بين النجوم: في الطريق إلى النجوم
حيث تنحسر الرياح الشمسية خلف المؤخرة ويقف الخلود بجوارنا .. ماذا ينتظر من تمكنوا من اختراق الغلاف الشمسي ولمس ضوء النجوم البعيدة؟ الوهج الشبحي لجزيئات حزام كويبر. عقود من الطيران دون إمكانية استبدال الوحدات الفاشلة. محاولات للاتصال بالأرض من مسافة 200 وحدة فلكية.
هل سيكون من الممكن مع التقنيات الحديثة أن تأخذ مثل هذه الحدود البعيدة؟ هل تطير إلى حيث تأتي إشارات الراديو بتأخير يوم واحد؟ قبل مسافة طويلة ، حتى الضوء يستسلم ، لكن العقل البشري يمضي قدمًا.
قفزة في وضح النهار
30 مليار كيلومتر. 70 عامًا من الطيران مع استخدام المراحل العليا الحالية مع LRE. المحطات الحديثة بين الكواكب ليست مصممة لمثل هذه الرحلات الاستكشافية. بعد ثلاثة أو أربعة عقود ، ماتت بطارية النظائر المشعة. إن إمدادات الهيدرازين في محركات الدفع الموجهة بمقياس AMS آخذة في النفاد. تم قطع الاتصال ، ويذوب المسبار ، الذي نام إلى الأبد ، في مساحة لا نهاية لها.
حتى الآن ، تمكنت البشرية من بناء ست "سفن فضائية" تجاوزت السرعة الكونية الثالثة وتركت النظام الشمسي إلى الأبد.
ها هي أسماء الأبطال.
المحطات الآلية بين الكواكب من سلسلة بايونير المرقمة 10 و 11. وتم إطلاقها في 1972-73. وصل الرواد إلى منطقة الكواكب الخارجية ، ونقلوا لأول مرة صورًا وبيانات علمية من محيط كوكب المشتري وزحل إلى الأرض. بعد أن قاموا بمناورة في مجال الجاذبية للكواكب العملاقة ، غادروا منطقة الكسوف إلى الأبد ودخلوا في معركة غير متكافئة مع المكان والزمان.
انقطع الاتصال بـ Pioneer 11 في عام 1995 ، عندما كان بالفعل بعيدًا عن مدار بلوتو. حتى الآن ، ابتعد المسبار عن الشمس بمقدار 90 وحدة فلكية. وتستمر في طريقها في اتجاه كوكبة الدرع.
استمر توأمه لمدة ثلاثين عامًا بالضبط في الفضاء الخارجي: تم نقل آخر البيانات العلمية من بايونير 10 إلى الأرض في عام 2002. وفقًا للحسابات ، في عام 2012 كان يجب أن يكون عند 100 AU. من الشمس. مسبار ذو لوحة ذهبية على متنه ، والذي نام إلى الأبد ، يطير باتجاه Alpha Taurus. الوقت المقدر للوصول هو 2 م.
الأبطال التاليون هم أعضاء في مهمة Voyager المذهلة ، وهي أكبر رحلة استكشافية على الإطلاق للرحلات الجوية بين الكواكب. انطلق مسباران في عام 1977 البعيد على أمل زيارة أحياء جميع الكواكب الخارجية. انتهت المهمة الرئيسية لـ Voyagers بانتصار كامل: درس المسبار كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون وحلقاتهم ، بالإضافة إلى 48 قمراً صناعياً للكواكب العملاقة من مسار الطيران. في وقت المرور فوق الطبقة السحابية العليا لنبتون ، بعد 12 عامًا من الطيران و 4 مليارات كيلومتر من المسافة المقطوعة ، كان انحراف فوييجر 2 عن المسار المحسوب 200 مترًا مذهلاً!
اليوم ، بعد 37 عامًا من إطلاقهم ، يواصلون رحلتهم في المحيط بين النجوم ، مبتعدة عن الأرض على مسافة 107 و 130 وحدة فلكية. تأخير إشارة الراديو من فوييجر 1 17 ساعة و 36 دقيقة. تبلغ قوة المرسل 26 واط فقط ، لكن إشاراته لا تزال تصل إلى الأرض.
تبلغ سعة ذاكرة كمبيوتر Voyagers الموجود على متن الطائرة 100 مرة أصغر من سعة ذاكرة مشغل mp3 الحديث. تواصل المعدات القديمة الفريدة عملها من خلال زوابع العواصف الكهرومغناطيسية وعقود من العمل في الفضاء الخارجي. هناك عدة لترات من الهيدرازين الثمين متبقية في الخزانات ، ولا تزال طاقة مولد النظائر المشعة تصل إلى 270 واط. بالفعل خارج مدار نبتون ، تمكن مبرمجو ناسا من "إعادة تحميل" كمبيوتر Voyager الموجود على متن الطائرة: الآن بيانات المسبار مشفرة برمز Reed-Solomon مزدوج آمن للغاية (من الغريب أنه أثناء إطلاق Voyagers ، يحتوي هذا الرمز على لم يتم استخدامها بعد في الممارسة). بحلول بداية القرن الجديد ، تحولت المجسات إلى مجموعة احتياطية من محركات التحكم في الموقف (كانت المجموعة الرئيسية بحلول ذلك الوقت قد أجرى 353 تصحيح) ، ولكن كل يوم يصبح من الصعب أكثر فأكثر على مستشعر الشمس أن يجد ضوءه الخافت على خلفية الآلاف من النجوم الساطعة. هناك تهديد بفقدان التوجه وفقدان التواصل مع الأرض.
في صيف عام 2012 ، سجلت أداة Voyager 1 انخفاضًا حادًا في شدة الجسيمات المشحونة في الرياح الشمسية - عبر المسبار حدود النظام الشمسي ، وخرج من الغلاف الجوي للشمس. الآن يتم تشويه إشارات المسبار بواسطة صوت جديد لم يُسجل من قبل - بلازما الوسط بين النجمي.
للسنة التاسعة الآن ، تعمل المحطة الأوتوماتيكية New Horizons ، التي تم إطلاقها في يناير 2006 ، على حرث الفضاء ، والهدف من المهمة هو بلوتو ، الذي لا نعرف شيئًا تقريبًا عن مظهره الخارجي. الوقت المقدر للوصول إلى الهدف هو 14 يوليو 2015. تسع سنوات ونصف من الطيران - وثلاثة أيام فقط للتعرف عن كثب على الكوكب الأبعد.
غادرت New Horizons مدار الأرض بأسرع سرعة لأي مركبة فضائية - 16,26 كم / ثانية بالنسبة إلى الأرض أو 45 كم / ثانية بالنسبة للشمس ، مما جعل نيو هورايزونز تلقائيًا مركبة فضائية.
من المتوقع أنه بعد مرور بلوتو ، سيواصل المسبار عمله في الفضاء الخارجي حتى منتصف العقد المقبل ، بعد أن ابتعد عن الشمس بمقدار 50-55 AU بحلول ذلك الوقت. تعود المدة الأقصر للمهمة مقارنةً بالمركبة Voyagers إلى قصر مدة تشغيل "بطارية" النظائر المشعة - بحلول صيف 2015 ، سيكون إطلاق الطاقة من RTGs 174 واط فقط.
خلف نيو هورايزونز بقليل ، يطير جسم رائع آخر - المرحلة العلوية ATK STAR-48B بالوقود الصلب. اكتسبت المرحلة الثالثة من مركبة الإطلاق Atlas-5 ، التي أطلقت مسبار New Horizons على مسار المغادرة إلى بلوتو ، سرعة مركزية الشمس وستترك الآن بالتأكيد حدود النظام الشمسي. جنبا إلى جنب مع ذلك ، وللسبب نفسه ، سوف يطير وزنان متوازنان إلى النجوم. المرحلة الثانية (المرحلة العليا "Centaurus") بقيت في مدار حول الشمس مع فترة مدارية تبلغ 2,83 جم.
وفقًا للحسابات ، في أكتوبر 2015 ، سيمر STAR-48B على مسافة 200 مليون كيلومتر من بلوتو ، ثم يختفي إلى الأبد في أعماق الفضاء.
سوف تغفو السفن ، وسوف يفقد الوقت معناه بالنسبة لهم. في مئات الآلاف ، وربما ملايين السنين ، ستصل كل هذه الأجسام التي من صنع الإنسان إلى النجوم. لكن العلماء مهتمون بإمكانية إنشاء مركبة فضائية عملية قادرة على الاستمرار في العمل في الفضاء بين النجوم لفترة طويلة من الزمن ، والابتعاد عن الشمس على مسافة مئات الوحدات الفلكية.
مشروع TAU
TAU (ألف وحدة فلكية). مفهوم عام 1987 ، والذي تضمن إرسال محطة أوتوماتيكية على مسافة 1/60 سنة ضوئية من الشمس. وقت السفر المقدر 50 سنة. الغرض من الرحلة الاستكشافية: بناء مكتشف نطاق فخم بأساس 1000 وحدة فلكية ، وهو قياس بدقة عالية للمسافات إلى النجوم ، بما في ذلك تلك الموجودة خارج مجرتنا. المهام الثانوية: دراسة منطقة الغلاف الشمسي ، حل مشكلة الاتصالات الفضائية بعيدة المدى ، التحقق من افتراضات نظرية النسبية.
مصدر الطاقة للمسبار هو مفاعل نووي صغير الحجم بطاقة حرارية 1 ميغاواط. محرك أيون بعمر 10 سنوات. انطلق مؤلفو مشروع TAU فقط من التقنيات التي كانت موجودة في ذلك الوقت.
حاليًا ، المشروع الأكثر تطورًا وجدوى للرحلات الاستكشافية بين النجوم هو المستكشف المبتكر بين النجوم. مسبار مضغوط يحمل 35 كجم من المعدات العلمية على متنه ومجهز بثلاث مجموعات RTG ونظام اتصالات فضائي قادر على توفير اتصال مستقر مع الأرض من مسافة 200 وحدة فلكية.
التسارع باستخدام معزز الصواريخ الكيميائية التقليدية ، ومساعدة الجاذبية بالقرب من كوكب المشتري ، والدفاعات الأيونية التي يكون فيها الزينون هو السائل العامل. كل هذه التقنيات الثلاثة موجودة ومتطورة بشكل جيد من الناحية العملية.
يحتاج المحرك الأيوني إلى شيئين ليعمل: سائل عامل (غاز) وبضعة كيلوواط من الكهرباء. نظرًا للاستهلاك الضئيل لسائل العمل ، فإن المحرك الأيوني قادر على العمل بشكل مستمر لمدة عشر سنوات. وللأسف ، فإن زخمها ضئيل أيضًا - أعشار نيوتن. هذا غير كافٍ تمامًا للانطلاق من سطح الأرض ، ولكن في حالة انعدام الوزن ، نظرًا للتشغيل المستمر طويل المدى والاندفاع المحدد العالي ، فإن هذا المحرك قادر على تسريع المسبار إلى سرعات عالية.
في مهمة المستكشف المبتكر بين النجوم ، نظرًا لثلاث طرق للتسريع ، يأمل العلماء في تسريع المسبار إلى سرعة 35-40 كم / ثانية (أكثر من 4 وحدات فلكية في السنة). هذا مرتفع للغاية وفقًا لمعايير رواد الفضاء الحديثين (الرقم القياسي لـ Voyager 1 هو 17 كم / ثانية) ، ولكن من الممكن جدًا في الممارسة العملية باستخدام محركات الدفع الكهربائية الحديثة ومولدات الطاقة ذات النظائر المشعة عالية السعة.
أجرى متخصصو ناسا الأبحاث في إطار برنامج Innovtive Interstellar Explorer من قبل متخصصين في وكالة ناسا منذ عام 2003. في البداية ، كان من المفترض أن يتم إطلاق المسبار في عام 2014 والوصول إلى الهدف (بعيد إلى مسافة 200 وحدة فلكية من الشمس) في عام 2044.
للأسف ، ضاعت أقرب نافذة انطلاق. برنامج المسبار بين النجوم ليس من أولويات وكالة ناسا (على عكس المركبات الأكثر واقعية ، والمحطات بين الكواكب ، وتلسكوب Webb الفضائي قيد الإنشاء).
تتكرر الظروف المواتية لإطلاق مسبار بين النجوم كل 12 عامًا (بسبب الحاجة إلى المناورة في مجال جاذبية المشتري). في المرة القادمة التي ستفتح فيها "النافذة" في عام 2026 ، لكن من غير المؤكد على الإطلاق أن هذه الفرصة ستُستخدم للغرض المقصود منها. ربما سيتم تحديد شيء ما بحلول عام 2038 ، ولكن من المرجح أن يكون مفهوم المستكشف المبتكر بين النجوم قد عفا عليه الزمن إلى ما لا نهاية بحلول ذلك الوقت.
بالفعل ، يعمل المهندسون على مسرعات البلازما الكهروحرارية (VASIMR) ، والدوافع المغناطيسية الديناميكية ، ودوافع Hall. هذه الاختلافات في محرك الصاروخ الكهربائي لها أيضًا دفعة محددة عالية ، يمكن مقارنتها بالدقات. عفريت. محركات أيونية ، لكنها قادرة على تطوير قوة دفع أكبر بترتيب من الحجم - أي تسريع السفينة إلى السرعات المحددة في وقت أقصر.
معلومات