivit lui Alcubierre însuși, .

Adevărat, omul de știință însuși a considerat că ar fi imposibil să se implementeze o astfel de tehnologie în practică, deoarece aceasta ar necesita o cantitate colosală de masă-energie. Primele calcule au dat valori peste masa întregului Univers existent, perfecționările ulterioare l-au redus la „doar” Jupiter.

Dar în 2011, Harold White, care conduce grupul de cercetare Eagleworks de la NASA, a efectuat calcule care au arătat că, dacă modifici unii parametri, atunci Alcubierre ar putea avea nevoie să creeze o bulă în care mai putina energie decât se credea anterior și nu va mai fi necesară reciclarea întregii planete. Grupul lui White lucrează acum la posibilitatea unei „bule Alcubierre” în practică.

Dacă experimentele arată rezultate, acesta va fi primul pas mic către crearea unui motor care vă permite să călătoriți de 10 ori mai repede decât viteza luminii. Desigur, o navă spațială care folosește bula Alcubierre va călători multe zeci sau chiar sute de ani mai târziu. Dar însăși perspectiva că acest lucru este de fapt posibil este deja uluitoare.

Zborul Valchiriei

Aproape toate modelele de nave stelare propuse au un dezavantaj semnificativ: cântăresc zeci de mii de tone, iar crearea lor necesită un număr mare de lansări și operațiuni de asamblare pe orbită, ceea ce crește costul construcției cu un ordin de mărime. Dar dacă omenirea tot învață să primească un numar mare de antimaterie, va avea o alternativă la aceste structuri voluminoase.

În anii 1990, scriitorul Charles Pelegrino și fizicianul Jim Powell au propus un design pentru o navă cunoscută sub numele de Valkyrie. Poate fi descris ca ceva ca un tractor spațial. Nava este un pachet de două motoare de anihilare conectate între ele printr-un cablu rezistent de 20 de kilometri lungime. În centrul pachetului sunt mai multe compartimente pentru echipaj. Nava folosește primul motor pentru a câștiga viteză aproape de lumină, iar al doilea - pentru a-l stinge atunci când intră pe orbita în jurul stelei. Datorită utilizării unui cablu în locul unei structuri rigide, masa navei este de numai 2100 de tone (pentru comparație, masa ISS este de 400 de tone), din care 2000 de tone sunt motoare. Teoretic, o astfel de navă poate accelera până la o viteză de 92% din viteza luminii.

O versiune modificată a acestei nave, numită Venture Star, este prezentată în filmul Avatar (2011), unul dintre ai cărui consultanți științifici a fost doar Charles Pelegrino. Venture Star decolează într-o călătorie, accelerând cu lasere și o velă solară de 16 kilometri, înainte de a frâna la Alpha Centauri cu o unitate de antimaterie. La întoarcere, secvența se schimbă. Nava este capabilă să accelereze cu 70% viteza luminii și să zboare către Alpha Centauri în mai puțin de 7 ani.

Fara combustibil

Atât motoarele de rachetă existente, cât și cele viitoare au o singură problemă - combustibilul reprezintă întotdeauna cea mai mare parte a masei lor la pornire. Cu toate acestea, există modele pentru navele care nu vor trebui să ia combustibil cu ele deloc.

În 1960, fizicianul Robert Bassard a propus conceptul unui motor care să folosească hidrogenul în spațiul interstelar ca combustibil pentru un motor de fuziune. Din păcate, în ciuda atractivității ideii (hidrogenul este cel mai abundent element din univers), aceasta are o serie de probleme teoretice, de la metoda de colectare a hidrogenului până la viteza maximă calculată, care este puțin probabil să depășească 12% din ușoară. Aceasta înseamnă că va dura cel puțin o jumătate de secol pentru a zbura către sistemul Alpha Centauri.

Un alt concept interesant este aplicarea unei vele solare. Dacă construiți un laser uriaș super-puternic pe orbita Pământului sau pe Lună, atunci energia acestuia ar putea fi folosită pentru a dispersa o navă spațială echipată cu o velă solară gigantică la viteze suficient de mari. Adevărat, conform calculelor inginerilor, pentru a oferi unei nave cu echipaj cu cântărirea de 78.500 de tone o viteză de jumătate din viteza luminii, ar fi necesară o velă solară cu un diametru de 1000 de kilometri.

O altă problemă evidentă cu o navă cu velă solară este că trebuie să fie încetinită cumva. Una dintre soluțiile ei este să elibereze oa doua velă mai mică în spatele navei atunci când se apropie de țintă. Cel principal se va deconecta de la navă și își va continua călătoria independentă.

***

Călătoria interstelară este o întreprindere foarte complexă și costisitoare. A crea o navă capabilă să acopere distanța spațială într-o perioadă relativ scurtă de timp este una dintre cele mai ambițioase sarcini cu care se confruntă omenirea în viitor. Desigur, acest lucru va necesita eforturile mai multor state, dacă nu ale întregii planete. Acum pare o utopie – guvernele au prea multe griji și prea multe modalități de a cheltui bani. Un zbor spre Marte este de milioane de ori mai ușor decât un zbor către Alpha Centauri - și totuși, este puțin probabil ca cineva să îndrăznească acum să numească anul în care va avea loc în continuare.

Fie un pericol global care amenință întreaga planetă, fie crearea unei singure civilizații planetare care poate depăși certurile interne și vrea să-și părăsească leagănul poate reînvia munca în această direcție. Momentul pentru asta nu a venit încă - dar asta nu înseamnă că nu va veni niciodată.

Alpha Centauri - scopul zborurilor nave spațialeîn multe lucrări aparţinând genului science fiction. Această stea cea mai apropiată de noi se referă la desenul ceresc, întruchipând legendarul centaur Chiron, conform mitologiei grecești, fostul profesor al lui Hercule și Ahile.

Cercetătorii moderni, ca și scriitorii, revin neobosit la acest sistem stelar în gândurile lor, deoarece nu este doar primul candidat pentru o expediție spațială pe termen lung, ci și posibilul proprietar al unei planete populate.

Structura

Sistemul stelar Alpha Centauri include trei obiecte spațiale: două stele cu același nume și denumiri A și B, iar stele similare se caracterizează prin apropierea a două componente și a celei de la distanță - a treia. Proxima este doar ultima. Distanța până la Alpha Centauri cu toate elementele sale este de aproximativ 4,3 În prezent, nu există stele situate mai aproape de Pământ. În același timp, cel mai rapid mod de a zbura către Proxima: suntem despărțiți de doar 4,22 ani lumină.

rude solare

Alpha Centauri A și B diferă de însoțitorul lor nu numai prin distanța lor față de Pământ. Ele, spre deosebire de Proxima, sunt în multe privințe similare cu Soarele. Alpha Centauri A sau Rigel Centaurus (tradus ca „piciorul centaurului”) este componenta mai strălucitoare a perechii. Toliman A, așa cum este numită și această stea, este o pitică galbenă. De pe Pământ, este perfect vizibil, deoarece are o magnitudine zero. Acest parametru îl face al patrulea cel mai luminos loc de pe cerul nopții. Dimensiunea obiectului aproape coincide și cu cea solară.

Steaua Alpha Centauri B este inferioară luminii noastre în masă (aproximativ 0,9 din valorile parametrului corespunzător al Soarelui). Aparține obiectelor de prima magnitudine, iar nivelul luminozității sale este de aproximativ două ori mai mic decât cel al steaua principala partea noastră din galaxie. Distanța dintre doi însoțitori vecini este de 23 de unități astronomice, adică sunt situate de 23 de ori mai departe decât este Pământul de Soare. Toliman A și Toliman B se învârt împreună în jurul aceluiași centru de masă cu o perioadă de 80 de ani.

descoperire recentă

Oamenii de știință, așa cum am menționat deja, au mari speranțe în descoperirea vieții în vecinătatea stelei Alpha Centauri. Planetele care ar trebui să existe aici ar putea să semene cu Pământul în același mod în care componentele sistemului însele se aseamănă cu steaua noastră. Până de curând însă, nu au fost găsite astfel de corpuri cosmice în apropierea unei stele. Distanța nu permite observarea directă a planetelor. Obținerea dovezilor existenței unui obiect asemănător pământului a devenit posibilă doar odată cu îmbunătățirea tehnologiei.

Folosind metoda vitezelor radiale, oamenii de știință au reușit să detecteze fluctuații foarte mici ale lui Toliman B, apărute sub influența forțelor gravitaționale ale planetei care se învârte în jurul acesteia. Astfel, s-au obținut dovezi pentru existența a cel puțin unui astfel de obiect în sistem. Oscilațiile cauzate de planetă apar ca deplasarea sa de 51 cm pe secundă înainte și apoi înapoi. În condițiile Pământului, o astfel de mișcare, chiar și a celui mai mare corp, ar fi foarte vizibilă. Cu toate acestea, la o distanță de 4,3 ani lumină, detectarea unei astfel de vibrații pare imposibilă. A fost însă înregistrată.

Sora Pământului

Planeta găsită se învârte în jurul Alpha Centauri B în 3,2 zile. Este situat foarte aproape de stea: raza orbitei este de zece ori mai mică decât parametrul corespunzător caracteristic lui Mercur. Masa acestui obiect spațial este apropiată de cea a pământului și este de aproximativ 1,1 din masa planetei albastre. Aici se termină asemănarea: proximitatea, potrivit oamenilor de știință, sugerează că apariția vieții pe planetă este imposibilă. Energia luminii, ajungând la suprafața lui, îl încălzește prea mult.

cel mai apropiat

A treia componentă care face renumită întreaga constelație este Alpha Centauri C sau Proxima Centauri. Numele corpului cosmic în traducere înseamnă „cel mai apropiat”. Proxima se află la o distanță de 13.000 de ani lumină de însoțitorii săi. Acest obiect este a unsprezecea pitică roșie, mică (de aproximativ 7 ori mai mică decât Soarele) și foarte slabă. Este imposibil să-l vezi cu ochiul liber. Proxima se caracterizează printr-o stare „neliniștită”: o stea este capabilă să-și schimbe luminozitatea de două ori în câteva minute. Motivul acestui „comportament” în procesele interne care au loc în adâncurile piticului.

dubla pozitie

Proxima a fost mult timp considerat al treilea element al sistemului Alpha Centauri, orbitând perechea A și B în aproximativ 500 de ani. Cu toate acestea, recent se întărește opinia că pitica roșie nu are nicio legătură cu ele, iar interacțiunea a trei corpuri cosmice este un fenomen temporar.

Motivul îndoielii au fost datele care spuneau că o pereche de stele unite nu are suficientă atracție pentru a ține și Proxima. Informațiile primite la începutul anilor 90 ai secolului trecut au avut nevoie de o confirmare suplimentară pentru o lungă perioadă de timp. Observațiile și calculele recente ale oamenilor de știință nu au dat un răspuns cert. Conform ipotezelor, Proxima poate face în continuare parte dintr-un sistem triplu și se poate mișca în jurul unui centru gravitațional comun. În același timp, orbita sa ar trebui să arate ca un oval alungit, iar punctul cel mai îndepărtat de centru este cel în care este observată acum steaua.

Proiecte

Oricum ar fi, se plănuiește să zboare la Proxima în primul rând, atunci când va deveni posibil. Călătoria către Alpha Centauri, cu nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei spațiale, poate dura mai mult de 1000 de ani. O astfel de perioadă de timp este pur și simplu de neconceput, așa că oamenii de știință caută în mod activ modalități de a o reduce.

O echipă de cercetători NASA condusă de Harold White dezvoltă Project Speed, care ar trebui să aibă ca rezultat un nou motor. Caracteristica sa va fi capacitatea de a depăși viteza luminii, astfel încât zborul de la Pământ la cea mai apropiată stea va dura doar două săptămâni. Un astfel de miracol al tehnologiei va deveni o adevărată capodoperă a muncii strânse ale fizicienilor teoreticieni și experimentatorilor. Până acum, însă, o navă care depășește viteza luminii este o chestiune de viitor. Potrivit lui Mark Millis, care a lucrat cândva la NASA, astfel de tehnologii, având în vedere viteza actuală de progres, nu vor deveni realitate decât peste două sute de ani. Reducerea perioadei este posibilă doar dacă se face o descoperire care poate schimba radical ideile existente despre zborurile spațiale.

Deocamdată, Proxima Centauri și însoțitorii săi rămân un obiectiv ambițios, de neatins în viitorul apropiat. Cu toate acestea, tehnica este în mod constant îmbunătățită, iar noi informații despre caracteristicile sistemului stelar sunt o dovadă clară a acestui lucru. Chiar și astăzi, oamenii de știință pot face o mulțime de lucruri la care în urmă cu 40-50 de ani nici nu puteau visa.