الوهج البارد للنجوم جميل بشكل خاص في سماء الشتاء. في هذا الوقت ، تصبح النجوم والأبراج الساطعة مرئية: Orion ، Pleiades ، Greater Dog مع Sirius المبهر …
قبل ربع قرن ، طرح سبعة ضباط صف في الأكاديمية البحرية سؤالًا غير عادي: ما مدى قرب البشرية الحديثة من النجوم؟ نتج عن البحث تقرير مفصل يعرف باسم Project Longshot (Long Range Shot). مفهوم لمركبة آلية بين النجوم قادرة على الوصول إلى أقرب النجوم في فترة زمنية معقولة. لا آلاف السنين من الطيران و "سفن الأجيال"! يجب أن يصل المسبار إلى المنطقة المجاورة لـ Alpha Centauri في غضون 100 عام من لحظة إطلاقه في الفضاء.
الفضاء الفائق والجاذبية والمادة المضادة والصواريخ الضوئية … لا! السمة الرئيسية للمشروع هي اعتماده على التقنيات الحالية. وفقًا للمطورين ، فإن تصميم Longshot يجعل من الممكن بناء مركبة فضائية بالفعل في النصف الأول من القرن الحادي والعشرين!
مائة عام من الطيران مع التقنيات الحالية. جرأة لم يسمع بها من قبل ، بالنظر إلى مقياس المسافات الكونية. بين الشمس وألفا قنطورس تقع "هاوية سوداء" بعرض 4 ، 36 سيفرت. من السنة. أكثر من 40 تريليون كيلومترات! يتضح المعنى الوحشي لهذا الشكل في المثال التالي.
إذا قلصنا حجم الشمس إلى حجم كرة التنس ، فسيكون النظام الشمسي بأكمله مناسبًا للمربع الأحمر. سينخفض حجم الأرض في المقياس المحدد إلى حجم حبة الرمل ، بينما ستقع أقرب "كرة تنس" - Alpha Centauri - في ساحة سان ماركو في البندقية.
ستستغرق الرحلة إلى Alpha Centauri على متن مكوك تقليدي أو مركبة فضائية Soyuz 190 ألف عام.
التشخيص الرهيب يشبه الجملة. هل محكوم علينا بالجلوس على "حبة الرمل" ، دون أدنى فرصة للوصول إلى النجوم؟ في مجلات العلوم الشعبية ، هناك حسابات تثبت أنه من المستحيل تسريع مركبة فضائية إلى سرعات قريبة من الضوء. سيتطلب هذا "حرق" كل المواد الموجودة في النظام الشمسي.
ومع ذلك ، هناك فرصة! أثبت مشروع Longshot أن النجوم أقرب بكثير مما نتخيله.
يوجد على هيكل فوييجر لوحة بها خريطة نجمية توضح موقع الشمس في المجرة ، بالإضافة إلى معلومات مفصلة عن سكان الأرض. من المتوقع أن يجد الفضائيون يومًا ما هذا "الفأس الحجري" ويأتون لزيارتنا. ولكن ، إذا تذكرنا خصوصيات سلوك جميع الحضارات التكنولوجية على الأرض وتاريخ الفتوحات الأمريكية من قبل الغزاة ، فلا يمكن للمرء أن يعتمد على "الاتصال السلمي" …
مهمة البعثة
احصل على نظام Alpha Centauri خلال مائة عام.
على عكس "المركبات الفضائية" الأخرى ("Daedalus") ، تضمن مشروع "Longshot" الدخول إلى مدار النظام النجمي (Alpha و Beta Centauri). أدى هذا إلى تعقيد المهمة بشكل كبير وإطالة وقت الرحلة ، ولكنه سيسمح بإجراء دراسة تفصيلية للمنطقة المجاورة للنجوم البعيدة (على عكس Daedalus ، الذي كان من الممكن أن يندفع متجاوزًا الهدف في يوم ويختفي دون أي أثر في أعماق الفضاء).
ستستغرق الرحلة 100 عام. ستكون هناك حاجة إلى 4 أو 36 عامًا أخرى لنقل المعلومات إلى الأرض.
Alpha Centauri مقارنة بالنظام الشمسي
يعلق علماء الفلك آمالًا كبيرة على المشروع - إذا نجح ، فسيكون لديهم أداة رائعة لقياس المنظر (المسافات إلى النجوم الأخرى) بأساس 4 ، 36 sv. من السنة.
لن تمر رحلة خلال الليل منذ قرن من الزمان بلا هدف: سوف يدرس الجهاز الوسط النجمي وسيوسع معرفتنا بالحدود الخارجية للنظام الشمسي.
أطلق النار على النجوم
المشكلة الرئيسية والوحيدة للسفر إلى الفضاء هي المسافات الهائلة. بعد حل هذه المشكلة ، سنحل كل الباقي. سيؤدي تقليل وقت الرحلة إلى إزالة مشكلة مصدر الطاقة على المدى الطويل والموثوقية العالية لأنظمة السفينة. سيتم حل مشكلة وجود شخص على متن الطائرة. تجعل الرحلة القصيرة أنظمة دعم الحياة المعقدة والإمدادات الضخمة من الطعام / الماء / الهواء على متن الطائرة غير ضرورية.
لكن هذه أحلام بعيدة. في هذه الحالة ، من الضروري تسليم مسبار غير مأهول إلى النجوم في غضون قرن واحد. نحن لا نعرف كيف نكسر استمرارية الزمكان ، لذلك لا يوجد سوى مخرج واحد: زيادة السرعة الأرضية لـ "المركبة الفضائية".
كما أظهر الحساب ، تتطلب الرحلة إلى Alpha Centauri خلال 100 عام سرعة لا تقل عن 4.5٪ من سرعة الضوء. 13500 كم / ثانية.
لا توجد محظورات أساسية تسمح للأجساد في العالم الكبير بالتحرك بالسرعة المشار إليها ، ومع ذلك ، فإن قيمتها كبيرة بشكل رهيب. للمقارنة: كانت سرعة أسرع مركبة فضائية (مسبار "نيو هورايزونز") بعد إيقاف تشغيل المرحلة العليا 16.26 كم / ث (58636 كم / س) بالنسبة إلى الأرض "فقط".
المركبة الفضائية مفهوم Longshot
كيف يمكن تسريع سفينة بين النجوم بسرعة تصل إلى آلاف الكيلومترات / ثانية؟ الجواب واضح: أنت بحاجة إلى محرك دفع عالي بدفعة محددة لا تقل عن 1،000،000 ثانية.
الدافع المحدد هو مؤشر على كفاءة المحرك النفاث. يعتمد على الوزن الجزيئي ودرجة الحرارة وضغط الغاز في غرفة الاحتراق. كلما زاد فرق الضغط في غرفة الاحتراق وفي البيئة الخارجية ، زادت سرعة التدفق الخارج لسائل العمل. وبالتالي فإن كفاءة المحرك أعلى.
أفضل الأمثلة على المحركات النفاثة الكهربائية الحديثة (ERE) لها دفعة محددة تبلغ 10000 ثانية ؛ بسرعة تدفق أشعة من الجسيمات المشحونة - تصل إلى 100000 كم / ثانية. استهلاك السائل العامل (زينون / كريبتون) هو بضعة مليغرام في الثانية. يرن المحرك بهدوء طوال الرحلة ، مما يؤدي إلى تسريع المركبة ببطء.
تأسر EJE ببساطتها النسبية وتكلفتها المنخفضة وإمكانية تحقيق سرعات عالية (عشرات الكيلومترات / ثانية) ، ولكن نظرًا لقيمة الدفع المنخفضة (أقل من نيوتن واحد) ، يمكن أن يستغرق التسارع عشرات السنين.
شيء آخر هو محركات الصواريخ الكيميائية ، التي يعتمد عليها جميع رواد الفضاء الحديثين. لديهم قوة دفع ضخمة (عشرات ومئات الأطنان) ، لكن أقصى دفعة محددة لمحرك صاروخ يعمل بالوقود السائل مكون من ثلاثة مكونات (ليثيوم / هيدروجين / فلور) هو 542 ثانية فقط ، مع سرعة تدفق غاز تزيد قليلاً عن 5 كم / س. هذا هو الحد.
تتيح الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل زيادة سرعة المركبة الفضائية بعدة كيلومترات في الثانية في وقت قصير ، لكنها ليست قادرة على أكثر من ذلك. ستحتاج المركبة الفضائية إلى محرك يعتمد على مبادئ فيزيائية مختلفة.
لقد فكر مبدعو "Longshot" في عدة طرق غريبة ، بما في ذلك "الشراع الخفيف" ، مع تسريع ليزر بقوة 3 ، 5 تيراواط (تم التعرف على الطريقة على أنها غير مجدية).
حتى الآن ، الطريقة الواقعية الوحيدة للوصول إلى النجوم هي محرك نووي نابض (نووي حراري). يعتمد مبدأ العملية على الاندماج النووي الحراري بالليزر (LTS) ، الذي تمت دراسته جيدًا في الظروف المعملية. تركيز كمية كبيرة من الطاقة في أحجام صغيرة من المادة في فترة زمنية قصيرة (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 ثوانٍ) مع حبس البلازما بالقصور الذاتي.
في حالة Longshot ، ليس هناك شك في أي تفاعل مستقر للاندماج النووي الحراري المتحكم فيه: لا يلزم حجز البلازما على المدى الطويل. لإنشاء الدفع النفاث ، يجب "دفع" الجلطة الناتجة ذات درجة الحرارة العالية فورًا بواسطة المجال المغناطيسي فوق السفينة.
الوقود عبارة عن خليط من الهليوم -3 / الديوتيريوم. سيكون إمداد الوقود المطلوب لرحلة بين النجوم 264 طنًا.
بطريقة مماثلة ، تم التخطيط لتحقيق كفاءة غير مسبوقة: في الحسابات ، قيمة الدافع المحدد هي 1.02 مليون.ثواني!
كمصدر رئيسي للطاقة لتشغيل أنظمة السفينة - ليزر المحرك النبضي ، وأنظمة التحكم في الموقف ، والاتصالات والأدوات العلمية - تم اختيار مفاعل تقليدي يعتمد على تجميعات وقود اليورانيوم. يجب ألا تقل الطاقة الكهربائية للتركيب عن 300 كيلوواط (الطاقة الحرارية أعلى تقريبًا من حيث الحجم).
من وجهة نظر التكنولوجيا الحديثة ، فإن إنشاء مفاعل لا يتطلب إعادة شحن لمدة قرن كامل ليس بالأمر السهل ، ولكنه ممكن عمليًا. بالفعل الآن ، على السفن الحربية ، يتم استخدام الأنظمة النووية ، التي يتمتع جوهرها بعمر خدمة يتناسب مع عمر خدمة السفن (30-50 عامًا). كما أن الطاقة في حالة جيدة - على سبيل المثال ، فإن المنشأة النووية OK-650 المثبتة على الغواصات النووية التابعة للبحرية الروسية لديها قدرة حرارية تبلغ 190 ميجاوات وقادرة على توفير الكهرباء لمدينة بأكملها يبلغ عدد سكانها 50000 نسمة!
هذه التركيبات قوية للغاية بالنسبة للفضاء. هذا يتطلب الترابط والامتثال الدقيق للخصائص المحددة. على سبيل المثال ، في 10 يوليو 1987 ، تم إطلاق Kosmos-1867 - قمر صناعي سوفيتي مع منشأة Yenisei النووية (كتلة القمر الصناعي - 1.5 طن ، الطاقة الحرارية للمفاعل - 150 كيلوواط ، الطاقة الكهربائية - 6 ، 6 كيلو واط ، عمر الخدمة - 11 شهرًا).
هذا يعني أن مفاعل 300 كيلوواط المستخدم في مشروع Longshot هو مسألة مستقبل قريب. قدر المهندسون أنفسهم أن كتلة مثل هذا المفاعل ستكون حوالي 6 أطنان.
في الواقع ، هذا هو المكان الذي تنتهي فيه الفيزياء وتبدأ كلمات الأغاني.
مشاكل السفر بين النجوم
للتحكم في المسبار ، ستكون هناك حاجة إلى مجمع كمبيوتر على متن الطائرة مزود بأدوات الذكاء الاصطناعي. في الظروف التي يكون فيها وقت إرسال الإشارة أكثر من 4 سنوات ، يكون التحكم الفعال في المسبار من الأرض أمرًا مستحيلًا.
في مجال الإلكترونيات الدقيقة وإنشاء أجهزة البحث ، حدثت تغييرات واسعة النطاق مؤخرًا. من غير المحتمل أن يكون مبتكرو Longshot في عام 1987 لديهم أي فكرة عن قدرات أجهزة الكمبيوتر الحديثة. يمكن اعتبار أن هذه المشكلة الفنية قد تم حلها بنجاح خلال ربع القرن الماضي.
يبدو الوضع مع أنظمة الاتصالات متفائلاً بنفس القدر. لنقل موثوق للمعلومات من مسافة 4 ، 36 سيفرت. العام سيتطلب نظام ليزر يعمل في وادي موجة 0.532 ميكرون وبطاقة إشعاعية 250 كيلوواط. في هذه الحالة ، لكل مربع. متر من سطح الأرض سينخفض 222 فوتونًا في الثانية ، وهو أعلى بكثير من عتبة الحساسية للتلسكوبات الراديوية الحديثة. سيكون معدل نقل المعلومات من أقصى مسافة 1 كيلو بايت في الثانية. التلسكوبات الراديوية الحديثة وأنظمة الاتصالات الفضائية قادرة على توسيع قناة تبادل البيانات عدة مرات.
للمقارنة: تبلغ قوة جهاز الإرسال لمسبار فوييجر 1 ، الذي يبعد حاليًا مسافة 19 مليار كيلومتر عن الشمس (17.5 ساعة ضوئية) ، 23 واط فقط - مثل المصباح الكهربائي في ثلاجتك. ومع ذلك ، هذا كافٍ تمامًا لإرسال القياس عن بعد إلى الأرض بمعدل عدة kbit / s.
سطر منفصل هو مسألة التنظيم الحراري للسفينة.
مفاعل نووي من فئة ميغاواط ومحرك نووي حراري نابض هما مصدران لكمية هائلة من الطاقة الحرارية ، علاوة على ذلك ، في الفراغ هناك طريقتان فقط لإزالة الحرارة - الاجتثاث والإشعاع.
قد يكون الحل هو تركيب نظام متطور من المشعات والأسطح المشعة ، بالإضافة إلى عازل خزفي عازل للحرارة بين حجرة المحرك وخزانات وقود السفينة.
في المرحلة الأولى من الرحلة ، ستحتاج السفينة إلى درع وقائي إضافي من الإشعاع الشمسي (على غرار ذلك المستخدم في محطة سكايلاب المدارية). في منطقة الهدف النهائي - في مدار نجم Beta Centauri - سيكون هناك أيضًا خطر ارتفاع درجة حرارة المسبار. مطلوب العزل الحراري للمعدات ونظام لنقل الحرارة الزائدة من جميع الكتل الهامة والأدوات العلمية إلى المشعات المشعة.
رسم بياني لتسارع السفينة بمرور الوقت
رسم بياني يوضح التغير في السرعة
إن مسألة حماية المركبة الفضائية من النيازك الدقيقة وجزيئات الغبار الكوني صعبة للغاية. عند سرعة 4.5٪ من سرعة الضوء ، فإن أي اصطدام بجسم مجهري يمكن أن يلحق أضرارًا جسيمة بالمسبار. يقترح مبتكرو "Longshot" حل المشكلة عن طريق تثبيت درع واقٍ قوي في مقدمة السفينة (معدن أو سيراميك؟) ، والذي كان في نفس الوقت مشعاعًا للحرارة الزائدة.
ما مدى موثوقية هذه الحماية؟ وهل من الممكن استخدام أنظمة حماية الخيال العلمي على شكل قوة / مجالات مغناطيسية أو "غيوم" من جزيئات متناهية الصغر يحملها مجال مغناطيسي أمام السفينة؟ دعونا نأمل أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه إنشاء المركبة الفضائية ، سيجد المهندسون حلاً مناسبًا.
أما بالنسبة للمسبار نفسه ، فسيكون له تقليديًا ترتيب متعدد المراحل مع خزانات قابلة للفصل. مواد تصنيع هياكل الهيكل - سبائك الألومنيوم / التيتانيوم. ستبلغ الكتلة الإجمالية للمركبة الفضائية المجمعة في مدار أرضي منخفض 396 طنًا ، ويبلغ أقصى طول لها 65 مترًا.
للمقارنة: كتلة محطة الفضاء الدولية 417 طناً بطول 109 أمتار.
1) تكوين الإطلاق في مدار أرضي منخفض.
2) السنة الثالثة والثلاثون من الطيران ، فصل أول زوج من الدبابات.
3) السنة 67 من الطيران ، فصل الزوج الثاني من الدبابات.
4) 100 عام من الرحلة - الوصول إلى الهدف بسرعة 15-30 كم / ثانية.
فصل المرحلة الأخيرة ، والدخول في مدار دائم حول Beta Centauri.
مثل محطة الفضاء الدولية ، يمكن تجميع Longshot باستخدام طريقة الكتلة في مدار أرضي منخفض. تتيح الأبعاد الواقعية للمركبة الفضائية استخدام مركبات الإطلاق الحالية في عملية التجميع (للمقارنة ، يمكن لـ Saturn-V القوية أن تحمل حمولة 120 طنًا إلى المدار الأرضي المنخفض في وقت واحد!)
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن إطلاق محرك نووي حراري نابض في مدار قريب من الأرض أمر محفوف بالمخاطر ولا مبالاة. نص مشروع Longshot على وجود كتل معززة إضافية (محركات صاروخية كيميائية تعمل بالوقود السائل) لاكتساب السرعات الكونية الثانية والثالثة وسحب المركبة الفضائية من مستوى مسير الشمس (يقع نظام Alpha Centauri على ارتفاع 61 درجة فوق مستوى سطح القمر. دوران الأرض حول الشمس). أيضًا ، من الممكن لهذا الغرض أن يكون هناك ما يبرر مناورة في مجال جاذبية المشتري - مثل المسابير الفضائية التي تمكنت من الهروب من مستوى مسير الشمس ، باستخدام التسارع "الحر" بالقرب من الكوكب العملاق.
الخاتمة
جميع تقنيات ومكونات سفينة افتراضية بين النجوم موجودة في الواقع.
يتوافق وزن مسبار Longshot وأبعاده مع قدرات رواد الفضاء الحديثة.
إذا بدأنا العمل اليوم ، فمن المحتمل جدًا أنه بحلول منتصف القرن الثاني والعشرين ، سيرى أحفاد أحفادنا السعداء الصور الأولى لنظام Alpha Centauri من مسافة قريبة.
التقدم له اتجاه لا رجوع فيه: كل يوم تستمر الحياة في إدهاشنا بالاختراعات والاكتشافات الجديدة. من الممكن أن تظهر أمامنا جميع التقنيات الموصوفة أعلاه في غضون 10 إلى 20 عامًا في شكل عينات عمل مصنوعة على مستوى تكنولوجي جديد.
ومع ذلك ، فإن الطريق إلى النجوم بعيد جدًا بحيث لا يكون من المنطقي التحدث عنه بجدية.
ربما يكون القارئ اليقظ قد لفت الانتباه بالفعل إلى المشكلة الرئيسية لمشروع Longshot. الهليوم 3.
من أين تحصل على مائة طن من هذه المادة إذا كان الإنتاج السنوي من الهليوم -3 60 ألف لتر فقط (8 كيلوجرامات) في السنة بسعر يصل إلى 2000 دولار للتر ؟! يعلق كتّاب الخيال العلمي الشجعان آمالهم على إنتاج الهليوم 3 على القمر وفي الغلاف الجوي للكواكب العملاقة ، لكن لا أحد يستطيع إعطاء أي ضمانات في هذا الشأن.
هناك شكوك حول إمكانية تخزين مثل هذا الحجم من الوقود ومقدار جرعاته في شكل "أقراص" مجمدة مطلوبة لتشغيل محرك نووي حراري نابض. ومع ذلك ، مثل مبدأ تشغيل المحرك: ما يعمل بشكل أو بآخر في ظروف معملية على الأرض لا يزال بعيدًا عن استخدامه في الفضاء الخارجي.
أخيرًا ، الموثوقية غير المسبوقة لجميع أنظمة المسبار.يكتب المشاركون في مشروع Longshot مباشرة عن هذا الأمر: إن إنشاء محرك يمكنه العمل لمدة 100 عام دون توقف والإصلاحات الرئيسية سيكون إنجازًا تقنيًا مذهلاً. الأمر نفسه ينطبق على جميع أنظمة وآليات التحقيق الأخرى.
ومع ذلك ، لا ينبغي أن تيأس. في تاريخ الملاحة الفضائية ، هناك أمثلة لموثوقية غير مسبوقة للمركبات الفضائية. الرواد 6 و 7 و 8 و 10 و 11 بالإضافة إلى فويجرز 1 و 2 - كلهم عملوا في الفضاء الخارجي لأكثر من 30 عامًا!
قصة محركات الهيدرازين (محركات التحكم في الموقف) لهذه المركبات الفضائية هي قصة إرشادية. تحولت Voyager 1 إلى مجموعة احتياطية في عام 2004. بحلول هذا الوقت ، كانت المجموعة الرئيسية من المحركات قد عملت في أماكن مفتوحة لمدة 27 عامًا ، بعد أن صمدت أمام 353000 عملية تشغيل. يشار إلى أنه تم تسخين محفزات المحرك بشكل مستمر حتى 300 درجة مئوية طوال هذا الوقت!
اليوم ، بعد 37 عامًا من الإطلاق ، يواصل كل من Voyager رحلتهما المجنونة. لقد غادروا منذ فترة طويلة الغلاف الشمسي ، لكنهم يواصلون نقل البيانات بانتظام على الوسط بين النجوم إلى الأرض.
أي نظام يعتمد على الموثوقية البشرية لا يمكن الاعتماد عليها. ومع ذلك ، يجب أن نعترف: فيما يتعلق بضمان موثوقية المركبات الفضائية ، فقد تمكنا من تحقيق بعض النجاحات.
توقفت جميع التقنيات اللازمة لتنفيذ "رحلة النجوم" عن تخيلات العلماء الذين يتعاطون القنب ، وتم تجسيدها في شكل براءات اختراع واضحة وعينات عملية للتكنولوجيا. في المختبر - لكنهم موجودون!
أثبت التصميم المفاهيمي للمركبة الفضائية بين النجوم Longshot أن لدينا فرصة للهروب إلى النجوم. هناك العديد من الصعوبات للتغلب عليها في هذا الطريق الشائك. لكن الشيء الرئيسي هو أن ناقل التنمية معروف ، وظهرت الثقة بالنفس.
يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول مشروع Longshot هنا:
لبدء الاهتمام بهذا الموضوع ، أعرب عن امتناني لـ "Postman".
