Interstellar: w drodze do gwiazd
Gdzie wiatr słoneczny opada za rufą i wieczność stoi obok nas... Co czeka tych, którzy potrafili przebić się przez heliopauzę i dotknąć światła odległych gwiazd? Upiorny blask cząstek pasa Kuipera. Dziesięciolecia lotów bez możliwości zastąpienia niesprawnych jednostek. Próby nawiązania komunikacji z Ziemią z odległości 200 jednostek astronomicznych.
Czy dzięki nowoczesnym technologiom uda się przekroczyć tak odległe granice? Leć tam, skąd nadchodzą sygnały radiowe z jednodniowym opóźnieniem? Przed ogromnym dystansem nawet światło ustępuje, ale ludzki umysł idzie naprzód.
Przeskocz przez światło dzienne
30 miliardów kilometrów. 70 lat lotu z wykorzystaniem istniejących górnych stopni z LRE. Nowoczesne stacje międzyplanetarne nie są przystosowane do takich wypraw. Trzy lub cztery dekady później bateria radioizotopowa umiera. Wyczerpuje się zapas hydrazyny w silnikach orientacyjnych AMS. Połączenie zostaje rozłączone, a sonda, która na zawsze zasnęła, rozpuszcza się w nieskończonej przestrzeni.
Do tej pory ludzkości udało się zbudować sześć „statków kosmicznych”, które przekroczyły trzecią prędkość kosmiczną i na zawsze opuściły Układ Słoneczny.
Oto imiona bohaterów.
Automatyczne stacje międzyplanetarne serii Pioneer o numerach 10 i 11. Uruchomione w latach 1972-73. Pionierzy dotarli w rejon planet zewnętrznych, po raz pierwszy przesyłając na Ziemię zdjęcia i dane naukowe z okolic Jowisza i Saturna. Wykonawszy manewr w polu grawitacyjnym gigantycznych planet, opuścili na zawsze region ekliptyki i weszli w nierówną walkę z przestrzenią i czasem.
Komunikacja z Pioneer 11 została przerwana w 1995 roku, kiedy znajdował się on już daleko poza orbitą Plutona. Do tej pory sonda oddaliła się od Słońca o 90 ja. i kontynuuje swoją drogę w kierunku konstelacji Tarczy.
Jego bliźniak przetrwał dokładnie trzydzieści lat w kosmosie: ostatnie dane naukowe z Pioneer 10 zostały przesłane na Ziemię w 2002 roku. Według wyliczeń w 2012 r. miało to być 100 AU. ze słońca. Sonda ze złotą płytką na pokładzie, która na zawsze zasnęła, leci w kierunku Alpha Taurus. Szacowany czas przybycia to 2 000 000 n.e.
Poniżsi bohaterowie są członkami oszałamiającej misji Voyager, największej wyprawy wszechczasów na loty międzyplanetarne. Dwie sondy wyruszyły w odległym 1977 roku z nadzieją odwiedzenia okolic wszystkich planet zewnętrznych. Główna misja Voyagerów zakończyła się całkowitym triumfem: sondy zbadały Jowisza, Saturna, Urana, Neptuna, ich pierścienie, a także 48 satelitów gigantycznych planet z trajektorii przelotu. W momencie przechodzenia nad górną warstwą chmur Neptuna, po 12 latach lotu i 4 mld km przebytej odległości, odchylenie Voyagera 2 od obliczonej trajektorii wynosiło niewiarygodne 200 metrów!
Dziś, 37 lat po wystrzeleniu, kontynuują swoją podróż w oceanie międzygwiazdowym, oddalając się od Ziemi na odległość 107 i 130 AU. Opóźnienie sygnału radiowego z Voyagera 1 wynosi 17 godzin 36 minut. Moc nadajnika to tylko 26 watów, ale jego sygnały wciąż docierają do Ziemi.
Pojemność pamięci komputera pokładowego Voyagerów jest 100 razy mniejsza niż w nowoczesnym odtwarzaczu mp3. Unikalny sprzęt retro kontynuuje swoją pracę w wirze burz elektromagnetycznych i dziesięcioleciach pracy w kosmosie. W zbiornikach pozostało kilka litrów drogocennej hydrazyny, a moc generatora radioizotopów wciąż sięga 270 watów. Już poza orbitą Neptuna programistom NASA udało się „przeflashować” komputer pokładowy Voyagera: teraz dane sondy są zaszyfrowane bardzo bezpiecznym podwójnym kodem Reed-Solomon (ciekawe, że podczas startu Voyagerów taki kod ma jeszcze nie był stosowany w praktyce). Na początku nowego stulecia sondy przeszły na zapasowy zestaw silników kontrolujących położenie (główny zestaw do tego czasu dokonywał 353 XNUMX poprawek), ale z każdym dniem coraz trudniej jest czujnikowi Słońca znaleźć jego słabe światło. na tle tysięcy jasnych gwiazd. Istnieje groźba utraty orientacji i utraty komunikacji z Ziemią.
Latem 2012 roku instrument Voyager 1 zarejestrował gwałtowny spadek intensywności naładowanych cząstek w wietrze słonecznym - sonda przekroczyła granicę Układu Słonecznego, wydostając się z heliosfery. Teraz sygnały sondy są zniekształcone przez nowy, nigdy wcześniej nie rejestrowany dźwięk - plazmę ośrodka międzygwiazdowego.
Już dziewiąty rok orka kosmos uruchomiona w styczniu 2006 roku automatyczna stacja Nowe Horyzonty.Celem misji jest Pluton, o którego wyglądzie zewnętrznym prawie nic nie wiemy. Szacowany czas dotarcia do celu to 14 lipca 2015 r. Dziewięć i pół roku lotu - i tylko trzy dni na bliską znajomość z najdalszą planetą.
New Horizons opuścił orbitę Ziemi z największą prędkością spośród wszystkich statków kosmicznych – 16,26 km/s względem Ziemi lub 45 km/s względem Słońca, co automatycznie uczyniło New Horizons statkiem kosmicznym.
Oczekuje się, że po przejściu Plutona sonda będzie kontynuować pracę w przestrzeni kosmicznej do połowy następnej dekady, oddalając się do tego czasu od Słońca o 50-55 ja. Krótszy czas trwania misji w porównaniu z Voyagerami wynika z krótkiego czasu działania „baterii” radioizotopowej - do lata 2015 r. uwalnianie energii z RTG wyniesie tylko 174 W.
Nieco za New Horizons leci kolejny niezwykły obiekt - górny stopień ATK STAR-48B na paliwo stałe. Trzeci etap rakiety Atlas-5, która wystrzeliła sondę New Horizons na trajektorię odlotu do Plutona, również nabrał prędkości heliocentrycznej i z pewnością opuści teraz granice Układu Słonecznego. Razem z nim, z tego samego powodu, do gwiazd polecą dwa ciężarki wyważające. Drugi stopień (górny stopień „Centaurus”) pozostawał na orbicie heliocentrycznej z okresem orbitalnym 2,83 g.
Według obliczeń, w październiku 2015 roku STAR-48B przeleci w odległości 200 mln km od Plutona, a następnie zniknie na zawsze w otchłani kosmosu.
Statki zasną, a czas straci dla nich sens. Za setki tysięcy, może miliony lat wszystkie te stworzone przez człowieka obiekty dotrą do gwiazd. Naukowcy są jednak zainteresowani możliwością stworzenia statku kosmicznego OPERATING zdolnego do kontynuowania pracy w przestrzeni międzygwiazdowej przez dłuższy czas, oddalając się od Słońca na odległość setek jednostek astronomicznych.
Projekt TAU
TAU (Tysiąc jednostek astronomicznych). Koncepcja z 1987 roku, polegająca na wysłaniu automatycznej stacji na odległość 1/60 roku świetlnego od Słońca. Szacowany czas podróży to 50 lat. Cel wyprawy: budowa okazałego dalmierza o podstawie 1000 AU, pomiar z dużą dokładnością odległości do gwiazd, także tych znajdujących się poza naszą galaktyką. Zadania poboczne: badanie obszaru heliopauzy, rozwiązanie problemu komunikacji w przestrzeni ultradalekiego zasięgu, weryfikacja postulatów teorii względności.
Zasilanie sondy stanowi niewielki reaktor jądrowy o mocy cieplnej 1 MW. Silnik jonowy o żywotności 10 lat. Autorzy projektu TAU oparli się wyłącznie na istniejących wówczas technologiach.
Obecnie najbardziej rozwiniętym i wykonalnym projektem ekspedycji międzygwiezdnej jest Innowacyjny Eksplorator Międzygwiezdny. Kompaktowa sonda przewożąca na pokładzie 35 kg sprzętu naukowego i wyposażona w trzy RTG oraz system komunikacji kosmicznej zdolny do zapewnienia stabilnej komunikacji z Ziemią z odległości 200 AU.
Przyspieszenie za pomocą konwencjonalnego chemicznego wzmacniacza rakietowego, wspomagania grawitacyjnego w pobliżu Jowisza oraz silników jonowych, w których ksenon jest płynem roboczym. Wszystkie trzy z tych technologii istnieją i są dobrze rozwinięte w praktyce.
Silnik napędu jonowego sondy Deep Space-1
Silnik jonowy potrzebuje do pracy dwóch rzeczy: płynu roboczego (gazu) i kilku kilowatów energii elektrycznej. Ze względu na znikome zużycie płynu roboczego silnik jonowy może pracować nieprzerwanie przez dziesięć lat. Niestety, jego siła jest również znikoma - dziesiąte części Newtona. Jest to zupełnie niewystarczające do wystrzelenia z powierzchni Ziemi, ale w stanie nieważkości, ze względu na ciągłą długotrwałą pracę i wysoki impuls właściwy, taki silnik jest w stanie rozpędzić sondę do dużych prędkości.
W misji Innowacyjny Eksplorator Międzygwiezdny, dzięki trzem metodom akceleracji, naukowcy mają nadzieję rozpędzić sondę do prędkości 35-40 km/s (ponad 4 AU rocznie). Jest to niezmiernie wysokie jak na standardy współczesnej kosmonautyki (rekord dla Voyagera 1 wynosi 17 km/s), ale jest całkiem wykonalne w praktyce przy użyciu nowoczesnych elektrycznych silników napędowych i wysokowydajnych radioizotopowych generatorów energii.
Badania w ramach programu Innovtive Interstellar Explorer prowadzone są przez specjalistów NASA od 2003 roku. Początkowo zakładano, że sonda zostanie wystrzelona w 2014 roku i dotrze do celu (daleko na odległość 200 AU od Słońca) w 2044 roku.
Niestety, brakowało najbliższego okna startowego. Program sond międzygwiezdnych nie jest priorytetem NASA (w przeciwieństwie do bardziej realistycznych łazików, stacji międzyplanetarnych i budowanego Teleskopu Kosmicznego Webba).
Korzystne warunki do wystrzelenia sondy międzygwiazdowej powtarzają się co 12 lat (ze względu na konieczność manewrowania w polu grawitacyjnym Jowisza). Następnym razem „okno” otworzy się w 2026 roku, ale nie ma pewności, że ta szansa zostanie wykorzystana zgodnie z jej przeznaczeniem. Być może coś zostanie rozstrzygnięte do 2038 r., ale koncepcja Innowacyjnego Międzygwiezdnego Odkrywcy prawdopodobnie będzie do tego czasu nieskończenie przestarzała.
Już teraz inżynierowie pracują nad akceleratorami plazmy elektrotermicznej (VASIMR), napędami magnetoplazmodynamicznymi i napędem Halla. Te odmiany elektrycznego silnika rakietowego mają również wysoki impuls właściwy, porównywalny z uderzeniami. chochlik. silniki jonowe, ale są w stanie rozwinąć o rząd wielkości większy ciąg - tj. przyspieszyć statek do określonych prędkości w krótszym czasie.
informacja