حركيات الرحلات بين النجوم

دع الرحلة إلى هناك ورحلة العودة تتكون من ثلاث مراحل: تسارع متسارع بشكل منتظم، طيران بسرعة ثابتة وتباطؤ متسارع بشكل منتظم.

الوقت المناسب لأي ساعة له الشكل:

أين هي سرعة هذه الساعة. الساعات الأرضية ثابتة ()، وتوقيتها الصحيح يساوي التوقيت الإحداثي. ساعات رواد الفضاء لها سرعات متغيرة. نظرًا لأن جذر التكامل يظل أقل من الوحدة طوال الوقت، فإن وقت هذه الساعات، بغض النظر عن الشكل الصريح للدالة، دائمًا ما يكون أقل. نتيجة ل.

إذا تم تسريع التسارع والتباطؤ بشكل موحد نسبيًا (مع معلمة التسارع الذاتي) أثناء ، وكانت الحركة المنتظمة ، فسوف يمر الوقت وفقًا لساعة السفينة:

، أين هو قوس الجيب الزائدي

فكر في رحلة افتراضية إلى النظام النجمي Alpha Centauri، البعيد عن الأرض على مسافة 4.3 سنة ضوئية. إذا تم قياس الزمن بالسنوات والمسافات بالسنوات الضوئية، فإن سرعة الضوء تساوي الوحدة، ووحدة التسارع في السنة/السنة² قريبة من تسارع الجاذبية وتساوي تقريبًا 9.5 م/ث².

دع المركبة الفضائية تتحرك في منتصف الطريق بوحدة التسارع، ودعها تبطئ النصف الثاني بنفس التسارع (). ثم تستدير السفينة وتكرر مرحلتي التسارع والتباطؤ. في هذه الحالة، ستكون مدة الرحلة في الإطار المرجعي للأرض حوالي 12 عامًا، بينما ستمر 7.3 سنوات وفقًا للساعة الموجودة على السفينة. وستصل السرعة القصوى للسفينة إلى 0.95 من سرعة الضوء.

خلال 64 عامًا من وقتها، يمكن لمركبة فضائية ذات وحدة تسارع أن تسافر (تعود إلى الأرض) إلى مجرة ​​المرأة المسلسلة، التي تبعد 2.5 مليون سنة ضوئية. سنين . سوف تمر على الأرض حوالي 5 ملايين سنة خلال هذه الرحلة. تطوير تسارع مضاعف (وهو ما يمكن أن يعتاد عليه الشخص المدرب بسهولة إذا تم استيفاء عدد من الشروط واستخدام عدد من الأجهزة، على سبيل المثال، الرسوم المتحركة المعلقة)، ويمكن للمرء حتى التفكير في رحلة استكشافية إلى الحافة المرئية للكون (حوالي 14 مليار سنة ضوئية)، وهو ما سيستغرق رواد الفضاء حوالي 50 سنة؛ ومع ذلك، بعد العودة من هذه البعثة (بعد 28 مليار سنة على مدار الساعة الأرضية)، يخاطر المشاركون بعدم العثور على قيد الحياة ليس فقط الأرض والشمس، ولكن حتى مجرتنا. بناءً على هذه الحسابات، لكي يتجنب رواد الفضاء الصدمات المستقبلية عند عودتهم إلى الأرض، يجب ألا يتجاوز نصف القطر المعقول لإمكانية الوصول لبعثات العودة بين النجوم عدة عشرات من السنين الضوئية، ما لم يكن هناك بالطبع أي مبادئ فيزيائية جديدة بشكل أساسي للحركة في الفضاء. -يتم اكتشاف الوقت. ومع ذلك، فإن اكتشاف العديد من الكواكب الخارجية يعطي سببًا للاعتقاد بأن أنظمة الكواكب توجد بالقرب من نسبة كبيرة بما فيه الكفاية من النجوم، لذلك سيكون لدى رواد الفضاء ما يمكنهم استكشافه في نصف القطر هذا (على سبيل المثال، أنظمة الكواكب ε Eridani وGliese 581).

مدى ملاءمة أنواع مختلفة من المحركات للرحلات بين النجوم

تم النظر في مدى ملاءمة أنواع مختلفة من المحركات للطيران بين النجوم في اجتماع لجمعية الكواكب البريطانية في عام 1973 من قبل توني مارتن. يتميز المحرك الصاروخي الكهربائي الذي يعمل بالطاقة النووية بتسارع قليل، لذا سيستغرق الأمر قرونًا للوصول إلى السرعة المطلوبة، مما يسمح باستخدامه فقط في سفن التوليد. تتمتع المحركات النووية الحرارية من نوع نيرفا بكمية كافية من الدفع، ولكن سرعة عادم الكتلة العاملة منخفضة، حوالي 5-10 كم / ثانية، لذلك يلزم وجود كمية كبيرة من الوقود للتسارع إلى السرعة المطلوبة. وبالتالي، فإن السفينة التي تحتوي على مثل هذا المحرك ستكون أبطأ بعدة مرات من السفينة ذات المحرك الكهربائي. ستستغرق الرحلة إلى نجم مجاور على مثل هذه السفينة عشرات ومئات الآلاف من الآلاف من السنين (الرحلة إلى Alpha Centauri بسرعة 30 كم / ثانية ستستغرق 40 ألف سنة). سيتطلب المحرك النفاث التضاغطي قمعًا بقطر كبير لتجميع الهيدروجين المخلخل بين النجوم، والذي تبلغ كثافته ذرة واحدة لكل سنتيمتر مكعب. إذا تم استخدام مجال كهرومغناطيسي فائق القوة لتجميع الهيدروجين بين النجوم، فإن أحمال القوة على ملف التوليد ستكون كبيرة جدًا بحيث يبدو التغلب عليها غير مرجح حتى بالنسبة للتكنولوجيا المستقبلية.

مشاريع الرحلات بين النجوم

مشاريع الصواريخ الفضائية

مشروع "أوريون"

تبين أن سفينة الصواريخ التابعة لمشروع ديدالوس ضخمة جدًا لدرجة أنه يتعين بناؤها في الفضاء الخارجي. كان من المفترض أن يصل وزنه إلى 54 ألف طن (كل وزنه تقريبًا عبارة عن وقود صاروخي)، ويمكن أن يتسارع إلى 7.1% من سرعة الضوء، ويحمل حمولة تزن 450 طنًا، وعلى عكس مشروع أوريون المصمم لاستخدام القنابل الذرية الصغيرة، فإن مشروع ديدالوس تضمنت استخدام قنابل هيدروجينية مصغرة بمزيج من الديوتيريوم والهيليوم -3 ونظام إشعال يستخدم أشعة الإلكترون. لكن المشاكل التقنية الضخمة والمخاوف بشأن الدفع النووي كانت تعني تأجيل مشروع ديدالوس أيضًا إلى أجل غير مسمى.

تم استخدام الأفكار التكنولوجية لديدالوس في مشروع المركبة الفضائية النووية الحرارية إيكاروس.

مشاريع السفن الفضائية التي يكون دفعها هو ضغط الموجات الكهرومغناطيسية.

في عام 1971، في تقرير لماركس في ندوة في بيوراكان، تم اقتراح استخدام أشعة الليزر السينية للسفر بين النجوم. تم التحقيق في إمكانية استخدام هذا النوع من الدفع لاحقًا بواسطة وكالة ناسا. ونتيجة لذلك، تم التوصل إلى الاستنتاج التالي: "إذا تم العثور على إمكانية إنشاء ليزر يعمل في نطاق الطول الموجي للأشعة السينية، فيمكننا التحدث عن التطور الحقيقي للطائرة (التي يتم تسريعها بواسطة شعاع مثل هذا الليزر)" والتي ستكون قادرة على تغطية المسافات إلى أقرب النجوم بشكل أسرع بكثير من جميع الأنظمة المعروفة حاليًا التي تعمل بالطاقة الصاروخية. وتظهر الحسابات أنه باستخدام النظام الفضائي الذي تناولناه في هذا العمل، من الممكن الوصول إلى النجم ألفا سنتوري... في حوالي 10 سنوات."

في عام 1985، اقترح ر. فوروارد تصميم مسبار بين النجوم يتم تسريعه بواسطة طاقة الموجات الدقيقة. ويتصور المشروع أن المسبار سيصل إلى أقرب النجوم خلال 21 عاما.

في المؤتمر الفلكي الدولي السادس والثلاثين، تم اقتراح مشروع لمركبة فضائية ليزر، يتم توفير حركتها بواسطة طاقة الليزر الضوئية الموجودة في مدار حول عطارد. ووفقا للحسابات، فإن طريق مركبة فضائية بهذا التصميم إلى النجم إبسيلون إريداني (10.8 سنة ضوئية) والعودة سيستغرق 51 عاما.

ميزة المراكب الشراعية الشمسية هي عدم وجود وقود على متنها. عيبه هو عدم القدرة على استخدام الشراع للعودة إلى الأرض، لذلك فهو جيد لإطلاق مجسات ومحطات وسفن شحن أوتوماتيكية، ولكنه قليل الفائدة لرحلات العودة المأهولة (أو سيحتاج رواد الفضاء إلى استخدام ليزر ثانٍ مع احتياطي الوقود للتركيب في الوجهة، وهو ما ينفي في الواقع جميع مزايا المراكب الشراعية).

محركات الإبادة

تظهر الحسابات النظرية التي أجراها الفيزيائيان الأمريكيان رونان كين ووي مينغ تشانغ أنه استنادا إلى التقنيات الحديثة، من الممكن إنشاء محرك إبادة قادر على تسريع مركبة فضائية إلى 70٪ من سرعة الضوء. المحرك الذي اقترحوه أسرع من التطورات النظرية الأخرى بسبب تصميم الفوهة الخاص. لكن المشاكل الرئيسية في صنع صواريخ التدمير ( إنجليزي) مع هذه المحركات يتم إنتاج الكمية المطلوبة من المادة المضادة، وكذلك تخزينها. اعتبارًا من مايو 2011، كان وقت التخزين القياسي لذرات الهيدروجين المضاد 1000 ثانية (~ 16.5 دقيقة). قدرت وكالة ناسا في عام 2006 أن تكلفة إنتاج مليجرام من البوزيترونات تبلغ حوالي 25 مليون دولار أمريكي. غرام واحد من الهيدروجين المضاد سيكلف 62.5 تريليون دولار، وفقا لتقديرات عام 1999.

المحركات النفاثة النفاثة التي تعمل بالهيدروجين بين النجوم

المكون الرئيسي لكتلة الصواريخ الحديثة هو كتلة الوقود التي يحتاجها الصاروخ للتسارع. إذا تمكنا بطريقة أو بأخرى من استخدام البيئة المحيطة بالصاروخ كسوائل عمل ووقود، فيمكننا تقليل كتلة الصاروخ بشكل كبير وبالتالي تحقيق سرعات عالية.

عيب آخر للمحرك النفاث النووي الحراري هو السرعة المحدودة التي يمكن أن تصل إليها السفينة المجهزة به (لا تزيد عن 0.119 ج= 35.7 ألف كم/ث). ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند التقاط كل ذرة هيدروجين (والتي يمكن اعتبارها، كتقريب أولي، ثابتة بالنسبة للنجوم)، تفقد السفينة زخمًا معينًا، والذي لا يمكن تعويضه عن طريق دفع المحرك إلا إذا لم تنخفض السرعة. تتجاوز حدا معينا. للتغلب على هذا القيد، من الضروري الاستفادة من الطاقة الحركية للذرات المحتجزة على أكمل وجه قدر الإمكان، والتي تبدو مهمة صعبة إلى حد ما.

لنفترض أن الشاشة التقطت 4 ذرات هيدروجين. عندما يعمل مفاعل الاندماج النووي، يتم تحويل أربعة بروتونات إلى جسيم ألفا واحد، واثنين من البوزيترونات، واثنين من النيوترينوات. للتبسيط، سنهمل النيوترينوات (مع الأخذ في الاعتبار أن النيوترينوات ستتطلب حسابًا دقيقًا لجميع مراحل التفاعل، وتكون الخسائر الناجمة عن النيوترينوات حوالي بالمائة)، ونفني البوزيترونات مع بقاء 2 إلكترون من ذرات الهيدروجين بعد إزالة البروتونات منها. . سيتم استخدام إلكترونين آخرين لتحويل جسيم ألفا إلى ذرة هيليوم محايدة، والتي، بفضل الطاقة الواردة من التفاعل، سيتم تسريعها في فوهة المحرك.

معادلة التفاعل النهائية دون الأخذ في الاعتبار النيوترينوات:

4 تحرير] محرك الفوتون على أحاديات القطب المغناطيسي

إذا كانت بعض النظريات الموحدة الكبرى صحيحة، مثل نموذج هوفت-بولياكوف، فمن الممكن بناء محرك فوتون لا يستخدم المادة المضادة، حيث يمكن لأحادي القطب المغناطيسي أن يحفز افتراضيًا اضمحلال البروتون إلى بوزيترون وبوزيترون. π 0 ميسون:

يتحلل π 0 بسرعة إلى فوتونين، ويفني البوزيترون مع الإلكترون، ونتيجة لذلك تتحول ذرة الهيدروجين إلى 4 فوتونات، وتبقى مشكلة المرآة فقط دون حل.

يمكن أيضًا لمحرك الفوتون المعتمد على أحاديات القطب المغناطيسي أن يعمل في دائرة التدفق المباشر.

وفي الوقت نفسه، فإن معظم النظريات الموحدة الكبرى الحديثة لا تتضمن أحاديات القطب المغناطيسي، مما يلقي ظلالاً من الشك على هذه الفكرة الجذابة.

أنظمة مكابح السفن بين النجوم

تم اقتراح عدة طرق:

1. الكبح على المصادر الداخلية - الصاروخ

2. الكبح بسبب شعاع الليزر المرسل من النظام الشمسي.

3. فرملة المجال المغناطيسي باستخدام شراع زوبرين المغناطيسي على الموصلات الفائقة.

سفن الجيل

السفر بين النجوم ممكن أيضًا باستخدام السفن الفضائية التي تطبق مفهوم "سفن الأجيال" (على سبيل المثال، مثل مستعمرات أونيل). في مثل هذه السفن الفضائية، يتم إنشاء وصيانة محيط حيوي مغلق، قادر على الحفاظ على نفسه وإعادة إنتاجه لعدة آلاف من السنين. تتم الرحلة بسرعة منخفضة وتستغرق وقتا طويلا جدا، تمكنت خلالها أجيال عديدة من رواد الفضاء من التغيير.

خطر بيئي

تم فحص هذه المشكلة بالتفصيل من قبل إيفان كورزنيكوف في مقال "حقائق الرحلات الجوية بين النجوم". سيحدث الاصطدام بالغبار بين النجوم بسرعات قريبة من الضوء وسيشبه التأثير المادي انفجارات صغيرة. عند السرعات التي تزيد عن 0.1 درجة مئوية، يجب أن يبلغ سمك الشاشة الواقية عشرات الأمتار وكتلة مئات الآلاف من الأطنان. لكن هذه الشاشة لن ​​تحمي إلا بشكل موثوق من الغبار بين النجوم. سيكون للتصادم مع نيزك عواقب وخيمة. يعطي إيفان كورزنيكوف حسابات مفادها أنه عند سرعة تزيد عن 0.1 درجة مئوية، لن يكون لدى المركبة الفضائية الوقت لتغيير مسار الرحلة وتجنب الاصطدام. يعتقد إيفان كورزنيكوف أن المركبة الفضائية ستنهار بسرعة أقل من الضوء قبل أن تصل إلى هدفها. في رأيه، السفر بين النجوم ممكن فقط بسرعات أقل بكثير (تصل إلى 0.01 درجة مئوية).

الطاقة والموارد

ستتطلب الرحلة بين النجوم احتياطيات كبيرة من الطاقة والموارد التي يجب أن تحملها معك. وهذه إحدى المشكلات التي لم تتم دراستها كثيرًا في مجال الملاحة الفضائية بين النجوم.

على سبيل المثال، فإن المشروع الأكثر تطورًا حتى الآن، "ديدالوس" بمحرك نووي حراري نابض، سيصل إلى نجم بارنارد (ست سنوات ضوئية) في نصف قرن، حيث ينفق 50 ألف طن من الوقود النووي الحراري (خليط من الديوتيريوم والهيليوم -3). وتوصيل كتلة مفيدة قدرها 4 آلاف طن إلى الهدف

"التكنولوجيا للشباب" 1991 العدد 10، الصفحات 18-19

منبر الفرضيات الجريئة

فلاديمير أتسيوكوفسكي،
مرشح للعلوم التقنية،
جوكوفسكي، منطقة موسكو.

هل السفر بين النجوم ممكن؟

لقد طغت موجة من التقارير حول الأجسام الطائرة المجهولة على الصحافة. يزعم شهود عيان أنهم رأوا جسمًا غامضًا من الواضح أنه من صنع الإنسان. ليس لديهم أدنى شك في أنهم لاحظوا سفن فضائية تابعة لحضارات غريبة. لكن وعينا يرفض قبول ذلك: بالنسبة لكواكب المجموعة الشمسية، فإن وجود حضارات أخرى غير الأرض يكاد يكون مستحيلا، لعدم توفر شروط الحياة عليها، على الأقل على سطحها. ربما تحت السطح؟ من غير المرجح، على الرغم من...

وعلى كواكب الأنظمة الأخرى، قد تكون هناك حياة، لكنها بعيدة جدًا عنها: أقرب 28 نجمًا تقع في النطاق من 4 (أقرب قنطورس) إلى 13 سنة ضوئية (نجم كابتين). تقع النجوم مثل Sirius A وB وProcyon A وB وTau Ceti ضمن هذه الفترة. ليست قريبة! إذا طارت السفن ذهابًا وإيابًا بسرعة الضوء، فستستغرق من 8 إلى 26 عامًا في كلا الاتجاهين، وهذا فقط لأقرب النجوم. عدم احتساب زمن التسارع والتباطؤ. وهذا أمر غير مستحسن، مما يعني أنك بحاجة إلى الطيران بسرعة أكبر من الضوء.

حسنًا، دعنا نقدر المدة التي سيستغرقها التسارع إلى هذه السرعات (والكبح). ومن أجل الوضوح، تم تلخيص النتائج في جدول، يمكنك من خلاله معرفة الوقت اللازم لتحقيق سرعة معينة عند تسارع معين. اتضح: إذا افترضنا أن المدة المسموح بها لرحلة في اتجاه واحد تساوي شهرًا واحدًا، فأنت بحاجة إلى الطيران بسرعة تعادل عشرات من سرعات الضوء، وتتسارع (وتتباطأ) مع تسارع عدة مئات من التسارعات الأرضية. هممم!.. ولكل هذا مازلنا بحاجة للحصول على الطاقة في مكان ما! لا مفر من أن يتساءل المرء: هل الرحلات الجوية بين النجوم ممكنة؟ ولكن من أين تأتي الأجسام الطائرة المجهولة إذن؟ علاوة على ذلك، فإنهم يتصرفون بتحد: يختفون فجأة، يناورون بزوايا قائمة، ينبعثون شيئًا ما... ماذا لو...

بعد كل شيء، ماذا نحتاج، بعد كل شيء؟ أجب فقط على ثلاثة أسئلة:

1. هل من الممكن من حيث المبدأ الطيران بسرعات تتجاوز سرعة الضوء؟ (في المدرسة علموني ألا أفعل ذلك).

2. هل يمكن التسارع بقوة دون تدمير الجسم؟ (وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن الحمل الزائد بمقدار 10 أضعاف هو الحد الأقصى المسموح به).

3. هل من الممكن الحصول على الطاقة اللازمة للتسارع والكبح؟ (تظهر الحسابات أنه لا توجد طاقة نووية حرارية كافية لهذا الغرض.)

ومن الغريب أن جميع الأسئلة، على الرغم من الملاحظات المتشككة بين قوسين، لديها بالفعل إجابات إيجابية اليوم. من المستحيل الطيران بسرعات تتجاوز سرعة الضوء فقط بسبب الحظر الذي فرضه أ. أينشتاين. ولكن لماذا بحق السماء ارتقت نظريته النسبية إلى مرتبة الحقيقة المطلقة؟ بعد كل شيء، فهو يأتي من الافتراضات، أي اختراعات المؤلف، والتي تستند في حد ذاتها إلى مقدمات خاطئة. على سبيل المثال، في عام 1887، في تجربة ميشيلسون الشهيرة، تم اكتشاف الريح الأثيرية، على الرغم من أن حجمها تبين أنه أقل من المتوقع (ثم لم يكن مفهوم الطبقة الحدودية معروفا). ما يحدث؟ فمن ناحية، لا يمكن لـ SRT - النظرية النسبية الخاصة - أن توجد إذا كان هناك أثير. ومن ناحية أخرى، فإن GTR - النظرية النسبية العامة - كما كتب أينشتاين نفسه في مقالات "عن الأثير" و"الأثير والنظرية النسبية"، تفترض دائمًا وجود الأثير. كيف نفهم هذا التناقض؟

أظهرت مراجعتي النقدية لجميع التجارب الرئيسية على SRT وGTR (انظر "الأسس المنطقية والتجريبية للنظرية النسبية. مراجعة تحليلية." M., MPI, 1990, 56 pp.) أنه لا يوجد من بينها ما يؤكد هذا بشكل لا لبس فيه. نظرية! ولهذا يمكن خصمها وعدم أخذها بعين الاعتبار هنا. علاوة على ذلك، أثبت ب. لابلاس أيضًا أن سرعة انتشار اضطرابات الجاذبية لا تقل عن 50 مليون مرة أعلى من سرعة الضوء، وتجربة الميكانيكا السماوية بأكملها، التي تعمل حصريًا باستخدام صيغ ثابتة تفترض سرعة كبيرة لا متناهية وانتشار الجاذبية يؤكد ذلك. باختصار، لا يوجد حظر على سرعات الضوء الفرعي، لقد كان إنذارًا كاذبًا.

دعنا ننتقل إلى السؤال الثاني. دعونا نفكر في كيفية تسارع رائد الفضاء؟ تضغط غازات الصاروخ على جدار غرفة الاحتراق، مما يضغط على الصاروخ، فيضغط الصاروخ على ظهر الكرسي، فيضغط عليه ظهر الكرسي. والجسم، كل كتلة رائد الفضاء، الذي يحاول البقاء في حالة راحة، مشوه ويمكن أن ينهار تحت تأثيرات قوية. ولكن إذا سقط نفس رائد الفضاء في مجال الجاذبية لبعض النجوم، فرغم أنه سيتسارع بشكل أسرع بكثير، إلا أنه لن يواجه أي تشوه على الإطلاق، لأن جميع عناصر جسده تتسارع في وقت واحد وبشكل متساوٍ. سيحدث نفس الشيء إذا نفخت الأثير على رائد فضاء. في هذه الحالة، فإن تدفق الأثير - وهو غاز لزج حقيقي - سوف يسرع كل بروتون ورائد فضاء ككل، دون تشويه الجسم (تذكر رواية الخيال العلمي التي كتبها أ. بيلييف "أرييل"). علاوة على ذلك، يمكن أن يكون للتسارع أي قيمة، طالما أن التدفق منتظم. لذلك هناك فرص هنا أيضا.

وأخيرًا، من أين تحصل على الطاقة؟ وفقًا لبياناتي (انظر "ديناميكيات الأثير العامة. نمذجة هياكل المادة والحقول بناءً على أفكار حول الأثير الشبيه بالغاز." M., Energoatomizdat, 1990, 280 pp)، الأثير هو غاز حقيقي ذو بنية دقيقة وقابل للضغط. ولزج. صحيح أن لزوجتها صغيرة جدًا، وهذا ليس له أي تأثير عمليًا على تباطؤ الكواكب، ولكنها تلعب دورًا ملحوظًا جدًا عند السرعات العالية. ضغط الأثير هائل، أكثر من 2 × 10 بوصة 29 ضغط جوي (2 × 10 بوصة 32 نيوتن/متر مربع)، الكثافة - 8.85 × 10 بوصة - 12 كجم/مكعب. م (في الفضاء القريب من الأرض). وكما اتضح، هناك عملية طبيعية يمكنها تزويدنا بكمية غير محدودة من الطاقة في أي نقطة في الفضاء في أجزاء من أي حجم... نحن نتحدث عن الدوامات.

من أين تحصل الأعاصير العادية على طاقتها الحركية؟ تتشكل تلقائيًا من الطاقة الكامنة في الغلاف الجوي. ولاحظ: إذا كان من المستحيل عمليا استخدام الأخير، فيمكن استخدام الأول، على سبيل المثال، من خلال إجبار الإعصار على تدوير التوربينات. يعلم الجميع أن الإعصار يشبه الجذع - وهو أكثر سمكًا عند القاعدة. أظهر تحليل هذا الظرف أنه مضغوط بالضغط الجوي. يؤدي الضغط الخارجي إلى تحرك جزيئات الغاز الموجودة في جسم الإعصار بشكل حلزوني أثناء عملية الضغط. الفرق في قوى الضغط - الخارجية والداخلية (بالإضافة إلى قوة الطرد المركزي) يعطي إسقاطًا للقوة الناتجة على مسار جزيئات الغاز (الشكل 1) ويجعلها تتسارع في جسم الإعصار. فيصبح أرق، وتزداد سرعة حركة جداره. في هذه الحالة، ينطبق قانون حفظ الزخم الزاوي mrv = const، وكلما زاد ضغط الإعصار، زادت سرعة حركته. وهكذا فإن جو الكوكب بأكمله يعمل على كل إعصار؛ تعتمد طاقتها على كثافة الهواء التي تساوي 1 كجم / متر مكعب. م، وضغط يساوي 1 ATM (10 في 5 نيوتن/متر مربع). وفي الأثير، تكون الكثافة أقل بمقدار 11 مرة، ولكن الضغط أعلى بمقدار 29 (!) من حيث الحجم. وللأثير أيضًا آليته الخاصة القادرة على توفير الطاقة. هذا هو BL، كرة البرق.

النموذج الديناميكي الأثيري لـ BL هو النموذج الوحيد (!) القادر على شرح جميع ميزاته بالكامل. وما ينقصنا اليوم للحصول على طاقة صديقة للبيئة من الأثير هو تعلم كيفية إنشاء CMM اصطناعي. بالطبع بعد أن نتعلم كيفية تهيئة الظروف لتكوين الدوامة في الأثير. لكننا لا نعرف كيفية القيام بذلك فحسب، بل لا نعرف حتى الطريقة التي نتعامل بها معه. الجوز صعبة للغاية للقضاء! هناك شيء واحد مشجع: بعد كل شيء، تمكنت الطبيعة بطريقة ما من خلق هذه الكائنات، هذه الكائنات CMM! وإذا كان الأمر كذلك، فربما سنتمكن نحن أيضًا في يوم من الأيام من إدارة الأمور. وبعد ذلك لن تكون هناك حاجة لجميع أنواع محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الحرارية ومحطات طاقة الرياح ومحطات الطاقة الشمسية ومحطات الطاقة الأخرى. بوجود أي كمية مرغوبة من الطاقة في أي مكان، ستتعامل البشرية مع حل المشكلات البيئية بطريقة مختلفة تمامًا. بالطبع، بشرط أن يعيش بسلام على كوكبه، وماذا بحق الجحيم، لن يتم تدمير موطنه الأصلي فحسب، بل سيتم أيضًا تدمير النظام الشمسي بأكمله! كما ترون، مع الطاقة يمكن حل المشكلة. في الوقت نفسه، انتبه إلى تفاصيل مهمة - مع هذه الطريقة لن تكون هناك حاجة لتسريع وإبطاء كتلة الوقود، والتي تحدد الآن إلى حد كبير كتلة السفينة.

حسنًا، ماذا عن السفينة الفضائية نفسها، كيف ينبغي تصميمها؟ نعم، على الأقل في شكل "الصحن الطائر" المألوف بالفعل. (الشكل 2.) يوجد في جزئه الأمامي "مدخلان للأثير" يمتصان الأثير من المساحة المحيطة. وخلفهم توجد غرف تشكيل دوامة، حيث يتدفق الأثير بشكل دوامي ومضغوط ذاتيًا. على طول قنوات الدوامة، يتم نقل الأعاصير الأثيرية إلى غرفة الإبادة، حيث (بحركات لولبية متطابقة، ولكن موجهة في الاتجاه المعاكس؛ تقضي على بعضها البعض باستخدام المحراث. ولم يعد الأثير المكثف مقيدًا بالطبقة الحدودية و ينفجر، وينتشر في كل الاتجاهات. يتم إرجاع التيار النفاث إلى الخلف وإلى الأمام - وهو تدفق يلتقط السفينة بأكملها وجسم رائد الفضاء، والذي يتسارع دون تشوه. وتطير السفينة أمام الضوء، في الفضاء الإقليدي العادي وفي الوقت العادي ...

ولكن ماذا عن مفارقات التوائم، زيادة الكتلة وانخفاض الطول؟ ولكن بأي حال من الأحوال. المسلمات - إنها مسلمات - اختراعات مجانية، ثمار الخيال الحر. ويجب إزاحتهم جانباً مع "النظرية" التي ولدتهم. لأنه إذا كان الوقت قد حان لكي تحل الإنسانية المشكلات التطبيقية، فلا ينبغي أن توقفها أي سلطات متضخمة بحواجزها التأملية التي جاءت من العدم.

ملحوظة: يمكن طلب الكتب المذكورة على العنوان: 140160، جوكوفسكي، منطقة موسكو، ص.ب 285.

وفي 12 أبريل 2016، أعلن عالم الفيزياء البريطاني الشهير ستيفن هوكينج ورجل الأعمال والمحسن الروسي يوري ميلنر عن تخصيص 100 مليون دولار لتمويل المشروع. اختراق ستارشوت. كان الهدف من المشروع هو تطوير تقنيات لإنشاء مركبة فضائية قادرة على القيام برحلة بين النجوم إلى Alpha Centauri.

تصف الآلاف من روايات الخيال العلمي سفن الفوتون العملاقة بحجم مدينة صغيرة (أو كبيرة) تنطلق في رحلة بين النجوم من مدار كوكبنا (في كثير من الأحيان من سطح الأرض). ولكن، وفقا لمؤلفي المشروع، اختراق ستارشوتكل شيء سيحدث بشكل مختلف تمامًا: في يوم مهم واحد من ألفي عام، لن يتم إطلاق واحدة أو اثنتين، ولكن مئات وآلاف السفن الفضائية الصغيرة بحجم ظفر ووزن 1 جرام إلى أحد أقرب النجوم، Alpha Centauri. وسيكون لكل منهم شراع شمسي رفيع بمساحة 16 م2، والذي سيحمل سفينة الفضاء بسرعة متزايدة للأمام - إلى النجوم.

"طلقة إلى النجوم"

أساس المشروع اختراق ستارشوتكان مقالًا بقلم فيليب لوبين، أستاذ الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، بعنوان "خطة للطيران بين النجوم" ( خريطة الطريق للطيران بين النجوم). الهدف الرئيسي المعلن للمشروع هو جعل الرحلات الجوية بين النجوم ممكنة خلال حياة الجيل القادم من البشر، أي ليس خلال قرون، بل خلال عقود.

مباشرة بعد الإعلان الرسمي عن البرنامج ستارشوتوتعرض القائمون على المشروع لموجة من الانتقادات من العلماء والمتخصصين التقنيين في مختلف المجالات. لاحظ الخبراء الناقدون العديد من التقييمات غير الصحيحة وببساطة "نقاط فارغة" في خطة البرنامج. تم أخذ بعض التعليقات في الاعتبار وتم تعديل خطة الرحلة قليلاً في التكرار الأول.

لذلك، سيكون المسبار بين النجوم عبارة عن مركب شراعي فضائي مزود بوحدة إلكترونية ستارشيبوزنه 1 جرام متصل بأشرطة شديدة التحمل بشراع شمسي مساحته 16 م2 وسمكه 100 نانومتر وكتلته 1 جرام وبالطبع ضوء شمسنا لا يكفي للتسارع حتى مثل هذا الهيكل الخفيف للسرعات التي لن يستمر بها السفر بين النجوم لآلاف السنين. لذلك، أهم ما يميز المشروع ستارشوت- يتم التسارع باستخدام إشعاع ليزر قوي يتم تركيزه على الشراع. يقدر لوبين أنه مع قوة شعاع ليزر تبلغ 50-100 جيجاوات، سيكون التسارع حوالي 30000 جرام، وفي غضون دقائق قليلة سيصل المسبار إلى سرعة 20٪ من الضوء. ستستغرق الرحلة إلى Alpha Centauri حوالي 20 عامًا.

الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها: موجة من الانتقادات

يقدم فيليب لوبين في مقالته تقديرات عددية لنقاط الخطة، لكن العديد من العلماء والمتخصصين ينتقدون هذه البيانات بشدة.

بالطبع لتطوير مثل هذا المشروع الطموح مثل اختراق ستارشوتيستغرق الأمر سنوات من العمل، و100 مليون دولار ليست مبلغًا كبيرًا لعمل بهذا الحجم. وينطبق هذا بشكل خاص على البنية التحتية الأرضية - وهي مجموعة مرحلية من بواعث الليزر. سيتطلب تركيب مثل هذه القدرة (50-100 جيجاوات) كمية هائلة من الطاقة، أي أنه سيلزم بناء ما لا يقل عن اثنتي عشرة محطة كهرباء كبيرة في مكان قريب. بالإضافة إلى ذلك، سيكون من الضروري إزالة كمية كبيرة من الحرارة من الباعثات لعدة دقائق، وكيفية القيام بذلك لا تزال غير واضحة تمامًا. هناك مثل هذه الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها في المشروع اختراق ستارشوتمبلغ ضخم، ولكن حتى الآن بدأ العمل للتو.

ويقول يوري ميلنر: "يضم المجلس العلمي لمشروعنا خبراء وعلماء ومهندسين بارزين في مختلف المجالات ذات الصلة، بما في ذلك اثنان من الحائزين على جائزة نوبل". - ولقد سمعت تقييمات متوازنة للغاية لجدوى هذا المشروع. وفي القيام بذلك، فإننا نعتمد بالتأكيد على الخبرة المشتركة لجميع أعضاء مجلسنا العلمي، ولكن في الوقت نفسه نحن منفتحون على مناقشة علمية أوسع.

تحت أشرعة النجوم

أحد التفاصيل الرئيسية للمشروع هو الشراع الشمسي. في النسخة الأصلية، كانت مساحة الشراع في البداية 1 م 2 فقط، ولهذا السبب، لم تتمكن من تحمل التسخين أثناء التسارع في مجال إشعاع الليزر. يستخدم الإصدار الجديد شراعًا بمساحة 16 مترًا مربعًا، وبالتالي فإن النظام الحراري، على الرغم من قسوته الشديدة، ولكن وفقًا للتقديرات الأولية، لا ينبغي أن يذيب الشراع أو يدمره. كما كتب فيليب لوبين نفسه، من المخطط استخدام الطلاءات المعدنية كأساس للشراع، ولكن المرايا متعددة الطبقات العازلة تمامًا: "تتميز هذه المواد بمعامل انعكاس معتدل وامتصاص منخفض للغاية. لنفترض أن النظارات البصرية للألياف الضوئية مصممة لتدفقات الضوء العالية ولها امتصاص يبلغ حوالي عشرين تريليونًا لكل 1 ميكرون من السمك. ليس من السهل تحقيق معامل انعكاس جيد من عازل بسمك شراع يبلغ 100 نانومتر، وهو أقل بكثير من الطول الموجي. لكن لدى مؤلفي المشروع بعض الأمل في استخدام أساليب جديدة، مثل الطبقات الأحادية من المواد الخارقة ذات معامل الانكسار السلبي.

الشراع الشمسي

من العناصر الرئيسية للمشروع شراع شمسي بمساحة 16 م2 وكتلته 1 جرام فقط، مادة الشراع عبارة عن مرايا عازلة متعددة الطبقات تعكس 99.999% من الضوء الساقط (حسب الحسابات الأولية فإن هذا يجب أن تكون كافية لمنع الشراع من الذوبان في مجال إشعاع ليزر بقوة 100 جيجاوات). هناك نهج أكثر واعدة، والذي يجعل من الممكن جعل سمك الشراع أصغر من الطول الموجي للضوء المنعكس، وهو استخدام طبقة أحادية من مادة فوقية ذات معامل انكسار سلبي كقاعدة للشراع (مثل هذه المادة لها أيضًا ثقب نانوي، مما يقلل من كتلته بشكل أكبر). الخيار الثاني هو استخدام مادة ليست ذات معامل انعكاس مرتفع، ولكن ذات معامل امتصاص منخفض (10 −9)، مثل المواد البصرية لأدلة الضوء.

يقول لوبين: "عليك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار أن الانعكاس من المرايا العازلة يتم ضبطه على نطاق ضيق من الأطوال الموجية، ومع تسارع المسبار، يؤدي تأثير دوبلر إلى تغيير الطول الموجي بأكثر من 20%". - أخذنا ذلك في الاعتبار، لذلك سيتم ضبط العاكس على ما يقرب من عشرين بالمائة من عرض نطاق الإشعاع. لقد صممنا مثل هذه العاكسات. وإذا لزم الأمر، تتوفر أيضًا عاكسات ذات نطاق ترددي أكبر.

ماكينة ليزر

لن تطير محطة الطاقة الرئيسية لسفينة الفضاء إلى النجوم - بل ستكون موجودة على الأرض. هذه عبارة عن مجموعة مراحل أرضية من بواعث الليزر بقياس 1 × 1 كم. يجب أن تتراوح طاقة الليزر الإجمالية من 50 إلى 100 جيجاوات (وهذا يعادل قوة 10-20 محطة للطاقة الكهرومائية في كراسنويارسك). من المفترض استخدام المراحل (أي تغيير المراحل على كل باعث على حدة) لتركيز الإشعاع بطول موجي قدره 1.06 ميكرومتر من الشبكة بأكملها إلى بقعة يبلغ قطرها عدة أمتار على مسافات تصل إلى عدة ملايين من الكيلومترات ( الحد الأقصى لدقة التركيز هو 10 −9 راديان). لكن مثل هذا التركيز يعوقه الغلاف الجوي المضطرب، الذي يطمس الشعاع في بقعة بحجم ثانية قوسية تقريبًا (10 −5 راديان). ومن المتوقع تحقيق تحسينات بأربعة مستويات باستخدام البصريات التكيفية (AO)، والتي ستعوض التشوهات الجوية. تعمل أفضل أنظمة البصريات التكيفية في التلسكوبات الحديثة على تقليل الضبابية إلى 30 مللي ثانية قوسية، مما يعني أنه لا يزال هناك حوالي ضعفين ونصف من الحجم المتبقي للهدف المقصود. يوضح فيليب لوبين: "للتغلب على الاضطرابات الجوية صغيرة النطاق، يجب تقسيم المصفوفة المرحلية إلى عناصر صغيرة جدًا، ويجب ألا يزيد حجم العنصر الباعث لطول موجتنا عن 20-25 سم". - هذا لا يقل عن 20 مليون باعث، لكن هذا الرقم لا يخيفني. للحصول على ردود الفعل في نظام AO، نخطط لاستخدام العديد من المصادر المرجعية - المنارات - سواء على المسبار أو على السفينة الأم أو في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، سوف نقوم بتتبع المسبار في طريقه إلى الهدف. نريد أيضًا استخدام النجوم كعوامة لضبط مراحل المصفوفة عند تلقي الإشارة من المسبار عند وصوله، لكننا سنتتبع المسبار للتأكد.

الوصول

ولكن بعد ذلك وصل المسبار إلى نظام Alpha Centauri، وقام بتصوير المناطق المحيطة بالنظام والكوكب (إن وجدت). يجب أن يتم نقل هذه المعلومات بطريقة أو بأخرى إلى الأرض، وتقتصر قوة جهاز إرسال الليزر الخاص بالمسبار على بضعة واطات. وبعد خمس سنوات، لا بد من استقبال هذه الإشارة الضعيفة على الأرض، لعزل النجوم عن إشعاع الخلفية. ووفقا لمؤلفي المشروع، فإن المسبار يناور نحو الهدف بحيث يتحول الشراع إلى عدسة فريسنل، مع تركيز إشارة المسبار في اتجاه الأرض. من المقدر أن العدسة المثالية ذات التركيز البؤري المثالي والتوجيه المثالي تعمل على تضخيم إشارة 1 واط إلى 10 13 واط مكافئ الخواص. ولكن كيف يمكننا أن نعتبر هذه الإشارة على خلفية إشعاع أقوى بكثير (بمقدار 13-14 مرة!) من النجم؟ "إن الضوء الصادر عن النجم ضعيف جدًا في الواقع لأن عرض خط الليزر لدينا صغير جدًا. يقول لوبين إن الخط الضيق هو عامل رئيسي في تقليل الخلفية. - إن فكرة صنع عدسة فرينل من الشراع بالاعتماد على عنصر حيود غشاء رقيق هي فكرة معقدة للغاية وتتطلب الكثير من العمل التمهيدي لفهم أفضل السبل للقيام بذلك بالضبط. هذه النقطة هي في الواقع واحدة من النقاط الرئيسية في خطة مشروعنا. "

الرحلة بين النجوم ليست مسألة قرون، بل عقود

يوري ميلنر ,
رجل الأعمال الروسي والمحسن،
مؤسس مبادرات الاختراق:

على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية، يمكن القول إن تقدمًا ثوريًا كبيرًا قد حدث في ثلاثة مجالات تكنولوجية: تصغير المكونات الإلكترونية، وإنشاء جيل جديد من المواد، وكذلك تخفيض التكلفة وزيادة طاقة الليزر. يؤدي الجمع بين هذه الاتجاهات الثلاثة إلى إمكانية نظرية لتسريع القمر الصناعي النانوي إلى سرعات نسبية تقريبًا. في المرحلة الأولى (من 5 إلى 10 سنوات)، نخطط لإجراء دراسة علمية وهندسية أكثر تعمقًا لفهم مدى جدوى هذا المشروع. توجد على موقع المشروع قائمة بحوالي 20 مشكلة فنية خطيرة، بدون حلها لن نتمكن من المضي قدمًا. هذه ليست قائمة نهائية، ولكن بناء على رأي المجلس العلمي، نعتقد أن المرحلة الأولى من المشروع لديها الدافع الكافي. أعلم أن مشروع الشراع النجمي يتعرض لانتقادات جدية من الخبراء، لكنني أعتقد أن موقف بعض الخبراء النقديين مرتبط بفهم غير دقيق تمامًا لما نقترحه حقًا. نحن لا نقوم بتمويل رحلة إلى نجم آخر، بل تطويرات واقعية متعددة الأغراض تتعلق بفكرة المسبار بين النجوم فقط في الاتجاه العام. سيتم استخدام هذه التقنيات للرحلات الجوية في النظام الشمسي وللحماية من الكويكبات الخطرة. لكن تحديد مثل هذا الهدف الاستراتيجي الطموح مثل الطيران بين النجوم يبدو مبررا، بمعنى أن تطور التكنولوجيا على مدى السنوات العشر إلى العشرين الماضية ربما يجعل تنفيذ مثل هذا المشروع ليس مسألة قرون، كما افترض كثيرون، بل عقودا من الزمن.

من ناحية أخرى، فإن المصفوفة المرحلية من الباعثات الضوئية/مستقبلات الإشعاع ذات الفتحة الإجمالية التي تبلغ كيلومترًا واحدًا هي أداة قادرة على رؤية الكواكب الخارجية من مسافات تصل إلى عشرات الفراسخ الفلكية. باستخدام أجهزة استقبال ذات أطوال موجية قابلة للضبط، يمكن تحديد تكوين الغلاف الجوي للكواكب الخارجية. هل هناك حاجة إلى تحقيقات على الإطلاق في هذه الحالة؟ "من المؤكد أن استخدام المصفوفة المرحلية كتلسكوب كبير جدًا يفتح إمكانيات جديدة في علم الفلك. ولكن يضيف لوبين أننا نخطط لإضافة مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء إلى المسبار كبرنامج طويل المدى بالإضافة إلى الكاميرا وأجهزة الاستشعار الأخرى. لدينا مجموعة ضوئيات رائعة في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وهي جزء من التعاون."

لكن على أية حال، بحسب لوبين، سيتم إجراء أولى الرحلات الجوية داخل النظام الشمسي: "نظرًا لأنه يمكننا إرسال عدد كبير من المجسات، فإن هذا يمنحنا العديد من الاحتمالات المختلفة. يمكننا أيضا أن نرسل صغيرة مماثلة ( مقياس الرقاقة(أي على شريحة) تسبر على الصواريخ التقليدية وتستخدم نفس التقنيات لدراسة الأرض أو الكواكب وأقمارها الصناعية في النظام الشمسي.

يشكر المحررون صحيفة "Troitsky Option - Science" ورئيس تحريرها بوريس ستيرن لمساعدتهم في إعداد المقال.

الرحلة بين النجوم هي السفر بين النجوم بواسطة مركبات مأهولة أو محطات أوتوماتيكية. في أغلب الأحيان، تشير الرحلة بين النجوم إلى السفر المأهول، وأحيانًا مع احتمال استعمار كواكب خارج المجموعة الشمسية.

سيبدأ بناء سرب من السفن بين النجوم عند نقاط لاغرانج في نظام الأرض والقمر (نقاط توازن الجاذبية). يمكن تسليم المواد، في معظمها، من القواعد القمرية - على سبيل المثال، يتم إطلاق الحاويات التي تحتوي عليها بواسطة مدافع كهرومغناطيسية ويتم التقاطها بواسطة محطات مصائد خاصة في منطقة البناء. يجب أن يتمتع محرك سفينة بين النجوم بنفس ترتيب الطاقة الذي تتمتع به كل الطاقة التي تستهلكها البشرية اليوم. واستنادًا إلى التقنيات المتوقعة وقدرات الموارد، من الممكن تقديم مخطط تفصيلي للسفر بين النجوم في المستقبل.

عند النظر في مركبة فضائية لأي غرض من الأغراض، فمن المناسب تقسيمها إلى قسمين - نظام الدفع والحمولة. لا يعني نظام الدفع عادةً المحركات نفسها فحسب، بل يعني أيضًا خزانات الوقود وهياكل الطاقة اللازمة. بالنسبة لمشاكل السفر بين النجوم، فإن نظام الدفع هو العامل الرئيسي الذي يحدد جدوى المشروع. ومع ذلك، فإن مشاكل إنشاء نظام الدفع هي خارج نطاق هذا الاعتبار. ما يهمنا الآن هو أن هناك تقنيات يمكن أن تصبح مقبولة للرحلات بين النجوم أثناء تطورها. هنا تأتي تكنولوجيا استخدام الاندماج النووي الحراري بالقصور الذاتي لدفع الصواريخ في المقام الأول. حصلت منشأة NIF (مرفق الإشعال الوطني) الأمريكية لأبحاث الاندماج النووي الحراري بالليزر بقيمة 3.5 مليار دولار بالفعل على نتائج تشير إلى أنه يمكن إنشاء محرك صاروخي على هذا المبدأ. يتم بناء تركيب أكثر قوة من هذا النوع بالقرب من ساروف. لا تشبه هذه المنشآت سوى القليل من المحركات الصاروخية، ولكن إذا "قطعناها" تقريبًا إلى النصف، وتخلصنا من الأساسات والجدران والكثير من المعدات غير الضرورية في الفضاء، فسنحصل على محرك صاروخي يمكن ترقيته إلى نسخة بين النجوم. وبدون الخوض في التفاصيل، نلاحظ أن مثل هذه المحركات ستكون بالضرورة كبيرة وثقيلة وقوية جدًا. يجب أن يتمتع محرك سفينة بين النجوم بنفس ترتيب الطاقة الذي تتمتع به كل الطاقة التي تستهلكها البشرية اليوم. وجود مثل هذا المحرك (وإذا لم يكن هناك مثل هذا المحرك، فلا يوجد شيء للحديث عنه)، يمكنك أن تشعر بمزيد من الحرية عند النظر في معلمات الحمولة. وقياسًا على ذلك، إذا كان الـ 50 كجم الإضافية ملحوظة بالفعل لراكب الدراجة، فإن قاطرة الديزل لن تلاحظ حتى الـ 50 طنًا الإضافية.

متسلحين بهذا الفهم، يمكننا أن نحاول تخيل أول رحلة استكشافية بين النجوم. في هذه الحالة، سيتعين عليك استخدام نتائج الحسابات والتقديرات التي تم إجراؤها، ولكن هنا، لأسباب واضحة، لا يمكن إعادة إنتاجها.

سيبدأ بناء سرب من السفن بين النجوم عند نقاط لاغرانج في نظام الأرض والقمر (نقاط توازن الجاذبية). يمكن تسليم المواد، في معظمها، من القواعد القمرية - على سبيل المثال، يتم إطلاق الحاويات التي تحتوي عليها بواسطة مدافع كهرومغناطيسية ويتم التقاطها بواسطة محطات مصيدة خاصة في منطقة البناء.

سفينة واحدة تعني مئات الآلاف من الأطنان من الحمولة، وملايين الأطنان من المحركات، وعشرات الملايين من الأطنان من الوقود. يمكن أن تكون الأرقام مخيفة، ولكن لتجنب المبالغة في التخويف، يمكن مقارنتها بمشاريع البناء الكبرى الأخرى. منذ زمن طويل، خلال 20 عامًا، تم بناء هرم خوفو الذي يزن أكثر من 6 ملايين طن. أو بالفعل في عصرنا - في كندا في عام 1965، تم بناء جزيرة نورث دام. كانت هناك حاجة إلى 15 مليون طن فقط من التربة، واستغرق البناء 10 أشهر فقط. أكبر سفينة بحرية - نوك نيفيس - كانت إزاحتها 825614 طنًا. يتمتع البناء في الفضاء بصعوباته الخاصة، ولكن له أيضًا بعض المزايا، على سبيل المثال، تخفيف عناصر الطاقة بسبب انعدام الوزن، والغياب الفعلي للقيود على الكتلة والحجم (على الأرض، هيكل كبير بدرجة كافية سوف يسحق نفسه ببساطة).

ما يقرب من 95٪ من كتلة السفينة بين النجوم ستكون وقودًا نوويًا حراريًا. من المحتمل أن تستخدم هيدروجين البورون، وسيكون الوقود صلبًا، ولن تكون هناك حاجة إلى خزانات، مما يحسن بشكل كبير خصائص السفينة ويجعل بنائها أسهل. من الأفضل جمع البوروهيدريدات ليس في نظام الأرض والقمر، ولكن في مكان ما بعيدًا عن الشمس، في نظام زحل، على سبيل المثال، لتجنب الخسائر الناجمة عن التسامي. يمكن تقدير وقت البناء بعدة عقود. الفترة ليست طويلة جدًا، بالإضافة إلى ذلك، سيقوم نفس البناة في نفس الوقت بتنفيذ أعمال أخرى كجزء من تطوير النظام الشمسي. من الأفضل البدء في البناء ببناء الكتل السكنية للسفينة التي سيعيش فيها البناؤون والمتخصصون الآخرون. في الوقت نفسه، أثناء البناء وتراكم الوقود، سيتم اختبار استقرار نظام دعم الحياة المغلق لعقود من الزمن.

من المحتمل أن يكون نظام دعم الحياة المغلق هو ثاني أصعب مشكلة بعد مشكلة المحرك. يستهلك الشخص الواحد يومياً ما يقارب 5 كيلوغرامات من الماء والغذاء والهواء، وإذا أخذت كل شيء معك فستحتاج إلى أكثر من 200 ألف طن من الإمدادات. الحل هو إعادة استخدام الموارد كما يحدث على كوكب الأرض.

لا يمكن تجربة النطاق الكامل لمسافات الطيران بين النجوم إلا إذا أخذنا في الاعتبار وسائل تنفيذ مثل هذه الرحلات. وبطبيعة الحال، لا يهدف هذا الاعتبار إلى "الشعور بالمسافة". كما لا يمكن اعتباره تصميمًا لتصميم محدد للسفن بين النجوم. تعتبر دراسة السفر بين النجوم اليوم ذات طبيعة هندسية ونظرية. من المستحيل إثبات استحالة الرحلات الجوية بين النجوم، لكن لم يتمكن أحد من إثبات جدواها. إن المخرج من هذا الوضع ليس سهلاً - فمن الضروري اقتراح تصميم للسفن بين النجوم يقبله المجتمع الهندسي والعلمي باعتباره ممكنًا.

يتم استبعاد الرحلات الجوية للسفن الفردية بين النجوم، والتي هي القاعدة في أدب الخيال العلمي، ومن الممكن القيام برحلات جوية لسرب واحد فقط من السفن، حوالي اثنتي عشرة مركبة. وهذا من متطلبات السلامة، وبالإضافة إلى ذلك فهو يضمن أيضًا تنوع الحياة من خلال التواصل بين أطقم السفن المختلفة.

بمجرد الانتهاء من بناء السرب، فإنه ينتقل إلى احتياطيات الوقود المخزنة، ويرسو بها وينطلق. على ما يبدو، سيكون التسارع بطيئًا للغاية وفي غضون عام أو عامين، ستتمكن الأجهزة المحمولة الأخرى من إلقاء ما نسوا على السفن وإقلاع أولئك الذين غيروا رأيهم.

سوف تستمر الرحلة 100-150 سنة. تسارع بطيء مع تسارع يقارب جزء من مائة من تسارع الأرض خلال فترة عشر سنوات، وعشرات السنين من الطيران بالقصور الذاتي، وتباطؤ أسرع إلى حد ما من التسارع. من شأن التسارع السريع أن يقلل بشكل كبير من زمن الرحلة، لكنه غير ممكن بسبب الكتلة الكبيرة الحتمية لنظام الدفع.

لن تكون الرحلة مليئة بالمغامرات الفضائية كما هو موضح في أدب الخيال العلمي. لا توجد عمليا أي تهديدات خارجية. غيوم الغبار الكوني، والاضطرابات في الفضاء، والفجوات في الزمن - كل هذه الأدوات لا تشكل تهديدا بسبب غيابها. حتى النيازك التافهة نادرة للغاية في الفضاء بين النجوم. المشكلة الخارجية الرئيسية هي الإشعاع الكوني المجري والأشعة الكونية. هذا هو تدفق متناحي لنوى العناصر ذات الطاقة العالية وبالتالي قدرة اختراق عالية. على الأرض، نحن محميون منها بالغلاف الجوي والمجال المغناطيسي، أما في الفضاء، إذا كانت الرحلة طويلة، فيجب علينا اتخاذ تدابير خاصة، حماية المنطقة المعيشية للسفينة بحيث لا تتجاوز جرعة الإشعاع الكوني بشكل كبير المستوى الأرضي. ستساعد هنا تقنية تصميم بسيطة - توجد احتياطيات الوقود (وهي كبيرة جدًا) حول حجرات المعيشة وتحميها من الإشعاع في معظم أوقات الرحلة.

في مجرتنا وحدها، المسافات بين الأنظمة النجمية شاسعة بشكل لا يمكن تصوره. إذا قام الأجانب من الفضاء الخارجي بزيارة الأرض حقًا، فيجب أن يكون مستوى تطورهم التقني أعلى بمئة مرة من مستوانا الحالي على الأرض.

على بعد عدة سنوات ضوئية

وللإشارة إلى المسافات بين النجوم، قدم علماء الفلك مفهوم "السنة الضوئية". سرعة الضوء هي الأسرع في الكون: 300000 كم/ثانية!

ويبلغ عرض مجرتنا 100 ألف سنة ضوئية. ولقطع هذه المسافة الشاسعة، يحتاج الأجانب من الكواكب الأخرى إلى بناء سفينة فضائية تساوي سرعتها سرعة الضوء أو حتى تتجاوزها.

يعتقد العلماء أن الجسم المادي لا يمكنه التحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء. ومع ذلك، فقد اعتقدوا سابقًا أنه من المستحيل تطوير سرعة تفوق سرعة الصوت، ولكن في عام 1947، نجحت الطائرة النموذجية Bell X-1 في اختراق حاجز الصوت.

ربما في المستقبل، عندما تتراكم البشرية المزيد من المعرفة حول القوانين الفيزيائية للكون، سيتمكن أبناء الأرض من بناء مركبة فضائية ستتحرك بسرعة الضوء وحتى أسرع.

رحلات عظيمة

حتى لو كان الفضائيون قادرين على السفر عبر الفضاء بسرعة الضوء، فإن مثل هذه الرحلة ستستغرق سنوات عديدة. بالنسبة لأبناء الأرض، الذين يبلغ متوسط ​​العمر المتوقع لهم 80 عامًا، سيكون هذا مستحيلًا. ومع ذلك، فإن كل نوع من الكائنات الحية له دورة حياته الخاصة. على سبيل المثال، في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية، توجد أشجار صنوبر بريستليكون يبلغ عمرها بالفعل 5000 عام.

من يعرف كم سنة يعيش الأجانب؟ ربما عدة آلاف؟ ومن ثم فإن الرحلات الجوية بين النجوم التي تدوم مئات السنين شائعة بالنسبة لهم.

أقصر الطرق

من المحتمل أن الكائنات الفضائية وجدت طرقًا مختصرة عبر الفضاء الخارجي - "ثقوب" الجاذبية، أو تشوهات الفضاء التي شكلتها الجاذبية. يمكن أن تصبح مثل هذه الأماكن في الكون نوعًا من الجسور - أقصر المسارات بين الأجرام السماوية الموجودة في أطراف مختلفة من الكون.