Interstelar: în drum spre stele
Unde vântul solar se potolește în spatele pupei și veșnicia stă lângă noi... Ce îi așteaptă pe cei care au reușit să străpungă heliopauza și să atingă lumina stelelor îndepărtate? Strălucirea fantomatică a particulelor din centura Kuiper. Decenii de zbor fără posibilitatea înlocuirii unităților defecte. Încercările de a stabili comunicarea cu Pământul de la o distanță de 200 de unități astronomice.
Va fi posibil cu tehnologiile moderne să luăm frontiere atât de îndepărtate? Zbor de unde vin semnalele radio cu o întârziere de o zi? Înainte de o distanță uriașă, chiar și lumina cedează, dar mintea umană merge înainte.
Sari prin lumina zilei
30 de miliarde de kilometri. 70 de ani de zbor cu utilizarea treptelor superioare existente cu LRE. Stațiile interplanetare moderne nu sunt proiectate pentru astfel de expediții. Trei sau patru decenii mai târziu, bateria radioizotopului moare. Aprovizionarea cu hidrazină în propulsoarele de orientare AMS se epuizează. Conexiunea este deconectată, iar sonda, care a adormit pentru totdeauna, se dizolvă într-un spațiu nesfârșit.
Până în prezent, omenirea a reușit să construiască șase „nave stelare” care au depășit a treia viteză cosmică și au părăsit sistemul solar pentru totdeauna.
Iată numele eroilor.
Stații interplanetare automate din seria Pioneer numerotate 10 și 11. Lansate în 1972-73. Pionierii au ajuns în regiunea planetelor exterioare, transmitând pentru prima dată fotografii și date științifice din vecinătatea lui Jupiter și Saturn către Pământ. După ce au făcut o manevră în câmpul gravitațional al planetelor gigantice, au părăsit pentru totdeauna regiunea eclipticii și au intrat într-o luptă inegală cu spațiul și timpul.
Comunicarea cu Pioneer 11 a fost întreruptă în 1995, când era deja cu mult dincolo de orbita lui Pluto. Până în prezent, sonda sa îndepărtat de Soare cu 90 UA. și își continuă drumul în direcția constelației Scutului.
Geamănul său a durat exact treizeci de ani în spațiul cosmic: ultimele date științifice de la Pioneer 10 au fost transmise pe Pământ în 2002. Conform calculelor, în 2012 ar fi trebuit să fie la 100 UA. de la soare. O sondă cu o placă de aur la bord, care a adormit pentru totdeauna, zboară spre Alpha Taur. Ora estimată a sosirii este de 2 d.Hr.
Următorii eroi sunt membri ai misiunii uluitoare Voyager, cea mai mare expediție din toate timpurile pentru zboruri interplanetare. Două sonde au pornit în îndepărtatul 1977 cu speranța de a vizita cartierele tuturor planetelor exterioare. Misiunea principală a Voyagers s-a încheiat cu un triumf complet: sondele au studiat Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, inelele lor, precum și 48 de sateliți ai planetelor gigantice din traiectoria de zbor. În momentul trecerii peste stratul superior de nor al lui Neptun, după 12 ani de zbor și 4 miliarde de km de distanță parcursă, abaterea lui Voyager 2 de la traiectoria calculată a fost de 200 de metri incredibil!
Astăzi, la 37 de ani de la lansare, aceștia își continuă călătoria în oceanul interstelar, îndepărtându-se de Pământ la o distanță de 107 și 130 UA. Întârzierea semnalului radio de la Voyager 1 este de 17 ore și 36 de minute. Puterea emițătorului este de doar 26 de wați, dar semnalele sale ajung încă pe Pământ.
Capacitatea de memorie a computerului de bord al lui Voyager este de 100 de ori mai mică decât cea a unui mp3 player modern. Echipamentele retro unice își continuă activitatea prin vârtejele furtunilor electromagnetice și decenii de muncă în spațiul cosmic. În rezervoare au mai rămas câțiva litri de hidrazină prețioasă, iar puterea generatorului de radioizotopi ajunge în continuare la 270 de wați. Deja dincolo de orbita lui Neptun, programatorii NASA au reușit să „reflash” computerul de bord Voyager: acum datele sondei sunt codificate cu un cod dublu Reed-Solomon extrem de sigur (este curios că în timpul lansării Voyagers, un astfel de cod a avut nu a fost încă folosit în practică). Până la începutul noului secol, sondele au trecut la un set de rezervă de motoare de control a atitudinii (setul principal până atunci făcuse 353 de corecții), dar în fiecare zi devine din ce în ce mai dificil pentru senzorul de soare să-și găsească lumina slabă. pe fundalul a mii de stele strălucitoare. Există amenințarea cu pierderea orientării și pierderea comunicării cu Pământul.
În vara lui 2012, instrumentul Voyager 1 a înregistrat o scădere bruscă a intensității particulelor încărcate în vântul solar - sonda a trecut granița sistemului solar, ieșind din heliosferă. Acum, semnalele sondei sunt distorsionate de un sunet nou, neînregistrat până acum - plasma mediului interstelar.
De al nouălea an acum, stația automată New Horizons, lansată în ianuarie 2006, arătează spațiul. Scopul misiunii este Pluto, despre al cărui aspect exterior nu știm aproape nimic. Ora estimată de sosire la țintă este 14 iulie 2015. Nouă ani și jumătate de zbor - și doar trei zile pentru o cunoaștere apropiată cu cea mai îndepărtată planetă.
New Horizons a părăsit orbita Pământului cu cea mai rapidă viteză a oricărei nave spațiale - 16,26 km/s față de Pământ sau 45 km/s față de Soare, ceea ce a făcut automat din New Horizons o navă spațială.
Este de așteptat ca, după trecerea lui Pluto, sonda să-și continue activitatea în spațiul cosmic până la jumătatea următorului deceniu, după ce s-a îndepărtat de Soare cu 50-55 UA până în acel moment. Durata mai scurtă a misiunii în comparație cu Voyagers se datorează duratei scurte de funcționare a „bateriei” cu radioizotop - până în vara anului 2015, eliberarea de energie a RTG-urilor va fi de numai 174 W.
Puțin în spatele New Horizons, zboară un alt obiect remarcabil - treapta superioară cu combustibil solid ATK STAR-48B. A treia etapă a vehiculului de lansare Atlas-5, care a lansat sonda New Horizons pe o traiectorie de plecare către Pluto, a câștigat și ea viteză heliocentrică și acum va părăsi cu siguranță granițele sistemului solar. Împreună cu ea, din același motiv, două greutăți de echilibrare vor zbura spre stele. A doua etapă (etapa superioară „Centaurus”) a rămas pe o orbită heliocentrică cu o perioadă orbitală de 2,83 g.
Conform calculelor, în octombrie 2015, STAR-48B va trece la o distanță de 200 de milioane de km de Pluto, apoi va dispărea pentru totdeauna în adâncurile spațiului.
Navele vor adormi, iar timpul își va pierde sensul pentru ele. În sute de mii, poate milioane de ani, toate aceste obiecte create de om vor ajunge în stele. Dar oamenii de știință sunt interesați de posibilitatea de a crea nave spațiale OPERAȚII capabile să continue să lucreze în spațiul interstelar pentru o perioadă lungă de timp, îndepărtându-se de Soare la o distanță de sute de unități astronomice.
Proiectul TAU
TAU (Mii de unități astronomice). Conceptul din 1987, care presupunea trimiterea unei stații automate la o distanță de 1/60 dintr-un an lumină de Soare. Durata estimată a călătoriei este de 50 de ani. Scopul expediției: construirea unui telemetru grandios cu o bază de 1000 UA, o măsurătoare cu mare precizie a distanțelor până la stele, inclusiv cele situate în afara galaxiei noastre. Sarcini secundare: studiul regiunii heliopauzei, soluționarea problemei comunicației spațiale pe distanță ultra-lungă, verificarea postulatelor teoriei relativității.
Sursa de alimentare a sondei este un reactor nuclear de dimensiuni mici, cu o putere termică de 1 MW. Motor ionic cu durata de viata de 10 ani. Autorii proiectului TAU au pornit exclusiv din tehnologiile existente la acea vreme.
În prezent, cel mai dezvoltat și mai fezabil proiect al unei expediții interstelare este Innovative Interstellar Explorer. O sondă compactă care transportă 35 kg de echipament științific la bord și echipată cu trei RTG-uri și un sistem de comunicații spațiale capabile să asigure o comunicare stabilă cu Pământul de la o distanță de 200 UA.
Accelerație folosind o rachetă de rachetă chimică convențională, o asistență gravitațională în vecinătatea lui Jupiter și propulsoare ionice în care xenonul este fluidul de lucru. Toate aceste trei tehnologii există și sunt bine dezvoltate în practică.
Motor de propulsie ionică Deep Space-1 Probe
Un motor cu ioni are nevoie de două lucruri pentru a funcționa: un fluid de lucru (gaz) și câțiva kilowați de electricitate. Datorită consumului neglijabil al fluidului de lucru, motorul ionic este capabil să funcționeze continuu timp de zece ani. Din păcate, forța sa este, de asemenea, neglijabilă - zecimi de Newton. Acest lucru este complet insuficient pentru lansarea de pe suprafața Pământului, dar în imponderabilitate, datorită funcționării continue pe termen lung și impulsului specific ridicat, un astfel de motor este capabil să accelereze sonda la viteze mari.
În misiunea Innovative Interstellar Explorer, datorită a trei metode de accelerare, oamenii de știință speră să accelereze sonda la o viteză de 35-40 km/s (peste 4 UA pe an). Acest lucru este extrem de ridicat în conformitate cu standardele cosmonauticii moderne (recordul pentru Voyager 1 este de 17 km/s), dar este destul de fezabil în practică folosind motoare moderne de propulsie electrică și generatoare de energie cu radioizotopi de mare capacitate.
Cercetările din cadrul programului Innovtive Interstellar Explorer au fost efectuate de specialiștii NASA din 2003. Inițial, s-a presupus că sonda va fi lansată în 2014 și va atinge ținta (la distanță la o distanță de 200 UA de Soare) în 2044.
Din păcate, cea mai apropiată fereastră de pornire a fost ratată. Programul sondei interstelare nu este o prioritate NASA (spre deosebire de roverele mai realiste, stațiile interplanetare și telescopul spațial Webb în construcție).
Condițiile favorabile pentru lansarea unei sonde interstelare se repetă la fiecare 12 ani (datorită necesității de a manevra în câmpul gravitațional al lui Jupiter). Data viitoare, „fereastra” se va deschide în 2026, dar este departe de a fi sigur că această șansă va fi folosită în scopul propus. Poate că se va decide ceva până în 2038, dar conceptul de Explorator Interstelar inovator este probabil să fie infinit depășit până atunci.
Deja, inginerii lucrează la acceleratoare electrotermale cu plasmă (VASIMR), propulsoare magnetoplasmoddinamice și propulsor Hall. Aceste variații ale motorului rachetă electrică au și un impuls specific ridicat, comparabil cu bătăile. imp. motoare ionice, dar sunt capabile să dezvolte o forță de ordin de mărime mai mare - de ex. accelerați nava la vitezele specificate într-un timp mai scurt.
informații