رواد الفضاء. تخطو فوق الهاوية
أبناء وبنات الكوكب الأزرق
إرتفع ، مزعجًا سلام النجوم.
أنشأ مسارًا إلى الفضاء بين النجوم
للأقمار الصناعية والصواريخ والمحطات العلمية.
***
طار رجل روسي في صاروخ ،
رأيت الأرض كلها من فوق.
كان جاجارين هو الأول من نوعه في الفضاء.
ما هو الرقم الذي ستكون؟
في عام 1973 ، بدأت مجموعة عمل تابعة لجمعية الكواكب البريطانية بتصميم مظهر مركبة فضائية بين النجوم قادرة على السفر 6 سنوات ضوئية في وضع غير مأهول وإجراء دراسة موجزة حول محيط نجم بارنارد.
كان الاختلاف الأساسي بين المشروع البريطاني وأعمال الخيال العلمي هو شروط التصميم الأصلية: في عملهم ، اعتمد العلماء البريطانيون حصريًا على تقنيات الحياة الواقعية أو تقنيات المستقبل القريب ، والتي لا شك في ظهورها الوشيك. تم رفض "مكافحة الجاذبية" الرائعة ، و "النقل عن بعد" غير المعروف و "المحركات سريعة الحركة" باعتبارها أفكارًا غريبة ومن الواضح أنها غير مجدية.
وفقًا لشروط المشروع ، كان على المطورين التخلي حتى عن "محرك الفوتون" الذي كان شائعًا في ذلك الوقت. على الرغم من الاحتمال النظري لوجود تفاعل إبادة مادة ، فإن حتى الفيزيائيين الأكثر جرأة الذين يختبرون بانتظام مع الهلوسة القنب غير قادرين على شرح كيفية وضع تخزين "المادة المضادة" موضع التنفيذ وكيفية جمع الطاقة المنبعثة.
حصل المشروع على الاسم الرمزي "Daedalus" - تكريما لبطل الأسطورة اليونانية الذي يحمل نفس الاسم ، والذي تمكن من التحليق فوق البحر ، على عكس إيكاروس ، الذي طار عاليا جدا.
كان للسفينة النجمية الأوتوماتيكية Daedalus تصميم على مرحلتين
معنى مشروع ديدالوس:
دليل على إمكانية إنشاء البشرية لمركبة فضائية غير مأهولة لاستكشاف أقرب أنظمة النجوم إلى الشمس.
الجانب الفني للمشروع:
دراسة من مسار flyby لنظام النجوم Barnard (قزم أحمر من الفئة الطيفية M5V على مسافة 5,91 سنة ضوئية ، وهو أحد الأقرب إلى الشمس ، وفي الوقت نفسه ، "أسرع" النجوم في سماء الأرض. المكون العمودي لسرعة النجم على اتجاه نظرة مراقب أرضي هو 90 كم / ثانية ، إلى جانب مسافة "قريبة" نسبيًا ، يحول "بارنارد الطائر" إلى "مذنب" حقيقي) . تم تحديد اختيار الهدف من خلال نظرية وجود نظام كوكبي بالقرب من نجم بارنارد (تم دحض النظرية لاحقًا). في عصرنا ، "الهدف المرجعي" هو النجم Proxima Centauri الأقرب إلى الشمس (المسافة 4,22 سنة ضوئية).
حركة نجم بارنارد في سماء الأرض
شروط المشروع:
مركبة فضائية بدون طيار. فقط التقنيات الواقعية في المستقبل القريب. أقصى مدة طيران للنجم هي 49 سنة! وفقًا لشروط مشروع ديدالوس ، كان ينبغي لمن أنشأوا السفينة البينجمية أن تتاح لهم الفرصة لمعرفة نتائج المهمة خلال حياتهم. بعبارة أخرى ، للوصول إلى نجمة بارنارد في غضون 49 عامًا ، ستحتاج المركبة الفضائية إلى سرعة إبحار تبلغ حوالي 0,1 من سرعة الضوء.
خلفية:
كان لدى العلماء البريطانيين "مجموعة" رائعة من جميع الإنجازات الحديثة للحضارة البشرية: التقنيات النووية ، والتفاعل النووي الحراري غير المنضبط ، والليزر ، وفيزياء البلازما ، وعمليات الإطلاق الفضائية المأهولة في مدار قريب من الأرض ، وتقنيات الالتحام وتجميع الأجسام كبيرة الحجم في الفضاء الخارجي وأنظمة الاتصالات الفضائية بعيدة المدى والإلكترونيات الدقيقة والأتمتة والهندسة الدقيقة. هل هذا يكفي "لمس اليد" للنجوم؟
إنه ليس بعيدًا عن هنا - محطة تاكسي واحدة
يفيض القارئ بالأحلام الجميلة والفخر بإنجازات العقل البشري ، وهو يركض بالفعل لشراء تذكرة على متن سفينة بين النجوم. للأسف ، فرحه سابق لأوانه. أعد الكون استجابته المرعبة لمحاولات البشر المثيرة للشفقة للوصول إلى أقرب النجوم.
إذا قمت بتقليص حجم نجم مثل الشمس إلى حجم كرة التنس ، فإن النظام الشمسي بأكمله سوف يتناسب مع المربع الأحمر. سيتم تقليل أبعاد الأرض ، في هذه الحالة ، بشكل عام إلى حجم حبة الرمل.
في نفس الوقت ، ستقع أقرب "كرة تنس" (Proxima Centauri) في منتصف ميدان ألكسندر في برلين ، ونجم بارنارد البعيد - في ميدان بيكاديللي بلندن!
موقف فوييجر 1 في 8 فبراير 2012. المسافة 17 ساعة ضوئية من الشمس.
ألقت المسافات البشعة بظلال من الشك على فكرة السفر بين النجوم. استغرقت المحطة الأوتوماتيكية Voyager 1 ، التي تم إطلاقها في عام 1977 ، 35 عامًا لعبور النظام الشمسي (تجاوز المسبار في 25 أغسطس 2012 - في ذلك اليوم ، ذابت آخر أصداء "الرياح الشمسية" خلف مؤخرة المحطة ، في نفس الوقت زادت شدة الإشعاع المجري بشكل حاد). استغرقت رحلة ريد سكوير 35 عامًا. كم من الوقت ستستغرق فوييجر للطيران "من موسكو إلى لندن"؟
هناك ملايين الكيلومترات من الهاوية السوداء حولنا - هل لدينا فرصة للطيران إلى أقرب نجم في نصف قرن على الأقل من الأرض؟
سأرسل لك سفينة ...
لم يكن لدى أحد أي شك في أن ديدالوس ستكون ذات أبعاد مروعة - فقط "الحمولة" يمكن أن تصل إلى مئات الأطنان. بالإضافة إلى الأدوات الفيزيائية الفلكية الخفيفة نسبيًا ، وأجهزة الكشف وكاميرات التلفزيون ، هناك حاجة إلى حجرة تحكم كبيرة لأنظمة السفن ، ومركز كمبيوتر ، والأهم من ذلك ، نظام اتصال مع الأرض ، على متن السفينة.
تتمتع التلسكوبات الراديوية الحديثة بحساسية مذهلة: جهاز الإرسال Voyager 1 الذي يعمل بـ 124 وحدة فلكية (124 مرة أبعد من الأرض إلى الشمس) لديه قوة 23 واط فقط - أقل من المصباح الكهربائي في ثلاجتك. والمثير للدهشة أن هذا كان كافياً لضمان اتصال غير منقطع بالجهاز على مسافة 18,5 مليار كيلومتر! (شرط أساسي - موضع فوييجر في الفضاء معروف بدقة 200 متر)
تقع نجمة بارنارد على بعد 5,96 سنة ضوئية من الشمس ، أي 3000 مرة أبعد من فوييجر. من الواضح ، في هذه الحالة ، أن المعترض 23 واط أمر لا غنى عنه - مسافة لا تصدق وخطأ كبير في تحديد موقع المركبة الفضائية في الفضاء سيتطلب قوة إشعاعية تبلغ مئات الكيلوواط. مع كل ما يترتب على ذلك من متطلبات أبعاد الهوائي.
حدد العلماء البريطانيون رقمًا محددًا للغاية: ستبلغ حمولة المركبة الفضائية ديدالوس (كتلة حجرة التحكم والأدوات العلمية ونظام الاتصالات) حوالي 450 طنًا. للمقارنة ، تجاوزت كتلة محطة الفضاء الدولية اليوم 417 طنًا.
كتلة الحمولة المطلوبة للمركبة الفضائية ضمن حدود واقعية. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للتقدم في الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا الفضاء على مدار الأربعين عامًا الماضية ، فقد ينخفض هذا الرقم إلى حد ما.
المحرك والوقود. أصبح استهلاك الطاقة المفرط للسفر بين النجوم عائقاً رئيسياً لمثل هذه الرحلات الاستكشافية.
تمسك العلماء البريطانيون بمنطق بسيط: أي من الطرق المعروفة للحصول على الطاقة لديها أعلى إنتاجية؟ الجواب واضح - الاندماج النووي الحراري. هل نحن قادرون على إنشاء "مفاعل نووي حراري" مستقر اليوم؟ للأسف ، لا ، فشلت جميع المحاولات لإنشاء "نواة حرارية محكومة". استنتاج؟ عليك استخدام رد فعل متفجر. تتحول المركبة الفضائية Daedalus إلى "متفجرة" بمحرك صاروخي حراري نابض.
مبدأ العملية من الناحية النظرية بسيط: يتم إدخال "أهداف" من خليط متجمد من الديوتيريوم والهيليوم -3 في غرفة العمل. يتم تسخين "الهدف" بواسطة نبضة من الليزر - يتبعه انفجار نووي حراري صغير - وفويلا ، إطلاق الطاقة لتسريع السفينة!
أظهر الحساب أنه من أجل التسريع الفعال لـ Daedalus ، سيكون من الضروري إنتاج 250 انفجارًا في الثانية - لذلك ، يجب إدخال الأهداف في غرفة الاحتراق لمحرك نووي حراري نابض بسرعة 10 كم / ثانية!
هذا بالفعل خيال خالص - في الواقع لا توجد عينة عملية واحدة لمحرك نووي حراري نابض. علاوة على ذلك ، فإن الخصائص الفريدة للمحرك والمتطلبات العالية لموثوقيته (يجب أن يعمل محرك المركبة الفضائية بشكل مستمر لمدة 4 سنوات) تجعل الحديث عن المركبة الفضائية بلا معنى. القصة.
من ناحية أخرى ، لا يوجد عنصر واحد في تصميم محرك نووي حراري نابض لم يتم اختباره عمليًا - ملفات لولبية فائقة التوصيل ، وأشعة ليزر عالية الطاقة ، ومدافع إلكترونية ... جلبت إلى الإنتاج الضخم. لدينا نظرية متطورة وتطورات عملية غنية في مجال فيزياء البلازما - إنها مجرد مسألة إنشاء محرك نابض يعتمد على هذه الأنظمة.
الكتلة المقدرة لهيكل المركبة الفضائية (المحرك ، الخزانات ، الجمالونات الحاملة) - 6170 طنًا ، باستثناء الوقود. من حيث المبدأ ، يبدو الشكل واقعيًا. لا توجد قوى عشرية وعدد لا يحصى من الأصفار. سيستغرق الأمر 44 عملية إطلاق لصاروخ Saturn-5 العظيم "فقط" (حمولة 140 طنًا ووزن إطلاق يبلغ 3000 طن) لإيصال مثل هذا العدد من الهياكل المعدنية إلى مدار أرضي منخفض.
مركبة الإطلاق فائقة الثقل فئة H-1 ، وزن الإطلاق 2735 ... 2950 طنًا
حتى الآن ، تتوافق هذه الأرقام نظريًا مع قدرات الصناعة الحديثة ، على الرغم من أنها تتطلب بعض التطوير من التقنيات الحديثة. حان الوقت لطرح السؤال الرئيسي: ما هي كتلة الوقود المطلوبة لتسريع المركبة الفضائية إلى 0,1 سرعة الضوء؟ تبدو الإجابة مخيفة ، وفي نفس الوقت مشجعة - 50 طن من الوقود النووي. على الرغم من عدم احتمال ظهور هذا الرقم ، فإن هذا يمثل نصف إزاحة حاملة الطائرات النووية الأمريكية "فقط". شيء آخر هو أن رواد الفضاء الحديثين ليسوا مستعدين بعد للعمل مع مثل هذه الهياكل الضخمة.
لكن المشكلة الرئيسية كانت مختلفة: مكون الوقود الرئيسي لمحرك نووي حراري نابض هو نظير هيليوم 3 النادر والمكلف. لا يتجاوز الحجم الحالي لإنتاج الهليوم 3 500 كجم سنويًا. في الوقت نفسه ، سيتعين صب 30 طن من هذه المادة المحددة في خزانات ديدالوس.
التعليقات غير ضرورية - لا يمكن العثور على مثل هذه الكمية من الهليوم 3 على الأرض. اقترح "علماء بريطانيون" (هذه المرة بجدارة أن تأخذ التعبير بين علامات الاقتباس) لبناء "ديدالوس" في مدار كوكب المشتري وتزويده بالوقود هناك ، واستخراج الوقود من الطبقة السحابية العليا للكوكب العملاق.
مستقبلية خالصة ، مضروبة في العبثية.
على الرغم من الصورة المخيبة للآمال بشكل عام ، أظهر مشروع ديدالوس أن المعرفة العلمية الحالية كافية لإرسال رحلة استكشافية إلى أقرب النجوم. تكمن المشكلة في حجم العمل - لدينا عينات عملية من "Tokamaks" ، والمغناطيسات الكهربائية فائقة التوصيل ، وأجهزة التبريد ، وأوعية ديوار في ظروف معملية مثالية ، ولكن ليس لدينا أي فكرة على الإطلاق عن كيفية عمل نسخها الضخمة التي تزن مئات الأطنان. كيف تحافظ على هذه الهياكل الرائعة تعمل باستمرار لسنوات قادمة - كل هذا في الظروف القاسية للفضاء الخارجي ، دون أي إمكانية للإصلاح والصيانة من قبل الإنسان.
من خلال العمل على ظهور المركبة الفضائية ديدالوس ، واجه العلماء العديد من المشكلات الصغيرة ، ولكن ليس أقل أهمية. بالإضافة إلى الشكوك التي سبق ذكرها حول موثوقية محرك نووي حراري نابض ، واجه مبتكرو السفينة البينجمية مشكلة موازنة السفينة العملاقة وتسارعها الصحيح واتجاهها في الفضاء. كانت هناك أيضًا لحظات إيجابية - في الأربعين عامًا التي مرت منذ بدء العمل في مشروع ديدالوس ، تم حل مشكلة نظام الكمبيوتر الرقمي على متن السفينة بنجاح. تقدم هائل في الإلكترونيات الدقيقة ، وتكنولوجيا النانو ، وظهور مواد ذات خصائص فريدة - كل هذا أدى إلى تبسيط الظروف بشكل كبير لإنشاء مركبة فضائية. أيضًا ، تم حل مشكلة الاتصال في الفضاء السحيق بنجاح.
ولكن حتى الآن لم يتم العثور على حل للمشكلة الكلاسيكية - سلامة رحلة استكشافية بين النجوم. عند سرعة 0,1 من سرعة الضوء ، تصبح أي ذرة من الغبار عقبة خطيرة للسفينة ، ويمكن أن يكون نيزك صغير بحجم محرك أقراص فلاش نهاية الرحلة الاستكشافية بأكملها. بمعنى آخر ، فإن السفينة لديها كل فرصة للاحتراق قبل أن تصل إلى هدفها. من الناحية النظرية ، تم اقتراح حلين: أول "خط دفاع" هو سحابة واقية من الجسيمات الدقيقة يحتفظ بها مجال مغناطيسي قبل مائة كيلومتر من مسار السفينة. أما "خط الدفاع" الثاني فهو عبارة عن درع معدني أو خزفي أو مركب لصد شظايا النيازك المتعفنة. إذا كان كل شيء واضحًا إلى حد ما مع تصميم الدرع ، فعندئذٍ حتى الفائزين بجائزة نوبل في الفيزياء لا يعرفون كيفية تطبيق "سحابة واقية من الجسيمات الدقيقة" على مسافة كبيرة من السفينة. من الواضح أنه بمساعدة مجال مغناطيسي ، ولكن إليك كيف بالضبط ...
… تبحر السفينة في الفراغ الجليدي. لقد مرت 50 سنة منذ أن ترك النظام الشمسي وطريق طويل ممتد خلف "ديدالوس" لست سنوات ضوئية. تم عبور حزام كايبر الخطير وسحابة أورت الغامضة بأمان ، صمدت الأدوات الهشة لأشعة المجرة والبرد القاسي في الفضاء المفتوح ... الموعد المقرر قريبًا مع نظام بارنارد النجمي ... لكن ماذا هل يعد لقاء الصدفة هذا برسول الأرض البعيدة في وسط المحيط النجمي اللامحدود؟ مخاطر جديدة من الاصطدام بالنيازك الكبيرة؟ المجالات المغناطيسية والأحزمة الإشعاعية القاتلة في محيط "بارنارد الجري"؟ انفجارات غير متوقعة من المؤيدين لـ trubberans؟ سيخبرنا الوقت ... "ديدالوس" في غضون يومين سوف يندفع عبر النجم ويختفي إلى الأبد في اتساع الكون.
ديدالوس مقارنة بمبنى إمباير ستيت المكون من 102 طابق
مبنى إمباير ستيت ، مبنى رئيسي في أفق مدينة نيويورك. الارتفاع بدون برج 381 م ، الارتفاع مع برج 441 م
"Dedalus" بالمقارنة مع مركبة الإطلاق الثقيلة للغاية Saturn V
Saturn V على منصة الإطلاق
معلومات