Tähtedevaheliste lendude kinemaatika

Lend sinna ja tagasilend koosnegu kolmest faasist: ühtlaselt kiirendatud kiirendus, lend konstantsel kiirusel ja ühtlaselt kiirendatud aeglustus.

Iga kella õigel kellaajal on vorm:

kus on selle kella kiirus. Maa kellad on liikumatud () ja nende õige aeg on võrdne koordinaatajaga. Astronautide kellad on muutuva kiirusega. Kuna integraali juur jääb kogu aeg ühikust väiksemaks, osutub nende kellade aeg, sõltumata funktsiooni eksplitsiitsest vormist, alati väiksemaks. Tulemusena.

Kui ajal kiirendatakse ja aeglustatakse relativistlikult ühtlaselt (isekiirenduse parameetriga) ja ühtlane liikumine on , siis vastavalt laeva kellale möödub aeg:

, kus on hüperboolne arsiinus

Kaaluge hüpoteetilist lendu Alfa Centauri tähesüsteemi, mis asub Maast 4,3 valgusaasta kaugusel. Kui aega mõõdetakse aastates ja kaugusi valgusaastates, siis on valguse kiirus võrdne ühikuga ja ühikkiirendus aasta/aasta² kohta on lähedane raskuskiirendusele ja on ligikaudu võrdne 9,5 m/s².

Laske kosmoselaeval liikuda pool teed ühikulise kiirendusega ja aeglustage teist poolt sama kiirendusega (). Seejärel pöördub laev ümber ja kordab kiirendus- ja aeglustusetappe. Sellises olukorras on lennuaeg maa võrdlusraamis ligikaudu 12 aastat, laeval oleva kella järgi aga 7,3 aastat. Laeva maksimaalne kiirus ulatub 0,95 valguse kiirusest.

64 aasta pärast võib ühikulise kiirendusega kosmoselaev potentsiaalselt rännata (naastes Maale) Andromeeda galaktikasse, mis asub 2,5 miljoni valgusaasta kaugusel. aastat . Sellise lennu ajal möödub Maal umbes 5 miljonit aastat. Kahekordse kiirenduse arendamisel (millega treenitud inimene saab hõlpsasti harjuda, kui on täidetud hulk tingimusi ja kasutatakse mitmeid seadmeid, näiteks peatatud animatsioon), võib mõelda isegi ekspeditsioonile universumi nähtavale servale. (umbes 14 miljardit valgusaastat), mis võtab kosmonautidel umbes 50 aastat; Ent selliselt ekspeditsioonilt naasnud (Maa kella järgi 28 miljardi aasta pärast) riskivad selle osalejad mitte ainult Maa ja Päikese, vaid isegi meie galaktika elusalt leidmata. Nende arvutuste põhjal ei tohiks astronaudid Maale naasmisel tulevasi šokkide vältimiseks ületada tähtedevaheliste naasmise ekspeditsioonide mõistlik ligipääsetavuse raadius mitukümmend valgusaastat, välja arvatud muidugi mis tahes põhimõtteliselt uued ruumis liikumise füüsikalised põhimõtted. - aeg on avastatud. Arvukate eksoplaneetide avastamine annab aga alust arvata, et planeedisüsteeme leidub piisavalt suure osa tähtede läheduses, seega on astronautidel selles raadiuses, mida uurida (näiteks planeedisüsteemid ε Eridani ja Gliese 581).

Erinevat tüüpi mootorite sobivus tähtedevahelisteks lendudeks

Erinevat tüüpi mootorite sobivust tähtedevaheliseks lennuks arutas Briti Planeetidevahelise Seltsi koosolekul 1973. aastal Tony Martin. Tuumajõul töötaval elektrilisel rakettmootoril on väike kiirendus, nii et soovitud kiiruse saavutamiseks kulub sajandeid, mis võimaldab seda kasutada ainult põlvkonnalaevadel. NERVA tüüpi termotuumamootoritel on küllaldane tõukejõud, kuid töömassi väljalaskekiirus on väike, umbes 5-10 km/sek, seega on vajaliku kiiruseni kiirendamiseks vaja tohutult kütust. Seega on sellise mootoriga laev mitu suurusjärku aeglasem kui elektrilise tõukejõuga laev. Lend naabertäheni sellisel laeval võtab aega kümneid ja sadu tuhandeid tuhandeid aastaid (lend Alpha Centaurile kiirusega 30 km/sek 40 tuhat aastat). Reaktiivmootori jaoks oleks vaja tohutu läbimõõduga lehtrit, et koguda haruldast tähtedevahelist vesinikku, mille tihedus on 1 aatom kuupsentimeetri kohta. Kui tähtedevahelise vesiniku kogumiseks kasutatakse ülivõimsat elektromagnetvälja, on genereerivale poolile mõjuvad jõukoormused nii suured, et nende ületamine tundub isegi tulevikutehnoloogia jaoks ebatõenäoline.

Tähtedevahelise ekspeditsiooni projektid

Tähelaeva-raketi projektid

Projekt "Orion"

Projekti Daedalus rakettlaev osutus nii hiiglaslikuks, et seda tuleks ehitada avakosmosesse. See pidi kaaluma 54 000 tonni (peaaegu kogu kaal on raketikütus) ja suudab kiirendada 7,1%-ni valguse kiirusest, kandes 450 tonni kaaluvat kasulikku lasti. Erinevalt Orioni projektist, mis oli mõeldud väikeste aatomipommide kasutamiseks, on Daedalus projekt hõlmas miniatuursete vesinikupommide kasutamist deuteeriumi ja heelium-3 seguga ning elektronkiire kasutavat süütesüsteemi. Kuid tohutute tehniliste probleemide ja tuumajõuga seotud murede tõttu jäi ka Daedaluse projekt määramata ajaks riiulile.

Daedalose tehnoloogilisi ideid kasutati termotuumatähelaeva Icarus projektis.

Tähelaevade projektid, mille tõukejõuks on elektromagnetlainete rõhk.

1971. aastal tehti Byurakanis toimunud sümpoosionil G. Marxi raportis ettepanek kasutada tähtedevaheliseks reisimiseks röntgenlasereid. Seda tüüpi tõukejõu kasutamise võimalust uuris hiljem NASA. Selle tulemusena tehti järgmine järeldus: "Kui leitakse võimalus luua röntgenikiirguse lainepikkuste vahemikus töötav laser, siis saame rääkida lennuki tegelikust arengust (seda kiirendab sellise laseri kiire) mis suudavad läbida vahemaid lähimate tähtedeni palju kiiremini kui kõik teadaolevad praegu raketi jõul töötavad süsteemid. Arvutused näitavad, et käesolevas töös käsitletud kosmosesüsteemi kasutades on võimalik Alpha Centauri täheni jõuda... umbes 10 aastaga."

1985. aastal pakkus R. Forward välja mikrolaineenergiaga kiirendatud tähtedevahelise sondi. Projekt nägi ette, et sond jõuab lähimate tähtedeni 21 aasta pärast.

36. rahvusvahelisel astronoomiakongressil pakuti välja lasertähelaeva projekt, mille liikumise tagab Merkuuri orbiidil paiknevate optiliste laserite energia. Arvutuste kohaselt kuluks sellise konstruktsiooniga tähelaeva tee tähe Epsilon Eridani (10,8 valgusaastat) ja tagasi 51 aastat.

Päikesepurjeka eelis on see, et pardal pole kütust. Selle puuduseks on võimetus kasutada purjet Maale tagasi reisimiseks, mistõttu on see hea automaatsondide, jaamade ja kaubalaevade käivitamiseks, kuid sellest on vähe kasu mehitatud tagasilendudel (või astronaudid peavad võtma teise laseri kütusevaru sihtpunkti paigaldamiseks, mis tegelikult tühistab kõik purjeka eelised).

Hävitusmootorid

Ameerika füüsikute Ronan Keane'i ja Wei-ming Zhangi teoreetilised arvutused näitavad, et kaasaegsetele tehnoloogiatele tuginedes on võimalik luua annihilatsioonimootor, mis on võimeline kiirendama kosmoselaeva 70%-ni valguse kiirusest. Nende pakutud mootor on tänu spetsiaalsele düüsikonstruktsioonile kiirem kui muud teoreetilised arendused. Peamised probleemid annihilatsioonirakettide loomisel ( Inglise) selliste mootoritega on vajaliku koguse antiaine tootmine, samuti selle ladustamine. 2011. aasta mai seisuga oli antivesinikuaatomite rekordiline säilitusaeg 1000 sekundit (~16,5 minutit). NASA 2006. aasta hinnangul kulus milligrammi positronite tootmiseks ligikaudu 25 miljonit USA dollarit. Üks gramm antivesinikku maksaks 1999. aasta hinnangul 62,5 triljonit dollarit.

Ramjet-mootorid, mis töötavad tähtedevahelise vesinikuga

Kaasaegsete rakettide massi põhikomponent on kütuse mass, mida rakett vajab kiirendamiseks. Kui suudame raketti ümbritsevat keskkonda kuidagi töövedeliku ja kütusena kasutada, saame oluliselt vähendada raketi massi ja seeläbi saavutada suuri kiirusi.

Termotuuma reaktiivmootori teine ​​puudus on sellega varustatud laeva piiratud kiirus (mitte rohkem kui 0,119). c= 35,7 tuhat km/s). See on tingitud asjaolust, et iga vesinikuaatomi hõivamisel (mida võib esmasel hinnangul pidada tähtede suhtes liikumatuks) kaotab laev teatud hoo, mida saab mootori tõukejõuga kompenseerida ainult siis, kui kiirus ei muutu. ületada teatud piiri. Selle piirangu ületamiseks on vaja kinnipüütud aatomite kineetiline energia võimalikult täielikult ära kasutada, mis tundub olevat üsna keeruline ülesanne.

Oletame, et ekraan püüdis 4 vesinikuaatomit. Kui termotuumasünteesireaktor töötab, muundatakse neli prootonit üheks alfaosakeseks, kaheks positroniks ja kaheks neutriinoks. Lihtsuse huvides jätame neutriinod tähelepanuta (neutriinode arvessevõtmine nõuab reaktsiooni kõigi etappide täpset arvutamist ja neutriinodest tingitud kaod on umbes protsent) ja annihileerime positronid, mille vesinikuaatomitest jääb pärast prootonite eemaldamist 2 elektroni. . Alfaosakese muutmiseks neutraalseks heeliumiaatomiks kasutatakse veel 2 elektroni, mis tänu reaktsioonist saadavale energiale mootori düüsis kiirendatakse.

Lõplik reaktsioonivõrrand ilma neutriinosid arvesse võtmata:

4redigeeri] Footonmootor magnetilistel monopoolustel

Kui kehtivad mõned Grand Unified teooriate variandid, näiteks Hooft-Polyakovi mudel, siis on võimalik ehitada footonmootor, mis ei kasuta antiainet, kuna magnetiline monopool võib hüpoteetiliselt katalüüsida prootoni lagunemist positroniks ja π 0 meson:

π 0 laguneb kiiresti 2 footoniks ja positron annihileerub koos elektroniga, mille tulemusena muutub vesinikuaatom 4 footoniks ja lahendamata jääb vaid peegli probleem.

Magnetmonopoolidel põhinev footonmootor võiks töötada ka otsevooluahelas.

Samal ajal ei sisalda enamik kaasaegseid Grand Unified teooriaid magnetilisi monopooluseid, mis seab selle atraktiivse idee kahtluse alla.

Tähtedevahelised laevapidurisüsteemid

On välja pakutud mitmeid meetodeid:

1. Pidurdamine sisemistel allikatel – rakett

2. Pidurdamine päikesesüsteemist saadetud laserkiire tõttu.

3. Magnetväljaga pidurdamine ülijuhtidel Zubrini magnetpurje abil.

Põlvkonna laevad

Tähtedevaheline reisimine on võimalik ka tähelaevade abil, mis rakendavad "põlvkonna laevade" kontseptsiooni (näiteks nagu O'Neilli kolooniad). Sellistes kosmoselaevades luuakse ja hoitakse kinni suletud biosfäär, mis suudab end säilitada ja taastoota mitu tuhat aastat. Lend toimub väikese kiirusega ja võtab väga kaua aega, mille jooksul õnnestub paljudel astronautide põlvkondadel vahetuda.

Keskkonnaohud

Seda probleemi käsitles üksikasjalikult Ivan Korznikov artiklis “Tähtedevaheliste lendude tegelikkus”. Kokkupõrge tähtedevahelise tolmuga toimub peaaegu valguse kiirusel ja füüsiline mõju meenutab mikroplahvatusi. Suurematel kiirustel kui 0,1 C peab kaitseekraani paksus olema kümneid meetreid ja mass sadu tuhandeid tonne. Kuid see ekraan kaitseb usaldusväärselt ainult tähtedevahelise tolmu eest. Kokkupõrkel meteoriidiga on saatuslikud tagajärjed. Ivan Korznikov annab arvutused, et kiirusel üle 0,1 C ei jää kosmoseaparaadil aega lennutrajektoori muutmiseks ja kokkupõrgete vältimiseks. Ivan Korznikov usub, et alavalguse kiirusel kukub kosmoselaev enne sihtmärgini jõudmist kokku. Tema arvates on tähtedevaheline rännak võimalik vaid oluliselt väiksematel kiirustel (kuni 0,01 C).

Energia ja ressursid

Tähtedevaheline lend nõuab suuri energia- ja ressursse, mida tuleb endaga kaasas kanda. See on tähtedevahelise astronautika üks väheuuritud probleeme.

Näiteks seni enim arenenud projekt, impulsstermotuumamootoriga Daedalus, jõuaks Barnardi täheni (kuus valgusaastat) poole sajandiga, kulutades 50 tuhat tonni termotuumakütust (deuteeriumi ja heelium-3 segu). ja tarnides sihttonnini kasulikku massi 4 tuhat

“Tehnoloogia noortele” 1991 nr 10, lk 18-19

Julgete hüpoteeside tribüün

Vladimir ATSYUKOVSKY,
tehnikateaduste kandidaat,
Žukovski, Moskva piirkond.

Kas tähtedevaheline reisimine on võimalik?

Ajakirjandus oli UFO-teemaliste teadete laine käes. Pealtnägijad väidavad, et on näinud UFO-d, mis oli selgelt inimese loodud. Nad ei kahtle, et nad jälgisid tulnukate tsivilisatsioonide kosmoselaevu. Meie teadvus aga keeldub seda aktsepteerimast: Päikesesüsteemi planeetide jaoks on teiste tsivilisatsioonide olemasolu peale Maa peaaegu võimatu, sest neil pole eluks tingimusi, vähemalt nende pinnal. Võib-olla pinna all? Ebatõenäoline, kuigi...

Ja teiste süsteemide planeetidel võib elu olla, kuid see on neist väga kaugel: lähimad 28 tähte asuvad vahemikus 4 (lähim Centauri) kuni 13 valgusaastat (Kapteyni täht). Sellised tähed nagu Sirius A ja B, Procyon A ja B, Tau Ceti asuvad selles intervallis. Mitte lähedal! Kui laevad lendavad valguse kiirusel edasi-tagasi, kulub neil mõlemas suunas 8–26 aastat ja seda ainult lähimate tähtede puhul. Ei arvestata kiirendamiseks ja aeglustamiseks kuluvat aega. See on vaevalt soovitatav, mis tähendab, et peate lendama valgusest kiiremini.

Noh, hindame, kui kaua kulub sellistele kiirustele kiirendamiseks (ja pidurdamiseks). Selguse huvides on tulemused kokku võetud tabelisse, kust saab kohe teada aja, mis kulub konkreetse kiiruse saavutamiseks konkreetsel kiirendusel. Selgub: kui eeldame, et ühesuunalise reisi lubatud kestus on võrdne ühe kuuga, siis tuleb lennata kiirusega, mis on suurusjärgus mitukümmend valguse kiirust, ning kiirendada (ja aeglustada) paljude sadade maiste kiirenduste kiirendus. Hmmm!.. Ja selleks kõigeks on meil ikka vaja kuskilt energiat ammutada! Paratamatult tekib küsimus: kas tähtedevahelised lennud on üldse teostatavad? Aga kust UFOd siis tulevad? Pealegi käituvad nad trotslikult: kaovad ootamatult, manööverdavad täisnurga all, paiskavad midagi välja... Mis siis, kui...

Lõppude lõpuks, mida me vajame? Lihtsalt vastake kolmele küsimusele:

1. Kas põhimõtteliselt on võimalik lennata valguse kiirust ületava kiirusega? (Koolis nad õpetasid mind mitte.)

2. Kas ilma keha lõhkumata on võimalik tugevalt kiirendada? (Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on juba 10-kordne ülekoormus maksimaalne lubatud.)

3. Kas on võimalik saada energiat kiirendamiseks ja pidurdamiseks? (Arvutused näitavad, et termotuumaenergiast selleks ei piisa.)

Kummalisel kombel on kõigile küsimustele vaatamata sulgudes olevatele skeptilistele märkustele juba täna positiivsed vastused. Valguse kiirust ületava kiirusega on võimatu lennata ainult A. Einsteini kehtestatud keelu tõttu. Aga miks on tema relatiivsusteooria tõstetud absoluutse tõe hulka? Lõppude lõpuks pärineb see postulaatidest, see tähendab autori leiutistest, mis ise põhinevad valedel eeldustel. Näiteks 1887. aastal avastati kuulsas Michelsoni eksperimendis eetertuul, kuigi selle tugevus osutus oodatust väiksemaks (siis ei tuntud piirkihi mõistet). Mis juhtub? Ühest küljest ei saa SRT – erirelatiivsusteooria – eksisteerida, kui eeter on olemas. Teisest küljest eeldab GTR - üldine relatiivsusteooria - nagu Einstein ise artiklites "Eetrist" ja "Eeter ja relatiivsusteooria" kirjutas, alati eetri olemasolu. Kuidas sellest vastuolust aru saada?

Minu kriitiline ülevaade kõigist peamistest SRT ja GTR-i katsetest (vt "Relatiivsusteooria loogilised ja eksperimentaalsed alused. Analüütiline ülevaade." M., MPI, 1990, 56 lk.) näitas, et nende hulgas ei ole seda üheselt kinnitavat. teooria! Seetõttu võib seda allahinnata ja siinkohal mitte arvestada. Veelgi enam, P. Laplace tuvastas ka, et gravitatsioonihäirete levimiskiirus on vähemalt 50 miljonit korda suurem kui valguse kiirus, ja kogu taevamehaanika kogemus, mis töötab eranditult staatiliste valemitega, mis eeldavad lõpmatult suurt kiirust. raskusjõu levik, kinnitab seda. Ühesõnaga, alavalguse kiiruste keeld pole, see oli valehäire.

Liigume edasi teise küsimuse juurde. Mõelgem, kuidas astronaut kiirendab? Raketigaasid suruvad põlemiskambri seinale, mis surub raketile, rakett surub tooli seljatoele ja tooli seljatugi. Ja keha, kogu astronaudi mass, mis püüab puhata, on deformeerunud ja tugevate mõjude all võib kokku kukkuda. Aga kui sama astronaut langeks mõne tähe gravitatsioonivälja, siis, kuigi ta kiirendaks palju kiiremini, ei kogeks ta üldse mingit deformatsiooni, sest kõik tema keha elemendid kiirendatakse üheaegselt ja võrdselt. Sama juhtub, kui puhute eetrit astronaudile. Sel juhul kiirendab eetri – tõelise viskoosse gaasi – vool iga prootonit ja astronauti tervikuna, ilma keha deformeerimata (meenutagem A. Beljajevi ulmeromaani “Ariel”). Lisaks võib kiirendusel olla mis tahes väärtus, kui vool on ühtlane. Nii et ka siin on võimalusi.

Ja lõpuks, kust te energiat saate? Minu andmetel (vt “Üldine eetri dünaamika. Aine ja väljade struktuuride modelleerimine gaasilaadse eetri ideede põhjal.” M., Energoatomizdat, 1990, 280 lk) on eeter tõeline peenstruktuuriga gaas, kokkusurutav. ja viskoosne. Tõsi, selle viskoossus on üsna väike ja see praktiliselt ei mõjuta planeetide aeglustumist, kuid suurtel kiirustel on sellel väga märgatav roll. Eetri rõhk on tohutu, üle 2 x 10 in 29 atm (2 x 10 in 32 N/sq. m), tihedus - 8,85 x 10 tolli - 12 kg/kuup. m (Maa-lähedases ruumis). Ja nagu selgus, on selles loomulik protsess, mis suudab meid varustada piiramatu koguse energiaga mis tahes ruumipunktis mis tahes suurusega portsjonite kaupa... Jutt käib keeristest.

Kust saavad tavalised tornaadod oma kineetilise energia? See moodustub spontaanselt atmosfääri potentsiaalsest energiast. Ja pange tähele: kui viimast on praktiliselt võimatu kasutada, siis esimest saab kasutada näiteks sundides tornaadot turbiini pöörlema. Kõik teavad, et tornaado meenutab tüve – põhjast paksem. Selle asjaolu analüüs näitas, et seda surub kokku atmosfäärirõhk. Sellest väline rõhk põhjustab tornaado kehas olevate gaasiosakeste liikumist kokkusurumisprotsessi ajal spiraalselt. Survejõudude erinevus - välis- ja sisemine (pluss tsentrifugaaljõud) annab tekkiva jõu projektsiooni gaasiosakeste trajektoorile (joon. 1) ja põhjustab nende kiirenemise tornaado kehas. See muutub õhemaks ja selle seina liikumiskiirus suureneb. Sel juhul kehtib nurkimpulsi jäävuse seadus mrv = const ja mida rohkem on tornaado kokkusurutud, seda suurem on liikumiskiirus. Seega töötab igal tornaadol kogu planeedi atmosfäär; Selle energia põhineb õhutihedusel, mis on võrdne 1 kg / kuupmeeter. m ja rõhk 1 atm (10 in 5 N/sq.m). Ja eetris on tihedus 11 suurusjärku väiksem, rõhk aga 29 (!) suurusjärku suurem. Ja eetris on ka oma mehhanism, mis on võimeline energiat tarnima. See on BL, keravälk.

BL eeter-dünaamiline mudel on ainuke (!), mis suudab seletada kõiki selle omadusi tervikuna. Ja tänapäeval on eetrist keskkonnasõbraliku energia saamiseks vaja õppida kunstlikku CMM-i looma. Muidugi pärast seda, kui oleme õppinud, kuidas luua eetris tingimusi keeriste tekkeks. Kuid me mitte ainult ei tea, kuidas seda teha, vaid me isegi ei tea, kuidas sellele läheneda. Äärmiselt kõva pähkel! Üks on julgustav: lõppude lõpuks suudab loodus neid, neid CMM-e, kuidagi luua! Ja kui nii, siis ehk kunagi saame ka meie hakkama. Ja siis pole enam vaja igasuguseid tuumaelektrijaamu, hüdroelektrijaamu, soojuselektrijaamu, soojuselektrijaamu, tuuleelektrijaamu, päikeseelektrijaamu ja muid elektrijaamu. Omades ükskõik millises kohas soovitud kogust energiat, läheneb inimkond keskkonnaprobleemide lahendamisele hoopis teistmoodi. Muidugi tingimusel, et ta peab oma planeedil rahulikult elama ja mida kuradit, ei hävi mitte ainult tema kodumaa, vaid ka kogu päikesesüsteem! Näete, energiaga saab probleemi lahendada. Samal ajal pöörake tähelepanu olulisele detailile - selle meetodi abil ei ole vaja kütuse massi kiirendada ja aeglustada, mis nüüd suuresti määrab laeva massi.

Aga tähtedevaheline laev ise, kuidas see peaks olema konstrueeritud? Jah, vähemalt juba tuttava “lendava taldriku” näol. (Joonis 2.) Selle esiosas on kaks "eetri sissevõtuava", mis neelavad eetrit ümbritsevast ruumist. Nende taga on keeriste moodustumise kambrid, milles eeter voolab keerises ja ise tiheneb. Edasi mööda keeriskanaleid kantakse eeterlikud tornaadod annihilatsioonikambrisse, kus nad (identsete kruviliigutustega, kuid suunatud vastupidises suunas; adraga üksteist hävitavad. Tihenenud eetrit ei piira enam piirkiht ja plahvatab, hajudes igas suunas.Jat vool paiskub tagasi, ja edasi- vool, mis haarab kogu laeva ja astronaudi keha, mis kiireneb ilma deformatsioonita.Ja laev lendab valgusest ette, tavalises eukleidilises ruumis ja tavaajal ...

Kuidas on aga lood kaksikute paradoksidega, kasvava massi ja kahaneva pikkusega? Aga mitte kuidagi. Postulaadid – need on postulaadid – vabad leiutised, vaba kujutlusvõime viljad. Ja need tuleb kõrvale pühkida koos "teooriaga", mis need sünnitas. Sest kui inimkonnal on kätte jõudnud aeg rakendusprobleemid lahendada, siis ei tohiks seda peatada mitte mingid ülepaisutatud autoriteedid oma tühjalt kohalt tulnud spekulatiivsete barjääridega.

Märge: Nimetatud raamatuid saab tellida aadressil: 140160, Žukovski, Moskva piirkond, postkast 285.

12. aprillil 2016 teatasid kuulus Briti füüsik Stephen Hawking ning vene ärimees ja filantroop Juri Milner projekti rahastamiseks 100 miljoni dollari eraldamisest. Läbimurre Starshot. Projekti eesmärk oli arendada tehnoloogiaid kosmoselaevade loomiseks, mis on võimelised sooritama tähtedevahelist lendu Alpha Centaurisse.

Tuhanded ulmeromaanid kirjeldavad väikese (või suure) linna suuruseid hiiglaslikke footontähelaevu, mis lahkuvad meie planeedi orbiidilt (harvemini Maa pinnalt) tähtedevahelisele lennule. Kuid projekti autorite sõnul Läbimurre Starshot, juhtub kõik hoopis teisiti: mõne aasta ühel märgilisel päeval kaks tuhat ei stardi mitte üks või kaks, vaid sajad ja tuhanded küünesuurused ja 1 g kaaluvad väikesed kosmoselaevad ühe lähima tähe, Alpha Centauri juurde. Ja igaühel neist on õhuke päikesepuri pindalaga 16 m 2, mis kannab kosmoselaeva üha kasvava kiirusega edasi - tähtedeni.

"Tähtidesse lastud"

Projekti alus Läbimurre Starshot oli UC Santa Barbara füüsikaprofessori Philip Lubini artikkel "Tähtedevahelise lennu plaan" ( Tähtedevahelise lennu teekaart). Projekti põhieesmärk on teha tähtedevahelised lennud võimalikuks järgmise põlvkonna inimeste eluea jooksul, st mitte sajandite, vaid aastakümnete jooksul.

Kohe pärast programmi ametlikku väljakuulutamist Starshot Projekti autoreid tabas erinevate valdkondade teadlaste ja tehnikaspetsialistide kriitikalaine. Kriitilised eksperdid märkisid programmiplaanis arvukalt ebaõigeid hinnanguid ja lihtsalt "tühje kohti". Arvestati mõningaid kommentaare ja esimeses iteratsioonis muudeti veidi lennuplaani.

Niisiis saab tähtedevahelisest sondist elektroonikamooduliga kosmosepurjekas StarChip 1 g kaaluv, tugevate rihmade abil ühendatud päikesepurjega pindalaga 16 m 2, paksusega 100 nm ja massiga 1 g. Muidugi ei piisa meie päikese valgusest isegi kiirendamiseks selline kerge struktuur kiiruseni, millega tähtedevaheline rännak ei kesta aastatuhandeid. Seetõttu on projekti peamine esiletõst StarShot- See on kiirendus võimsa laserkiirguse abil, mis on suunatud purjele. Lubini hinnangul on laserkiire võimsusega 50–100 GW kiirendus umbes 30 000 g ning mõne minutiga saavutab sond 20% valguse kiiruse. Lend Alpha Centaurisse kestab umbes 20 aastat.

Vastuseta küsimused: kriitikalaine

Philip Lubin annab oma artiklis arvulisi hinnanguid plaani punktide kohta, kuid paljud teadlased ja spetsialistid on nende andmete suhtes väga kriitilised.

Muidugi arendada nii ambitsioonikat projekti nagu Läbimurre Starshot, see nõuab aastatepikkust tööd ja 100 miljonit dollarit pole sellise mastaabiga töö eest kuigi suur summa. See kehtib eriti maapealse infrastruktuuri kohta - laserkiirgurite faasitud massiiv. Sellise võimsuse (50–100 GW) paigaldamine nõuab hiiglaslikult palju energiat ehk lähedusse tuleb ehitada vähemalt kümmekond suurt elektrijaama. Lisaks on vaja emitteritest mitme minuti jooksul eemaldada tohutul hulgal soojust ja kuidas seda teha, on siiani täiesti ebaselge. Selliseid vastuseta küsimusi on projektis Läbimurre Starshot tohutult palju, aga siiani on töö alles alanud.

"Meie projekti teadusnõukogusse kuuluvad erinevate asjakohaste valdkondade juhtivad eksperdid, teadlased ja insenerid, sealhulgas kaks Nobeli preemia laureaati," ütleb Juri Milner. - Ja ma olen kuulnud väga tasakaalustatud hinnanguid selle projekti teostatavuse kohta. Seda tehes toetume kindlasti kõigi meie teadusnõukogu liikmete kombineeritud asjatundlikkusele, kuid samas oleme avatud laiemale teaduslikule arutelule.

Tähiste purjede all

Projekti üheks võtmedetailideks on päikesepuri. Originaalses versioonis oli purje pindala esialgu vaid 1 m 2 ja tänu sellele ei pidanud see laserkiirgusväljas kiirendusel kuumenemisele vastu. Uues versioonis kasutatakse purje pindalaga 16 m2, nii et termiline režiim, kuigi üsna karm, ei tohiks esialgsete hinnangute kohaselt purje sulatada ega hävitada. Nagu Philip Lubin ise kirjutab, on plaanis purje aluseks võtta mitte metalliseeritud katted, vaid täiesti dielektrilised mitmekihilised peeglid: «Selliseid materjale iseloomustab mõõdukas peegelduskoefitsient ja ülimadal neelduvus. Oletame, et fiiberoptika optilised klaasid on mõeldud suure valgusvoo jaoks ja nende neeldumine on umbes kakskümmend triljonit 1 mikroni paksuse kohta. 100 nm purjepaksusega dielektrikuga, mis on lainepikkusest palju väiksem, ei ole lihtne saavutada head peegeldustegurit. Kuid projekti autoritel on lootust kasutada uusi lähenemisviise, näiteks negatiivse murdumisnäitajaga metamaterjali monokihte.

Päikese puri

Projekti üks põhielemente on päikesepuri pindalaga 16 m2 ja massiga vaid 1 g. Purje materjaliks on mitmekihilised dielektrilised peeglid, mis peegeldavad 99,999% langevast valgusest (esialgsete arvutuste kohaselt on see peaks olema piisav, et vältida purje sulamist 100-GW laseri kiirgusväljas). Perspektiivsem lähenemine, mis võimaldab muuta purje paksuse peegeldunud valguse lainepikkusest väiksemaks, on kasutada purje alusena negatiivse murdumisnäitajaga metamaterjali monokihti (sel materjalil on ka nanoperforatsioon, mis vähendab selle massi veelgi). Teine võimalus on kasutada mitte suure peegeldusteguriga, vaid madala neeldumisteguriga (10–9) materjali, näiteks valgusjuhiste optilisi materjale.

"Samuti peate arvestama, et peegeldus dielektrilistest peeglitest on häälestatud kitsale lainepikkuste vahemikule ja kui sond kiireneb, nihutab Doppleri efekt lainepikkust rohkem kui 20%, " ütleb Lubin. - Võtsime seda arvesse, nii et reflektor reguleeritakse ligikaudu kahekümnele protsendile kiirgusriba laiusest. Sellised helkurid disainisime. Vajadusel on saadaval ka suurema ribalaiusega helkurid.

Lasermasin

Kosmoselaeva peaelektrijaam tähtede poole ei lenda – see asub Maa peal. See on maapealne faasitud laserkiirgurite massiiv, mille mõõtmed on 1 × 1 km. Laseri koguvõimsus peaks olema 50–100 GW (see võrdub 10–20 Krasnojarski hüdroelektrijaama võimsusega). Eeldatakse, et 1,06 μm lainepikkusega kiirguse fookustamiseks kogu võrest mitmemeetrise läbimõõduga täpisse kuni paljude miljonite kilomeetrite kaugusel peaks kasutama faasimist (st faaside muutmist igal üksikul emitteril). maksimaalne teravustamise täpsus on 10–9 radiaani). Kuid sellist teravustamist takistab suuresti turbulentne atmosfäär, mis hägustab kiiret ligikaudu kaaresekundi suuruseks (10–5 radiaani) laiguks. Adaptiivse optika (AO) abil loodetakse saavutada nelja suurusjärgu täiustusi, mis kompenseerib atmosfäärimoonutusi. Kaasaegsete teleskoopide parimad adaptiivsed optikasüsteemid vähendavad hägusust 30 millikaaresekundini, mis tähendab, et kavandatud sihtmärgini on jäänud veel umbes kaks ja pool suurusjärku. "Väikese atmosfääri turbulentsi ületamiseks tuleb faasiline massiiv jagada väga väikesteks elementideks, meie lainepikkuse kiirgava elemendi suurus ei tohiks olla suurem kui 20–25 cm," selgitab Philip Lubin. - See on vähemalt 20 miljonit kiirgajat, kuid see arv ei hirmuta mind. Tagasiside saamiseks AO süsteemis plaanime kasutada paljusid viiteallikaid – majakaid – nii sondil, emalaeval kui ka atmosfääris. Lisaks jälgime sondi teel sihtmärgini. Samuti tahame tähti kasutada poina massiivi faaside reguleerimiseks, kui saame sondilt saabumisel signaali, kuid jälgime sondi, et olla kindel.

Saabumine

Siis aga jõudis sond Alpha Centauri süsteemi, pildistas süsteemi ümbrust ja planeeti (kui neid on). See teave tuleb kuidagi Maale edastada ja sondi lasersaatja võimsus on piiratud mõne vatiga. Ja viie aasta pärast tuleb see nõrk signaal Maal vastu võtta, eraldades tähed taustkiirgusest. Projekti autorite sõnul manööverdab sond sihtmärgil nii, et puri muutub Fresneli objektiiviks, fokusseerides sondi signaali Maa suunas. Hinnanguliselt võimendab ideaalne objektiiv ideaalse teravustamise ja ideaalse orientatsiooniga 1 W signaali 10 13 W isotroopseks ekvivalendiks. Kuidas aga arvestada seda signaali palju võimsama (13–14 suurusjärku!) tähe kiirguse taustal? "Tähe valgus on tegelikult üsna nõrk, kuna meie laseri joonelaius on väga väike. Kitsas joon on tausta vähendamisel võtmetegur, ütleb Lubin. - Idee valmistada õhukese kilega difraktsioonielemendil põhinevast purjest Fresneli lääts on üsna keeruline ja nõuab palju eeltööd, et täpselt aru saada, kuidas seda kõige paremini teha. See punkt on tegelikult üks meie projektiplaani põhipunkte.

Tähtedevaheline lend ei ole sajandite, vaid aastakümnete küsimus

Juri Milner ,
Vene ärimees ja filantroop,
Läbimurdealgatuste asutaja:

Viimase 15 aasta jooksul on toimunud märkimisväärsed, võiks öelda, revolutsioonilised edusammud kolmes tehnoloogilises valdkonnas: elektroonikakomponentide miniaturiseerimine, uue põlvkonna materjalide loomine ning ka kulude vähenemine ja laservõimsuse suurendamine. Nende kolme suundumuse kombinatsioon toob kaasa teoreetilise võimaluse kiirendada nanosatelliiti peaaegu relativistliku kiiruseni. Esimeses etapis (5–10 aastat) plaanime läbi viia põhjalikuma teadusliku ja insenertehnilise uuringu, et mõista, kui teostatav see projekt on. Projekti kodulehel on nimekiri umbes 20 tõsisest tehnilisest probleemist, mida lahendamata ei saa me edasi liikuda. Tegemist ei ole lõpliku loeteluga, kuid teadusnõukogu arvamuse põhjal usume, et projekti esimene etapp on piisavalt motiveeritud. Ma tean, et staaripurjede projekt saab ekspertide poolt tõsise kriitika osaliseks, kuid arvan, et mõne kriitilise eksperdi seisukoht on seotud mitte täiesti täpse arusaamaga sellest, mida me tegelikult välja pakume. Me ei rahasta lendu teise tähe juurde, vaid tähtedevahelise sondi ideega seotud realistlikke mitmeotstarbelisi arendusi ainult üldises suunas. Neid tehnoloogiaid hakatakse kasutama nii lendudel Päikesesüsteemis kui ka kaitseks ohtlike asteroidide eest. Kuid sellise ambitsioonika strateegilise eesmärgi nagu tähtedevaheline lend näib õigustatud selles mõttes, et tehnoloogia areng viimase 10-20 aasta jooksul muudab sellise projekti elluviimise ilmselt mitte sajandite, nagu paljud eeldasid, vaid pigem aastakümnete küsimuseks.

Teisest küljest on faasitud optiliste emitterite/kiirgusvastuvõtjate massiiv, mille koguava on kilomeeter, instrument, mis suudab näha eksoplaneete kümnete parsekide kauguselt. Häälestatava lainepikkusega vastuvõtjate abil saab määrata eksoplaneetide atmosfääri koostise. Kas sel juhul on sonde üldse vaja? "Kindlasti avab faseeritud massiivi kasutamine väga suure teleskoobina astronoomias uusi võimalusi. Kuid, lisab Lubin, plaanime lisaks kaamerale ja teistele anduritele pikemaajalise programmina sondile lisada infrapunaspektromeetri. Meil on UC Santa Barbaras suurepärane fotoonikarühm, mis on osa koostööst.

Kuid igal juhul tehakse Lubini sõnul esimesed lennud päikesesüsteemi sees: “Kuna saame saata tohutul hulgal sonde, annab see meile palju erinevaid võimalusi. Võime saata ka sarnaseid väikeseid ( vahvli skaala st kiibil) uurib tavalisi rakette ja kasutab samu tehnoloogiaid Maa või planeetide ja nende satelliitide uurimiseks päikesesüsteemis.

Toimetus tänab ajalehte “Troitsky Option – Science” ja selle peatoimetajat Boris Sternit abi eest artikli koostamisel.

Tähtedevaheline lend on reisimine tähtede vahel mehitatud sõidukite või automaatjaamade abil. Kõige sagedamini viitab tähtedevaheline lend mehitatud reisimisele, mõnikord koos Päikeseväliste planeetide võimaliku koloniseerimisega.

Maa-Kuu süsteemi Lagrange'i punktides (gravitatsioonilise tasakaalu punktides) alustatakse tähtedevaheliste laevade eskadrilli ehitamist. Materjale saab enamasti tarnida Kuu baasidest - näiteks tulistatakse nendega konteinereid elektromagnetrelvadega ja püütakse kinni spetsiaalsete lõksujaamadega ehitusalal. Tähtedevahelise laeva mootoril peab olema sama võimsusjärk kui kogu inimkonna poolt tänapäeval tarbitud võimsusel. Tuginedes prognoositavatele tehnoloogiatele ja ressursside võimalustele, on võimalik anda ülevaade tulevasest tähtedevahelisest reisist.

Mistahes otstarbel kosmoselaeva kaalumisel on mugav jagada see kaheks osaks - tõukejõusüsteem ja kasulik koormus. Käiturisüsteem ei tähenda enamasti ainult mootoreid endid, vaid ka kütusepaake ja vajalikke jõukonstruktsioone. Tähtedevahelise reisimise probleemide puhul on tõukejõusüsteem võtmetegur, mis määrab projekti teostatavuse. Kuid tõukejõusüsteemi loomise probleemid ei kuulu selle kaalutluse ulatusse. Meie jaoks on praegu oluline see, et on tehnoloogiaid, mis võivad oma arendamise käigus muutuda tähtedevahelisteks lendudeks vastuvõetavaks. Siin on esikohal inertsiaalse termotuumasünteesi kasutamise tehnoloogia raketi tõukejõuks. Ameerika NIF-i (National Ignition Facility) 3,5 miljardi dollari väärtuses lasertermonukleaarset tuumasünteesi uuriv installatsioon on juba saanud tulemusi, mis näitavad, et sellel põhimõttel saab luua rakettmootori. Sarovi lähedale ehitatakse seda tüüpi veelgi võimsam installatsioon. Need paigaldised sarnanevad vähe rakettmootoritega, kuid kui need laias laastus pooleks lõigata, vundamentidest, seintest ja paljudest kosmoses tarbetutest seadmetest lahti saada, saame rakettmootori, mida saab uuendada tähtedevaheliseks versiooniks. Üksikasjadesse laskumata märgime, et sellised mootorid on tingimata suured, rasked ja väga võimsad. Tähtedevahelise laeva mootoril peab olema sama võimsusjärk kui kogu inimkonna poolt tänapäeval tarbitud võimsusel. Omades sellist mootorit (ja kui sellist mootorit pole, siis pole ka millestki rääkida), võite end kandevõime parameetreid arvestades vabamalt tunda. Analoogiliselt võib öelda, et kui jalgratturi jaoks on juba 50 kg lisaraskust märgata, siis diiselvedur ei pane 50 lisatonni tähelegi.

Selle arusaamaga relvastatud võime proovida ette kujutada esimest tähtedevahelist ekspeditsiooni. Sel juhul peate kasutama tehtud arvutuste ja hinnangute tulemusi, kuid siin ei saa neid arusaadavatel põhjustel reprodutseerida.

Maa-Kuu süsteemi Lagrange'i punktides (gravitatsioonilise tasakaalu punktides) alustatakse tähtedevaheliste laevade eskadrilli ehitamist. Materjale saab enamasti tarnida Kuu baasidest - näiteks tulistatakse nendega konteinereid elektromagnetrelvadega ja püütakse kinni spetsiaalsete lõksujaamadega ehitusalal.

Üks laev tähendab sadu tuhandeid tonne kasulikku lasti, miljoneid tonne mootoreid, kümneid miljoneid tonne kütust. Numbrid võivad olla hirmutavad, kuid liigse hirmutamise vältimiseks võib neid võrrelda teiste suuremate ehitusprojektidega. Kaua aega tagasi, 20 aastaga, ehitati üle 6 miljoni tonni kaaluv Cheopsi püramiid. Või juba meie ajal - Kanadas ehitati 1965. aastal North Dame'i saar. Vaja oli vaid 15 miljonit tonni pinnast ja ehitus kestis vaid 10 kuud. Suurima merelaeva Knock Nevis veeväljasurve oli 825 614 tonni. Kosmoses ehitamisel on oma spetsiifilised raskused, kuid sellel on ka eeliseid, näiteks jõuelementide kergendamine kaaluta olemise tõttu, massi- ja suurusepiirangute virtuaalne puudumine (Maal purustab piisavalt suur struktuur lihtsalt ennast).

Ligikaudu 95% tähtedevahelise laeva massist moodustab termotuumakütus. Tõenäoliselt kasutab see boorvesinikku, kütus on tahke, paake pole vaja, mis parandab oluliselt laeva omadusi ja muudab selle ehitamise lihtsamaks. Parem on boorhüdriide koguda mitte Maa-Kuu süsteemis, vaid kuskil Päikesest eemal, näiteks Saturni süsteemis, et vältida sublimatsioonist tulenevaid kadusid. Ehitusaega võib hinnata mitukümmend aastat. Periood ei ole nii pikk ja lisaks teevad samad ehitajad samaaegselt ka muid töid Päikesesüsteemi arendamise raames. Ehitust on parem alustada laeva elamuplokkide ehitamisega, kus elavad ehitajad ja teised spetsialistid. Samal ajal testitakse ehituse ja kütuse kogumise käigus suletud elutagamissüsteemi stabiilsust aastakümneid.

Kinnine päästesüsteem on mootoriprobleemi järel ilmselt teine ​​probleem. Üks inimene tarbib päevas ligikaudu 5 kg vett, toitu ja õhku, kui kõik kaasa võtta, läheb vaja üle 200 tuhande tonni varusid. Lahendus on ressursside taaskasutamine, nagu see juhtub planeedil Maa.

Tähtedevaheliste lennukauguste täielikku ulatust saab kogeda ainult siis, kui arvestada selliste lendude teostamise vahendeid. Loomulikult ei ole sellise kaalumise eesmärk "kauguse tunnetamine". Samuti ei saa seda käsitleda tähtedevaheliste laevade konkreetse disainilahendusena. Tänapäeva tähtedevahelise reisimise uurimine on inseneri- ja teoreetilise iseloomuga. Tähtedevaheliste lendude võimatust on võimatu tõestada, kuid keegi pole suutnud tõestada nende teostatavust. Olukorrast väljapääs pole lihtne – on vaja välja pakkuda tähtedevaheliste laevade projekt, mida inseneri- ja teadusringkond aktsepteeriks kui teostatavat.

Ulmekirjanduses reegliks olevate üksikute tähtedevahelise laevade lennud on välistatud, võimalikud on vaid eskadrilli laevad, kümmekond sõidukit. See on ohutusnõue ning lisaks tagab see ka elu mitmekesisuse läbi erinevate laevade meeskondade omavahelise suhtluse.

Kui eskadrilli ehitus on lõppenud, liigub see ladustatud kütusevarudesse, sildub nendega ja läheb teele. Ilmselt on kiirendus väga aeglane ja aasta-kahe jooksul suudavad veel mobiilsed seadmed unustatu laevadele visata ja meelt muutnud maha võtta.

Lend kestab 100-150 aastat. Aeglane kiirendus, mille kiirendus on ligikaudu sajandik maakera omast kümne aasta jooksul, kümneid aastaid kestnud inertsist lendu ja mõnevõrra kiirem aeglustus kui kiirendus. Kiire kiirendamine vähendaks oluliselt lennuaega, kuid jõusüsteemi paratamatult suure massi tõttu pole see võimalik.

Lend ei saa olema nii täis kosmoseseiklusi, kui seda kirjeldatakse ulmekirjanduses. Välised ohud praktiliselt puuduvad. Kosmilise tolmu pilved, turbulents ruumis, lüngad ajas – kõik see atribuutika ei kujuta endast ohtu oma puudumise tõttu. Isegi triviaalsed meteoriidid on tähtedevahelises ruumis äärmiselt haruldased. Peamine välisprobleem on galaktiline kosmiline kiirgus, kosmilised kiired. See on elementide tuumade isotroopne voog, millel on kõrge energia ja seetõttu ka kõrge läbitungimisvõime. Maal kaitseb meid nende eest atmosfäär ja magnetväli, kosmoses, kui lend on pikk, tuleb võtta erimeetmeid, varjestada laeva eluala nii, et kosmilise kiirguse doos ei ületaks oluliselt maist taset. Siin aitab lihtne disainitehnika - kütusevarud (ja need on väga suured) asuvad eluruumide ümber ja kaitsevad neid kiirguse eest suurema osa lennuajast.

Ainuüksi meie galaktikas on tähesüsteemide vahelised kaugused kujuteldamatult suured. Kui tulnukad avakosmosest tõesti Maad külastavad, peaks nende tehnilise arengu tase olema sada korda kõrgem meie praegusest maapealsest tasemest.

Mitme valgusaasta kaugusel

Tähtede kauguste näitamiseks võtsid astronoomid kasutusele mõiste "valgusaasta". Valguse kiirus on Universumi kiireim: 300 000 km/s!

Meie galaktika laius on 100 000 valgusaastat. Sellise tohutu vahemaa läbimiseks peavad teistelt planeetidelt pärit tulnukad ehitama kosmoselaeva, mille kiirus on võrdne valguse kiirusega või isegi seda suurem.

Teadlased usuvad, et materiaalne objekt ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus. Varem aga uskusid nad, et ülehelikiirust on võimatu arendada, kuid 1947. aastal purustas Bell X-1 mudellennuk edukalt helibarjääri.

Võib-olla tulevikus, kui inimkond on kogunud rohkem teadmisi Universumi füüsikaseaduste kohta, suudavad maalased ehitada kosmoselaeva, mis liigub valguse kiirusel ja veelgi kiiremini.

Suurepärased reisid

Isegi kui tulnukad on võimelised valguskiirusel läbi kosmose rändama, võtaks selline teekond palju aastaid. Maalaste jaoks, kelle eluiga on keskmiselt 80 aastat, oleks see võimatu. Igal elusolendite liigil on aga oma elutsükkel. Näiteks USA-s Californias on harjasmännid, mis on juba 5000 aastat vanad.

Kes teab, mitu aastat tulnukad elavad? Võib-olla mitu tuhat? Siis on nende jaoks tavalised sadu aastaid kestvad tähtedevahelised lennud.

Lühimad teed

Tõenäoliselt leidsid tulnukad otseteed läbi avakosmose – gravitatsioonilised "augud" ehk gravitatsiooni mõjul tekkinud ruumimoonutused. Sellised paigad Universumis võiksid kujuneda omamoodi sildadeks – lühimateks teedeks Universumi erinevates otstes paiknevate taevakehade vahel.