- Част 2 -
В един момент от живота си всеки от нас си зададе този въпрос: колко време да летим до звездите? Възможно ли е да се извърши такъв полет в един човешки живот, могат ли такива полети да се превърнат в норма на ежедневието? На този труден въпрос има много отговори, в зависимост от това кой го задава. Някои са прости, други - по-трудни. За да намерите окончателен отговор, има твърде много неща за обмисляне.
За съжаление не съществуват реални оценки, които биха помогнали за намирането на такъв отговор и това смущава футуристите и междузвездни любители на пътуванията. Независимо дали ни харесва или не, пространството е много голямо (и сложно) и технологията ни все още е ограничена. Но ако някога решим да напуснем „домашното си гнездо“, ще имаме няколко начина да стигнем до най-близката звездна система в нашата галактика.
Най-близката звезда до нашата Земя е Слънцето, доста „средна“звезда според схемата „основна последователност“на Hertzsprung-Russell. Това означава, че звездата е много стабилна и осигурява достатъчно слънчева светлина, за да се развие живот на нашата планета. Знаем, че други планети се въртят около звездите в близост до нашата Слънчева система и много от тези звезди са подобни на нашата.
Възможни обитаеми светове във Вселената
В бъдеще, ако човечеството желае да напусне Слънчевата система, ще имаме огромен избор от звезди, до които бихме могли да отидем и много от тях може да имат благоприятни условия за живот. Но къде отиваме и колко време ще ни отнеме да стигнем дотам? Имайте предвид, че това са все спекулации и понастоящем няма забележителности за междузвездно пътуване. Е, както каза Гагарин, да вървим! Промоционално видео:
Достигнете до звездата
Както вече беше отбелязано, най-близката звезда до нашата Слънчева система е Проксима Центавър и затова има много смисъл да започнем да планираме междузвездна мисия с нея. Част от системата за тройна звезда Алфа Кентавър, Проксима е на 4,24 светлинни години (1,3 парсекса) от Земята. Алфа Кентавър всъщност е най-ярката звезда от трите в системата, част от близка двоична система на 4,37 светлинни години от Земята - докато Проксима Кентавър (най-слабият от трите) е изолирано червено джудже на 0,13 светлинни години. от двойна система.
И макар че разговорите за междузвездното пътуване предполагат всякакъв тип пътувания, по-бързи от леките (FAS), от основни скорости до червейни дупки до подпространствени двигатели, такива теории са или силно измислени (като двигателя на Алкубиер), или съществуват само в научната фантастика. … Всяка мисия в дълбокото пространство ще се разпростре върху поколения хора.
И така, започвайки с една от най-бавните форми на космическо пътуване, колко време отнема да стигнете до Проксима Кентавър?
Съвременни методи
Въпросът за оценка на продължителността на пътуването в Космоса е много по-лесен, ако съществуващите технологии и тела в нашата Слънчева система участват в него. Например, използвайки технологията, използвана от мисията на New Horizons, 16 хидразинови моно горивни двигатели, можете да стигнете до Луната само за 8 часа и 35 минути.
Има и мисията SMART-1 на Европейската космическа агенция, която беше задвижена към Луната с помощта на йонна тяга. С тази революционна технология, вариант на която космическата сонда Dawn също използва, за да стигне до Веста, мисията SMART-1 отне година, месец и две седмици, за да достигне Луната.
От бърз ракетен космически кораб до икономично йонно задвижване, имаме няколко варианта за заобикаляне на местното пространство - плюс това бихте могли да използвате Юпитер или Сатурн като гигантска гравитационна прашка. Независимо от това, ако планираме да стигнем още малко, ще трябва да надградим силата на технологиите и да проучим нови възможности.
Когато говорим за възможни методи, ние говорим за тези, които включват съществуващи технологии или такива, които все още не съществуват, но които са технически осъществими. Някои от тях, както ще видите, са тествани и потвърдени във времето, докато други все още са под въпрос. Накратко, те представляват възможен, но много времеемък и скъп сценарий за пътуване дори до най-близката звезда.
Йонно движение
В момента най-бавната и икономична форма на двигателя е йонният двигател. Преди няколко десетилетия йонното задвижване се смяташе за предмет на научната фантастика. Но през последните години технологиите за поддръжка на йонното задвижване преминават от теория към практика и с голям успех. Мисията SMART-1 на Европейската космическа агенция е пример за успешна мисия до Луната за 13 месеца на спирално движение от Земята.
SMART-1 използва соларни йонни тласкачи, при които електричеството се събира от слънчеви панели и се използва за захранване на тръбни въздействия на Hall. Отнеха само 82 килограма ксеноново гориво, за да стигне SMART-1 до Луната. 1 килограм ксеноново гориво осигурява делта-V от 45 m / s. Това е изключително ефективна форма на движение, но далеч не най-бързата.
Една от първите мисии, използващи йонната задвижваща технология, беше мисията Deep Space 1 за Комета Борели през 1998 г. DS1 също използва ксенон-йонен двигател и изразходва 81,5 кг гориво. За 20-месечна тяга DS1 развива скорост 56 000 км / ч по време на преминаването на кометата.
Йонните двигатели са по-икономични от ракетните технологии, тъй като тягата им на единица маса от ракетно гориво (специфичен импулс) е много по-висока. Но йонните тласкачи отнемат много време, за да ускорят космически кораб до значителни скорости, а максималната скорост зависи от поддръжката на горивото и производството на енергия.
Следователно, ако йонното задвижване се използва при мисия в Проксима Центавър, двигателите трябва да имат мощен източник на енергия (ядрена енергия) и големи запаси от гориво (макар и по-малко от конвенционалните ракети). Но ако започнем от предположението, че 81,5 кг ксеноново гориво се превежда на 56 000 км / ч (и няма да има други форми на движение), може да се направят изчисления.
При максимална скорост от 56 000 км / ч, Deep Space 1 ще отнеме 81 000 години, за да измине 4,24 светлинни години между Земята и Proxima Centauri. След време това е около 2700 поколения хора. Сигурно е да се каже, че междупланетното йонно задвижване ще бъде твърде бавно за пилотирана междузвездна мисия.
Но ако йонните тласкатели са по-големи и по-мощни (тоест скоростта на излизане на йоните ще бъде значително по-висока), ако има достатъчно ракетно гориво, което е достатъчно за цели 4,24 светлинни години, времето за пътуване ще бъде значително намалено. Но все пак там ще бъде много по-дълго от периода на човешкия живот.
Гравитационна маневра
Най-бързият начин да пътувате в космоса е да използвате помощ за гравитация. Този метод включва космическия кораб, използващ относителното движение (т.е. орбита) и гравитацията на планетата, за да променят пътя и скоростта си. Гравитационните маневри са изключително полезна техника за космически полети, особено при използване на Земята или друга масивна планета (като газов гигант) за ускорение.
Космическият апарат Mariner 10 е първият, който използва този метод, използвайки гравитационното издърпване на Венера, за да се ускори към Меркурий през февруари 1974 г. През 80-те години сондата Voyager 1 използва Сатурн и Юпитер за гравитационни маневри и ускорение до 60 000 км / ч, последвано от излизане в междузвездното пространство.
Мисията Helios 2, която започна през 1976 г. и трябваше да изследва междупланетарната среда между 0,3 AU. е. и 1 а. Тоест, от Слънцето важи рекордът за най-висока скорост, развита с помощта на гравитационна маневра. По това време Helios 1 (стартиран през 1974 г.) и Helios 2 държат рекорда за най-близкия подход към Слънцето. Helios 2 е изстрелян от конвенционална ракета и е пуснат в силно удължена орбита.
Поради големия ексцентриситет (0,54) на 190-дневната слънчева орбита, Helios 2 успява да достигне максимална скорост от над 240 000 км / ч в перихелион. Тази орбитална скорост е развита само от гравитационното привличане на Слънцето. Технически скоростта на перихелия на Helios 2 не е резултат от гравитационната маневра, а максималната орбитална скорост, но устройството все още държи рекорда за най-бързия изкуствен обект.
Ако Вояджър 1 се движеше към червеното джудже Проксима Центавър с постоянна скорост от 60 000 км / ч, щеше да отнеме 76 000 години (или повече от 2500 поколения), за да се покрие това разстояние. Но ако сондата достигне рекордната скорост на Helios 2 - постоянна скорост от 240 000 км / ч -, щеше да отнеме 19 000 години (или повече от 600 поколения), за да измине 4243 светлинни години. Много по-добре, макар и не почти практично.
Електромагнитен двигател EM Drive
Друг предложен метод за междузвездно пътуване е радиочестотен резонансен кухин, известен също като EM Drive. Предложен през 2001 г. от Роджър Шеуер, британски учен, създал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) за изпълнение на проекта, двигателят се основава на идеята, че електромагнитните микровълнови кухини могат директно да преобразуват електричеството в тяга.
Докато традиционните електромагнитни двигатели са проектирани да задвижват определена маса (като йонизирани частици), тази конкретна задвижваща система не зависи от реакцията на масата и не излъчва насочено излъчване. Като цяло този двигател беше посрещнат с доста скептицизъм до голяма степен, защото нарушава закона за запазване на инерцията, според който импулсът на системата остава постоянен и не може да бъде създаден или унищожен, а само променен под действието на сила.
Независимо от това, последните експерименти с тази технология очевидно доведоха до положителни резултати. През юли 2014 г., на 50-тата съвместна конференция за задвижване AIAA / ASME / SAE / ASEE в Кливланд, Охайо, напредналите учени за реактивни двигатели на НАСА обявиха, че успешно са тествали нов дизайн на електромагнитни двигатели.
През април 2015 г. учени от NASA Eagleworks (част от космическия център на Джонсън) заявиха, че успешно са тествали двигателя във вакуум, което може да показва възможно приложение в космоса. През юли същата година група учени от отдела за космически системи на Дрезденския технологичен университет разработиха своя собствена версия на двигателя и забелязаха осезателна тяга.
През 2010 г. професор Джуанг Ян от Северозападния политехнически университет в Сиан, Китай, започва да публикува поредица от статии за своите изследвания върху технологията EM Drive. През 2012 г. тя отчита висока входна мощност (2.5 kW) и фиксирана тяга от 720 mn. През 2014 г. тя също проведе обширни тестове, включително вътрешни измервания на температурата с вградени термодвойки, които показаха, че системата работи.
Според изчисленията, базирани на прототипа на НАСА (на който е дадена мощност от 0,4 N / киловат), космически кораб с електромагнитно захранване може да направи пътуване до Плутон за по-малко от 18 месеца. Това е шест пъти по-малко от това, което се изискваше от сондата New Horizons, която се движеше със скорост от 58 000 км / ч.
Звучи впечатляващо. Но дори и в този случай корабът с електромагнитни двигатели ще лети до Проксима Центавър за 13 000 години. Близо, но все пак не е достатъчно. Освен това, докато всички точки не са изпъстрени в тази технология, е твърде рано да се говори за нейната употреба.
Ядрено топлинно и ядрено електрическо задвижване
Друга възможност за извършване на междузвезден полет е използването на космически кораб, оборудван с ядрени двигатели. НАСА изучава подобни възможности от десетилетия. Ядрената ракета с термично задвижване може да използва уранови или деутериеви реактори, за да загрява водорода в реактора, превръщайки го в йонизиран газ (водородна плазма), който след това ще бъде насочен в дюзата на ракетата, създавайки тяга.
Ядрената ракета включва същия реактор, който преобразува топлината и енергията в електричество, който след това захранва електродвигателя. И в двата случая ракетата ще разчита на ядрен синтез или ядрен делене за генериране на тяга, а не на химическо гориво, с което работят всички съвременни космически агенции.
В сравнение с химическите двигатели ядрените двигатели имат неоспорими предимства. Първо, това е практически неограничена енергийна плътност в сравнение с ракетното гориво. В допълнение, ядреният двигател ще генерира и повече тяга от използваното количество гориво. Това ще намали необходимото количество гориво и в същото време теглото и цената на определен апарат.
Въпреки че двигателите с термична ядрена енергия все още не са влезли в космоса, прототипите им са създадени и тествани, а още повече са предложени.
Въпреки предимствата на икономията на гориво и специфичния импулс, най-доброто от предлаганите концепции за ядрените топлинни двигатели има максимален специфичен импулс от 5000 секунди (50 kNs / kg). Използвайки ядрени двигатели, задвижвани от делене или синтез, учените от НАСА биха могли да доставят космически кораб до Марс само за 90 дни, ако Червената планета е на 55 000 000 километра от Земята.
Но когато става дума за пътуване до Проксима Кентавър, на ядрената ракета ще са необходими векове, за да се ускори до значителна част от скоростта на светлината. Тогава ще минат няколко десетилетия от пътя и след тях още много векове на задръжка по пътя към целта. Все още сме на 1000 години от нашата дестинация. Какво е полезно за междупланетни мисии, не е толкова добро за междузвездни мисии.
- Част 2 -