Ánh sáng chói lạnh của các vì sao đặc biệt đẹp trên bầu trời mùa đông. Vào thời điểm này, các ngôi sao và chòm sao sáng nhất có thể nhìn thấy được: Orion, Pleiades, Greater Dog với Sirius chói lọi …
Một phần tư thế kỷ trước, bảy sĩ quan thuộc Học viện Hải quân đã hỏi một câu hỏi bất thường: nhân loại hiện đại gần với các vì sao đến mức nào? Kết quả nghiên cứu đã đưa ra một báo cáo chi tiết được gọi là Project Longshot (Ảnh chụp tầm xa). Một khái niệm về một tàu liên sao tự động có khả năng đạt đến các ngôi sao gần nhất trong một khoảng thời gian hợp lý. Không có hàng thiên niên kỷ bay và "con tàu của nhiều thế hệ"! Tàu thăm dò sẽ đến vùng lân cận của Alpha Centauri trong vòng 100 năm kể từ thời điểm phóng vào vũ trụ.
Tên lửa siêu không gian, trọng lực, phản vật chất và quang tử … Không! Đặc điểm chính của dự án là sự phụ thuộc vào các công nghệ hiện có. Theo các nhà phát triển, thiết kế Longshot giúp nó có thể chế tạo một con tàu vũ trụ đã có từ nửa đầu thế kỷ 21!
Một trăm năm bay với những công nghệ hiện có. Một sự táo bạo chưa từng thấy, với quy mô của khoảng cách vũ trụ. Giữa Mặt trời và Alpha Centauri là một "vực thẳm đen" rộng 4, 36 sv. của năm. Hơn 40 nghìn tỷ hàng km! Ý nghĩa quái dị của con số này trở nên rõ ràng trong ví dụ sau.
Nếu chúng ta giảm kích thước của Mặt trời xuống kích thước bằng một quả bóng tennis, thì toàn bộ hệ Mặt trời sẽ nằm gọn trong Quảng trường Đỏ. Kích thước của Trái đất trong tỷ lệ đã chọn sẽ giảm xuống kích thước bằng một hạt cát, trong khi "quả bóng tennis" gần nhất - Alpha Centauri - sẽ nằm trên Quảng trường Thánh Mark ở Venice.
Một chuyến bay đến Alpha Centauri trên tàu con thoi thông thường hoặc tàu vũ trụ Soyuz sẽ mất 190.000 năm.
Một chẩn đoán khủng khiếp nghe như một câu. Chúng ta có cam chịu ngồi trên "hạt cát" của mình, không có một chút cơ hội chạm tới các vì sao? Trên các tạp chí khoa học nổi tiếng, có những tính toán chứng minh rằng không thể tăng tốc một con tàu vũ trụ tới tốc độ gần ánh sáng. Điều này sẽ yêu cầu "đốt cháy" tất cả các vật chất trong hệ mặt trời.
Và vẫn có một cơ hội! Dự án Longshot đã chứng minh rằng các ngôi sao gần hơn nhiều so với những gì chúng ta có thể tưởng tượng.
Trên thân tàu Voyager là một tấm bản đồ pulsar hiển thị vị trí của Mặt trời trong Thiên hà, cũng như thông tin chi tiết về cư dân trên Trái đất. Dự kiến một ngày nào đó người ngoài hành tinh sẽ tìm thấy "chiếc rìu đá" này và đến thăm chúng ta. Nhưng, nếu chúng ta nhớ lại những nét đặc biệt trong hành vi của tất cả các nền văn minh công nghệ trên Trái đất và lịch sử các cuộc chinh phạt của Hoa Kỳ bởi những kẻ chinh phục, người ta không thể tin tưởng vào "liên hệ hòa bình" …
Nhiệm vụ của chuyến thám hiểm
Tiếp cận hệ thống Alpha Centauri trong một trăm năm.
Không giống như các "tàu sao" khác ("Daedalus"), dự án "Longshot" liên quan đến việc đi vào quỹ đạo của hệ sao (Alpha và Beta Centauri). Điều này làm phức tạp đáng kể nhiệm vụ và kéo dài thời gian bay, nhưng sẽ cho phép nghiên cứu chi tiết về vùng lân cận của các ngôi sao xa xôi (không giống như Daedalus, sẽ lao qua mục tiêu trong một ngày và biến mất không dấu vết trong sâu không gian).
Chuyến bay sẽ mất 100 năm. 4, 36 năm nữa sẽ được yêu cầu để chuyển thông tin về Trái đất.
Alpha Centauri So với Hệ Mặt trời
Các nhà thiên văn đang đặt nhiều hy vọng vào dự án - nếu thành công, họ sẽ có một công cụ tuyệt vời để đo thị sai (khoảng cách đến các ngôi sao khác) với cơ sở 4, 36 sv. của năm.
Một chuyến bay xuyên đêm có tuổi đời hàng thế kỷ cũng sẽ không trôi qua một cách vô định: thiết bị sẽ nghiên cứu môi trường giữa các vì sao và sẽ mở rộng kiến thức của chúng ta về các ranh giới bên ngoài của hệ mặt trời.
Bắn tới các vì sao
Vấn đề chính và duy nhất của du hành vũ trụ là khoảng cách khổng lồ. Giải quyết xong vấn đề này, chúng tôi sẽ giải quyết tất cả những việc còn lại. Giảm thời gian bay sẽ loại bỏ được vấn đề về nguồn năng lượng lâu dài và độ tin cậy cao của các hệ thống trên tàu. Vấn đề với sự hiện diện của một người trên tàu sẽ được giải quyết. Chuyến bay ngắn khiến các hệ thống hỗ trợ sự sống phức tạp và nguồn cung cấp thực phẩm / nước / không khí khổng lồ trên máy bay trở nên không cần thiết.
Nhưng đó là những giấc mơ xa vời. Trong trường hợp này, cần phải đưa một tàu thăm dò không người lái tới các vì sao trong vòng một thế kỷ. Chúng ta không biết làm thế nào để phá vỡ liên tục không-thời gian, do đó chỉ có một lối thoát: tăng tốc độ mặt đất của "phi thuyền".
Như tính toán cho thấy, một chuyến bay tới Alpha Centauri trong 100 năm nữa cần tốc độ ít nhất bằng 4,5% tốc độ ánh sáng. 13500 km / s.
Không có lệnh cấm cơ bản nào cho phép các vật thể trong macrocosm di chuyển với tốc độ được chỉ định, tuy nhiên, giá trị của nó rất lớn. Để so sánh: tốc độ của tàu vũ trụ nhanh nhất (tàu thăm dò "Chân trời mới") sau khi tắt tầng trên là "chỉ" 16,26 km / s (58636 km / h) so với Trái đất.
Longshot concept phi thuyền
Làm thế nào để tăng tốc một con tàu giữa các vì sao đến tốc độ hàng nghìn km / s? Câu trả lời là hiển nhiên: bạn cần một động cơ có lực đẩy cao với xung lực cụ thể ít nhất là 1.000.000 giây.
Xung cụ thể là một chỉ số đánh giá hiệu quả của động cơ phản lực. Phụ thuộc vào khối lượng phân tử, nhiệt độ và áp suất của khí trong buồng đốt. Chênh lệch áp suất trong buồng đốt và trong môi trường ngoài càng lớn thì tốc độ chảy ra của môi chất công tác càng lớn. Và do đó, hiệu suất của động cơ cao hơn.
Các ví dụ tốt nhất về động cơ phản lực điện hiện đại (ERE) có xung cụ thể là 10.000 s; với tốc độ dòng ra của chùm hạt tích điện - lên đến 100.000 km / s. Mức tiêu thụ của chất lỏng làm việc (xenon / krypton) là một vài miligam mỗi giây. Động cơ ồn ào trong suốt chuyến bay, từ từ tăng tốc tàu.
EJE hấp dẫn với sự đơn giản tương đối, chi phí thấp và tiềm năng đạt được tốc độ cao (hàng chục km / s), nhưng do giá trị lực đẩy thấp (nhỏ hơn một Newton), việc tăng tốc có thể mất hàng chục năm.
Một thứ khác là động cơ tên lửa hóa học, nơi mà tất cả các nhà du hành vũ trụ hiện đại đều nằm trên đó. Chúng có lực đẩy rất lớn (hàng chục và hàng trăm tấn), nhưng xung lực cụ thể tối đa của động cơ tên lửa đẩy chất lỏng ba thành phần (lithium / hydro / flo) chỉ là 542 s, với vận tốc dòng khí chỉ hơn 5 km. / NS. Đây là giới hạn.
Tên lửa đẩy chất lỏng có khả năng tăng tốc độ tàu vũ trụ thêm vài km / s trong thời gian ngắn, nhưng chúng không có khả năng hơn thế. Phi thuyền sẽ cần một động cơ dựa trên các nguyên tắc vật lý khác nhau.
Những người tạo ra "Longshot" đã xem xét một số cách kỳ lạ, bao gồm. "Cánh buồm ánh sáng", được gia tốc bằng tia laser có công suất 3, 5 terawatt (phương pháp này được công nhận là không khả thi).
Cho đến nay, cách thực tế duy nhất để tiếp cận các ngôi sao là động cơ hạt nhân (nhiệt hạch) xung. Nguyên lý hoạt động dựa trên phản ứng tổng hợp nhiệt hạch bằng laser (LTS), được nghiên cứu kỹ trong điều kiện phòng thí nghiệm. Sự tập trung một lượng lớn năng lượng trong một thể tích nhỏ của vật chất trong một khoảng thời gian ngắn (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) với sự giam giữ plasma quán tính.
Trong trường hợp Longshot, không có nghi ngờ về bất kỳ phản ứng ổn định nào của phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát: không cần giam giữ huyết tương lâu dài. Để tạo ra lực đẩy phản lực, khối đông ở nhiệt độ cao tạo ra phải được từ trường "đẩy" ngay lập tức lên tàu.
Nhiên liệu là hỗn hợp heli-3 / đơteri. Nguồn cung cấp nhiên liệu cần thiết cho một chuyến bay giữa các vì sao sẽ là 264 tấn.
Theo cách tương tự, nó được lên kế hoạch để đạt được hiệu quả chưa từng có: trong các tính toán, giá trị của xung cụ thể là 1,02 triệu.giây!
Là nguồn năng lượng chính để cung cấp năng lượng cho các hệ thống của con tàu - laser động cơ xung, hệ thống kiểm soát thái độ, thông tin liên lạc và thiết bị khoa học - một lò phản ứng thông thường dựa trên tổ hợp nhiên liệu uranium đã được chọn. Công suất điện của hệ thống lắp đặt phải ít nhất là 300 kW (nhiệt điện gần như cao hơn một bậc).
Theo quan điểm của công nghệ hiện đại, việc tạo ra một lò phản ứng không cần sạc lại trong cả thế kỷ không phải là điều dễ dàng, nhưng có thể thực hiện được trong thực tế. Hiện nay, trên tàu chiến đã sử dụng các hệ thống hạt nhân mà lõi của nó có tuổi thọ tương xứng với tuổi thọ của tàu (30-50 năm). Nguồn điện cũng đang được hoàn thiện - ví dụ, hệ thống hạt nhân OK-650 được lắp đặt trên các tàu ngầm hạt nhân của Hải quân Nga có công suất nhiệt 190 megawatt và có khả năng cung cấp điện cho toàn bộ thành phố với dân số 50.000 người!
Việc cài đặt như vậy là quá mạnh cho không gian. Điều này đòi hỏi sự nhỏ gọn và tuân thủ chính xác các đặc tính được chỉ định. Ví dụ, vào ngày 10 tháng 7 năm 1987, Kosmos-1867 được phóng - một vệ tinh của Liên Xô có lắp đặt hạt nhân Yenisei (khối lượng vệ tinh - 1,5 tấn, nhiệt điện lò phản ứng - 150 kW, năng lượng điện - 6,6 kW, tuổi thọ - 11 tháng).
Điều này có nghĩa là lò phản ứng 300 kW được sử dụng trong dự án Longshot là vấn đề của tương lai gần. Bản thân các kỹ sư đã tính toán rằng khối lượng của một lò phản ứng như vậy sẽ vào khoảng 6 tấn.
Trên thực tế, đây là lúc vật lý kết thúc và lời bài hát bắt đầu.
Các vấn đề về du hành giữa các vì sao
Để điều khiển tàu thăm dò, cần phải có một tổ hợp máy tính tích hợp trí tuệ nhân tạo. Trong điều kiện thời gian truyền tín hiệu trên 4 năm, việc kiểm soát hiệu quả đầu dò từ mặt đất là không thể.
Trong lĩnh vực vi điện tử và chế tạo các thiết bị nghiên cứu, những thay đổi quy mô lớn đã diễn ra gần đây. Không chắc những người sáng tạo ra Longshot vào năm 1987 đã có bất kỳ ý tưởng nào về khả năng của máy tính hiện đại. Có thể coi vấn đề kỹ thuật này đã được giải quyết thành công trong hơn một phần tư thế kỷ qua.
Tình hình với các hệ thống thông tin liên lạc có vẻ lạc quan. Để truyền thông tin đáng tin cậy từ khoảng cách 4, 36 sv. năm sẽ yêu cầu một hệ thống laser hoạt động trong thung lũng của làn sóng 0,532 micron và công suất bức xạ 250 kW. Trong trường hợp này, đối với mỗi hình vuông. mét bề mặt Trái đất sẽ rơi xuống 222 photon mỗi giây, cao hơn nhiều so với ngưỡng nhạy cảm của các kính viễn vọng vô tuyến hiện đại. Tốc độ truyền thông tin từ khoảng cách tối đa sẽ là 1 kbps. Các kính viễn vọng vô tuyến hiện đại và các hệ thống liên lạc không gian có khả năng mở rộng kênh trao đổi dữ liệu nhiều lần.
Để so sánh: công suất phát của tàu thăm dò Voyager 1, hiện đang ở khoảng cách 19 tỷ km so với Mặt trời (17,5 giờ ánh sáng), chỉ là 23 W - giống như một bóng đèn trong tủ lạnh của bạn. Tuy nhiên, điều này là khá đủ để truyền từ xa tới Trái đất với tốc độ vài kbit / s.
Một dòng riêng biệt là câu hỏi về điều chỉnh nhiệt của con tàu.
Lò phản ứng hạt nhân cấp megawatt và động cơ nhiệt hạch xung là nguồn năng lượng nhiệt khổng lồ, hơn nữa, trong chân không chỉ có hai cách loại bỏ nhiệt - cắt bỏ và bức xạ.
Giải pháp có thể là lắp đặt hệ thống tản nhiệt và bề mặt tản nhiệt tiên tiến, cũng như đệm gốm cách nhiệt giữa khoang máy và các thùng nhiên liệu của tàu.
Ở giai đoạn đầu của cuộc hành trình, con tàu sẽ cần thêm một tấm chắn bảo vệ khỏi bức xạ mặt trời (tương tự như tấm chắn được sử dụng trên trạm quỹ đạo Skylab). Trong khu vực của mục tiêu cuối cùng - trong quỹ đạo của ngôi sao Beta Centauri - cũng sẽ có nguy cơ tàu thăm dò quá nóng. Cần phải cách nhiệt các thiết bị và hệ thống truyền nhiệt thừa từ tất cả các khối quan trọng và các dụng cụ khoa học đến các bộ tản nhiệt tỏa ra.
Đồ thị gia tốc của tàu theo thời gian
Biểu đồ thể hiện sự thay đổi về tốc độ
Vấn đề bảo vệ tàu vũ trụ khỏi các vật thể siêu nhỏ và các hạt bụi vũ trụ là vô cùng khó khăn. Với tốc độ 4,5% tốc độ ánh sáng, bất kỳ va chạm nào với một vật thể siêu nhỏ có thể làm hỏng đầu dò. Những người sáng tạo ra "Longshot" đề xuất giải quyết vấn đề bằng cách lắp đặt một tấm chắn bảo vệ mạnh mẽ ở phía trước của con tàu (kim loại? Gốm sứ?), Đồng thời là một bộ tản nhiệt dư thừa.
Làm thế nào đáng tin cậy là bảo vệ này? Và liệu có thể sử dụng các hệ thống bảo vệ khoa học viễn tưởng dưới dạng lực / từ trường hoặc "đám mây" của các hạt phân tán siêu nhỏ được giữ bởi từ trường phía trước tàu không? Hãy hy vọng rằng vào thời điểm tàu sao được tạo ra, các kỹ sư sẽ tìm ra một giải pháp thỏa đáng.
Đối với bản thân đầu dò, theo truyền thống, nó sẽ có một sự sắp xếp nhiều tầng với các bể chứa có thể tháo rời. Vật liệu chế tạo kết cấu thân tàu - hợp kim nhôm / titan. Tổng khối lượng của tàu vũ trụ được lắp ráp trong quỹ đạo trái đất thấp sẽ là 396 tấn, với chiều dài tối đa là 65 mét.
Để so sánh: khối lượng của Trạm vũ trụ quốc tế là 417 tấn với chiều dài 109 mét.
1) Khởi động cấu hình trong quỹ đạo trái đất thấp.
2) Năm thứ 33 của chuyến bay, tách đôi xe tăng đầu tiên.
3) Năm thứ 67 của chuyến bay, tách đôi xe tăng thứ hai.
4) Năm chuyến bay thứ 100 - đến mục tiêu với tốc độ 15-30 km / s.
Tách giai đoạn cuối, đi vào quỹ đạo vĩnh viễn xung quanh Beta Centauri.
Giống như ISS, Longshot có thể được lắp ráp bằng phương pháp khối ở quỹ đạo thấp của Trái đất. Kích thước thực tế của tàu vũ trụ giúp nó có thể sử dụng các phương tiện phóng hiện có trong quá trình lắp ráp (để so sánh, chiếc Saturn-V hùng mạnh có thể mang tải trọng 120 tấn tới LEO cùng một lúc!)
Cần lưu ý rằng việc phóng một động cơ nhiệt hạch xung trong quỹ đạo gần trái đất là quá rủi ro và bất cẩn. Dự án Longshot cung cấp sự hiện diện của các khối tăng cường bổ sung (động cơ tên lửa đẩy chất lỏng hóa học) để đạt được tốc độ vũ trụ thứ hai và thứ ba và rút tàu vũ trụ khỏi mặt phẳng của quỹ đạo (hệ thống Alpha Centauri nằm ở vị trí 61 ° so với mặt phẳng của sự quay của Trái đất quanh Mặt trời). Ngoài ra, có thể vì mục đích này, một sự điều động trong trường hấp dẫn của Sao Mộc sẽ là hợp lý - giống như các tàu thăm dò không gian đã tìm cách thoát ra khỏi mặt phẳng của quỹ đạo bằng cách sử dụng gia tốc "tự do" trong vùng lân cận của hành tinh khổng lồ.
Phần kết
Tất cả các công nghệ và thành phần của một con tàu giả định giữa các vì sao đều tồn tại trong thực tế.
Trọng lượng và kích thước của tàu thăm dò Longshot tương ứng với khả năng của các nhà du hành vũ trụ hiện đại.
Nếu chúng ta bắt đầu công việc ngay hôm nay, rất có thể vào giữa thế kỷ XXII, những đứa cháu hạnh phúc của chúng ta sẽ nhìn thấy những hình ảnh đầu tiên của hệ Alpha Centauri từ khoảng cách gần.
Sự tiến bộ có một chiều hướng không thể đảo ngược: mỗi ngày cuộc sống vẫn tiếp tục khiến chúng ta ngạc nhiên với những phát minh và khám phá mới. Có thể trong 10 - 20 năm nữa, tất cả các công nghệ được mô tả ở trên sẽ xuất hiện trước mắt chúng ta dưới dạng các mẫu làm việc được thực hiện ở một trình độ công nghệ mới.
Tuy nhiên, con đường dẫn đến các vì sao còn quá xa để có thể nói về nó một cách nghiêm túc.
Người đọc chú ý có lẽ đã chú ý đến vấn đề then chốt của dự án Longshot. Heli-3.
Lấy đâu ra một trăm tấn chất này, nếu sản lượng heli-3 hàng năm chỉ là 60.000 lít (8 kilôgam) mỗi năm với giá lên tới 2.000 đô la một lít ?! Các nhà văn khoa học viễn tưởng dũng cảm đặt hy vọng vào việc sản xuất helium-3 trên Mặt trăng và trong bầu khí quyển của các hành tinh khổng lồ, nhưng không ai có thể đưa ra bất kỳ đảm bảo nào về vấn đề này.
Có những nghi ngờ về khả năng dự trữ một khối lượng nhiên liệu như vậy và nguồn cung cấp theo liều lượng của nó ở dạng "viên" đông lạnh cần thiết để cung cấp năng lượng cho động cơ nhiệt hạch xung. Tuy nhiên, giống như nguyên lý hoạt động của động cơ: những gì ít nhiều hoạt động trong điều kiện phòng thí nghiệm trên Trái đất vẫn còn lâu mới được sử dụng trong không gian vũ trụ.
Cuối cùng là độ tin cậy chưa từng có của tất cả các hệ thống thăm dò. Những người tham gia dự án Longshot viết thẳng về điều này: việc tạo ra một động cơ có thể hoạt động trong 100 năm mà không cần dừng và sửa chữa lớn sẽ là một bước đột phá kỹ thuật đáng kinh ngạc. Điều tương tự cũng áp dụng cho tất cả các hệ thống và cơ chế thăm dò khác.
Tuy nhiên, bạn không nên tuyệt vọng. Trong lịch sử du hành vũ trụ, có những ví dụ về độ tin cậy chưa từng có của tàu vũ trụ. Những người tiên phong 6, 7, 8, 10, 11, cũng như Người du hành 1 và 2 - tất cả đều đã làm việc trong không gian vũ trụ hơn 30 năm!
Câu chuyện về động cơ đẩy hydrazine (động cơ kiểm soát thái độ) của những con tàu vũ trụ này là một dấu hiệu. Voyager 1 chuyển sang một bộ phụ tùng vào năm 2004. Tính đến thời điểm này, bộ động cơ chính đã hoạt động trong không gian mở được 27 năm, chịu được 353.000 lần khởi động. Đáng chú ý là các chất xúc tác của động cơ đã liên tục được làm nóng lên đến 300 ° C trong suốt thời gian qua!
Hôm nay, 37 năm sau khi phóng, cả hai tàu Voyagers tiếp tục chuyến bay điên rồ của họ. Họ đã rời khỏi nhật quyển từ lâu, nhưng vẫn tiếp tục truyền dữ liệu thường xuyên về môi trường giữa các vì sao tới Trái đất.
Bất kỳ hệ thống nào phụ thuộc vào độ tin cậy của con người đều không đáng tin cậy. Tuy nhiên, chúng ta phải thừa nhận rằng: về mặt đảm bảo độ tin cậy của tàu vũ trụ, chúng ta đã đạt được những thành công nhất định.
Tất cả các công nghệ cần thiết để thực hiện "chuyến thám hiểm các vì sao" đã không còn là tưởng tượng của các nhà khoa học lạm dụng cannabinoids, và đã được thể hiện dưới dạng các bằng sáng chế rõ ràng và các mẫu công nghệ. Trong phòng thí nghiệm - nhưng chúng tồn tại!
Thiết kế ý tưởng của tàu vũ trụ giữa các vì sao Longshot đã chứng minh rằng chúng ta có cơ hội thoát đến các vì sao. Có rất nhiều khó khăn phải vượt qua trên con đường chông gai này. Nhưng điều chính yếu là vector của sự phát triển đã được biết đến, và sự tự tin đã xuất hiện.
Thông tin thêm về dự án Longshot có thể được tìm thấy tại đây:
Vì sự bắt đầu quan tâm đến chủ đề này, tôi bày tỏ lòng biết ơn đến "Người đưa thư".
