Межзвёздный полёт

Межзвёздный полёт в путешествие между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Четыре автоматические станции в Пионер-10, Пионер-11, Вояджер-1, Вояджер-2 в достигли третьей космической скорости и покинули солнечную систему; теперь с их помощью изучают межзвёздное пространство. Полёты на звездолётах занимают существенное место в научной фантастике. Станций, чьей прямой миссией был бы полёт до ближайших звёзд, на начало XXI века не существует, однако в 2011 году DARPA совместно с НАСА объявили о старте проекта «Через 100 лет к звёздам», целью которого является осуществление пилотируемого полёта к другим звёздным системам^[1]^[2]. По словам Поля Еременко, координатора проекта в DARPA, целью данного проекта является не постройка космического корабля, а стимулирование нескольких поколений учёных на исследование в различных дисциплинах и создание прорывных технологий. По словам директора Исследовательского центра Эймса (НАСА) Симона П. Уордена проект двигателя для полётов в дальний космос может быть разработан в течение 15-20 лет^[3].

Расстояние до ближайшей звезды (Проксимы Центавра) составляет около 4,243 световых лет, то есть примерно в 268 тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Содержание

1 Пригодность различных типов двигателей для межзвездных полётов
2 Проекты межзвездных экспедиций
3 Примечания
4 См. также
5 Литература
6 Ссылки

[править] Пригодность различных типов двигателей для межзвездных полётов

Пригодность различных типов двигателей для межзвездных полётов была рассмотрена на заседании Британского межпланетного общества в 1973 г. Тони Мартином^[4]^[5]. Электроракетный двигатель с ядерным реактором имеет небольшое ускорение, поэтому потребуются столетия для достижения нужной скорости, что позволяет использовать его только в кораблях поколений. Термические ядерные двигатели типа NERVA имеют достаточную величину тяги, но низкую скорость истечения рабочей массы, поэтому для разгона до нужной скорости потребуется огромное количество топлива. Такой двигатель для межзвездного полёта тоже непригоден. Для прямоточного двигателя потребуется воронка огромного диаметра для сбора разреженного межзвездного водорода, имеющего плотность 1 атом на кубический сантиметр. Если для сбора межзвездного водорода использовать сверхмощное электромагнитное поле, то силовые нагрузки на генерирующую катушку окажутся настолько велики, что их преодоление кажется маловероятным даже для техники будущего.

[править] Проекты межзвездных экспедиций

[править] Проекты звездолётов-ракет

[править] Проект «Орион»

С 1950-60 гг. в США разрабатывался космический корабль с ядерно-импульсным ракетным двигателем для исследования межпланетного пространства «Орион». В ходе работ были предложены проекты большого паллетного и малого звездолётов («кораблей поколений»), способных добраться до звезды Альфа Центавра за 1800 и 130 лет соответственно.

[править] Проект «Дедал»

С 1973 по 1978 год Британское межпланетное общество разрабатывало проект «Дедал» целью которого было создать наиболее правдоподобный проект автоматического аппарата с термоядерным ракетным двигателем, способного достичь звезды Барнарда за 50 лет.^[6]

Ракетный корабль по проекту «Дедал» оказался таким громадным, что строить его пришлось бы в открытом космосе. Он должен был весить 54 000 т (почти весь вес в ракетное топливо) и мог бы разогнаться до 7,1 % скорости света, неся на себе полезную нагрузку весом 450 т. В отличие от проекта «Орион», рассчитанного на использование крохотных атомных бомб, проект «Дедал» предусматривал использование миниатюрных водородных бомб со смесью дейтерия и гелия-3 и системой зажигания при помощи электронных лучей. Но огромные технические проблемы и опасения, связанные с ядерным двигателем, привели к тому, что проект «Дедал» также был отложен на неопределённое время.^[7]

Технологические идеи Дедала использованы в проекте термоядерного звездолета «Икарус»^[8].

[править] Проекты звездолётов, движителем которых является давление электромагнитных волн.

См. также: Солнечный парус

Идея о использовании давления света для осуществления межпланетных путешествий была выдвинута практически сразу после открытия этого давления физиком П. Н. Лебедевым в работах К. Циолковского и Ф. Цандера. Однако реальная возможность получения электромагнитного луча нужной мощности появилась только после изобретения лазеров.

В 1971 году в докладе Г. Маркса на симпозиуме в Бюракане было предложено использовать для межзвёздных перелётов лазеры рентгеновского диапазона. Позже возможность использования этого типа движителя исследовалась НАСА. В результате был сделан следующий вывод: «Если будет найдена возможность создания лазера, работающего в рентгеновском диапазоне длин волн, то можно говорить о реальной разработке летательного аппарата (разгоняемого лучом такого лазера), который сможет покрывать расстояния до ближайших звёзд значительно быстрее, чем все известные в настоящее время системы с ракетными двигателями. Расчёты показывают, что с помощью космической системы, рассмотренной в данной работе, можно достичь звезды Альфа Центаврав примерно за 10 лет»^[9].

В 1985 году Р. Форвардом была предложена конструкция межзвёздного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звёзд за 21 год.

На 36-м Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолёта, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчётам, путь звездолёта этой конструкции до звезды Эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

Солнечный парус в самый перспективный и реалистичный на сегодняшний день вариант звездолета.^[10],^[11],^[12]

Преимуществом солнечного парусника является отсутствие топлива на борту.

[править] Аннигиляционные двигатели

Скорость движения обычных ракет существенным образом зависит от скорости истечения рабочего тела. Обычные химические реакции, известные на текущий момент, не позволяют достичь скоростей истечения, необходимых для разгона ракеты до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью.

Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги в конструкциях так называемых фотонных ракет. Может быть также использована реакция аннигиляции протонов и антипротонов, в результате которой образуются пионы.

Теоретические расчёты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70 % от скорости света. Предложенный ими двигатель быстрее других теоретических разработок благодаря особому устройству сопла. Однако основными проблемами при создании аннигиляционных ракет (англ.) с подобными двигателями являются получение нужного количества антивещества, а также его хранение^[13]. По состоянию на май 2011 года рекордное время хранения атомов антиводорода составило 1000 секунд (~16,5 минут)^[14]. По оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США^[15]. По оценке 1999 года, один грамм антиводорода стоил бы 62,5 триллиона долларов^[16].

[править] Прямоточные двигатели, работающие на межзвёздном водороде

Основная составляющая массы современных ракет в это масса топлива, необходимого ракете для разгона. Если удастся каким-нибудь образом использовать в качестве рабочего тела и топлива окружающую ракету среду, можно значительно сократить массу ракеты и достичь за счёт этого больших паллетных скоростей движения.

В 1960-е годы Бюссаром (англ.) была предложена конструкция межзвёздного прямоточного реактивного двигателя (МПРД). Она схожа с конструкцией воздушно-реактивных двигателей. Межзвёздная среда состоит в основном из водорода. Этот водород может быть захвачен и использован в качестве рабочего тела. Кроме того, он может быть использован в качестве топлива для управляемой термоядерной реакции, служащей источником энергии для создания ускоряющего ракету реактивного потока.

Поскольку межзвёздная среда является крайне разреженной (порядка 1 атома водорода на кубический сантиметр пространства), необходимо использование экранов огромного размера (тысячи километров) для сбора нужного количества топлива. Масса таких экранов крайне велика даже при условии использования наиболее лёгких материалов, поэтому предлагается использовать для сбора вещества магнитные поля.

[править] Системы торможения Межзвездных Кораблей

Предложены несколько способов:

1. Торможение на внутренних источниках в ракетное

2. Торможение за счёт лазерного луча, присылаемого с Солнечной Системы.

3. Торможение магнитным полем с использованием Магнитного Паруса Зубрина на сверхпроводниках.

[править] Корабли поколений

Основная статья: Корабль поколений

Возможны также межзвёздные путешествия с использованием звездолётов, реализующих концепцию «кораблей поколений» (например, по типу колоний Ов™Нейла). В таких звездолётах создаётся и поддерживается замкнутая биосфера, способная поддерживать и воспроизводить себя в течение нескольких тысяч лет. Полёт происходит с небольшой скоростью и занимает очень долгое время, на протяжении которого успевают смениться многие поколения космонавтов.

[править] Опасности внешней среды

Эту проблему подробно рассмотрел Иван Корзников в статье "Реальности межзвездных полётов"^[17]. Столкновение с межзвездной пылью будет происходить на околосветовых скоростях и по физическому воздействию напоминать микровзрывы. При скоростях больше 0,1 С защитный экран должен иметь толщину десятки метров и массу сотни тысяч тонн. Но этот экран будет надёжно защищать только от межзвездной пыли. Столкновение с метеоритом будет иметь фатальные последствия. Иван Корзников приводит расчеты, что при скорости более 0,1 С космический корабль не успеет изменить траекторию полёта и избежать столкновения. Иван Корзников считает, что при субсветовой скорости космический корабль разрушится до достижения цели. По его мнению межзвездное путешествие возможно только при существенно меньших скоростях (до 0,01 С).

[править] Энергия и ресурсы

Для межзвездного полёта потребуются большие запасы энергии и ресурсов, которые придется везти с собой. Это одна из малоизученных проблем в межзвездной космонавтике.

Например, самый проработанный на сегодняшний день проект «Дедал» с импульсным термоядерным двигателем за полвека достиг бы звезды Барнарда (шесть световых лет), затратив 50 тысяч тонн термоядерного горючего (смесь дейтерия и гелия-3) и доставив к цели полезную массу в 4 тысячи тонн^[8].

[править] Сверхсветовое движение

Основная статья: Сверхсветовое движение

В научно-фантастических произведениях нередко упоминаются методы межзвёздных перелётов, основанные на перемещении в пространстве быстрее скорости света в вакууме. Хотя специальная теория относительности Эйнштейна говорит о невозможности такого перемещения, существует несколько теорий, говорящих о существовании возможности «обойти» это ограничение (например, за счёт использования так называемых «кротовых нор»).

[править] Примечания

в‘ Пентагон нацелился на звезды
в‘ DARPA Encourages Individuals and Organizations to Look to the Stars; Issues Call for Papers for 100 Year Starship Study Public Symposium
в‘ Полет к звездам все-таки состоится?
в‘ Project Daedalus - Origins
в‘ перевод А.Семенова. Заседание общества благородных джентельменов
в‘ Project Daedalus Study Group: A. Bond et al., Project Daedalus в The Final Report on the BIS Starship Study, JBIS Interstellar Studies, Supplement 1978
в‘ Звездолеты. Звездные двигатели
в‘ ¹ ² Учёные мечтают отправить к звёздам термоядерный «Икарус»
в‘ Цит. по: Колесников Ю. В. Вам строить звездолёты. М., 1990. С. 185. ISBN 5-08-000617-X.
в‘ Роберт Л. Форвард К звездам на острие луча
в‘ Ч. Дэнфорт Под парусом в протонном ветре
в‘ Эрик М. Джонс Корабль Дайсона
в‘ Физики "ускорили" двигатель на антиматерии до 70% от скорости света. РИА Новости (15 мая 2012). Проверено 16 мая 2012.
в‘ Физики поставили рекорд по времени хранения антиматерии. Lenta.ru (2 мая 2011). Проверено 16 мая 2012.
в‘ New and Improved Antimatter Spaceship for Mars Missions. NASA (2006). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 28 сентября 2009.
в‘ Reaching for the stars: Scientists examine using antimatter and fusion to propel future spacecraft. NASA (12 april 1999). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 21 августа 2008.
в‘ Иван Корзников. Реальности межзвездных полетов

[править] См. также

[править] Литература

Колесников Ю. В. Вам строить звездолёты. М., 1990. 207 с. ISBN 5-08-000617-X.

[править] Ссылки

Как защитить космических путешественников
Цвет растений на других планетах
Галактическая энциклопедия - 2. Помощь со звёзд Лекция о межзвездных полётах, об ускорении на 100 км/сек возле звезд
100 Year Starship Study Официальный сайт проекта «Через 100 лет к звёздам»

Это заготовка статьи о ракетной, ракетно-космической технике или космическом аппарате. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

[0] в‘ Пентагон нацелился на звезды

[1] в‘ DARPA Encourages Individuals and Organizations to Look to the Stars; Issues Call for Papers for 100 Year Starship Study Public Symposium

[2] в‘ Полет к звездам все-таки состоится?

[3] в‘ Project Daedalus - Origins

[4] в‘ перевод А.Семенова. Заседание общества благородных джентельменов

[study-5] в‘ Project Daedalus Study Group: A. Bond et al., Project Daedalus в The Final Report on the BIS Starship Study, JBIS Interstellar Studies, Supplement 1978

[6] в‘ Звездолеты. Звездные двигатели

[autogenerated1-7] в‘ ¹ ² Учёные мечтают отправить к звёздам термоядерный «Икарус»

[8] в‘ Цит. по: Колесников Ю. В. Вам строить звездолёты. М., 1990. С. 185. ISBN 5-08-000617-X.

[9] в‘ Роберт Л. Форвард К звездам на острие луча

[10] в‘ Ч. Дэнфорт Под парусом в протонном ветре

[11] в‘ Эрик М. Джонс Корабль Дайсона

[rian1-12] в‘ Физики "ускорили" двигатель на антиматерии до 70% от скорости света. РИА Новости (15 мая 2012). Проверено 16 мая 2012.

[antiH-13] в‘ Физики поставили рекорд по времени хранения антиматерии. Lenta.ru (2 мая 2011). Проверено 16 мая 2012.

[14] в‘ New and Improved Antimatter Spaceship for Mars Missions. NASA (2006). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 28 сентября 2009.

[15] в‘ Reaching for the stars: Scientists examine using antimatter and fusion to propel future spacecraft. NASA (12 april 1999). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 21 августа 2008.

[16] в‘ Иван Корзников. Реальности межзвездных полетов

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

Межзвёздный полёт

Содержание

[править] Пригодность различных типов двигателей для межзвездных полётов

[править] Проекты межзвездных экспедиций

[править] Проекты звездолётов-ракет

[править] Проект «Орион»

[править] Проект «Дедал»

[править] Проекты звездолётов, движителем которых является давление электромагнитных волн.

[править] Аннигиляционные двигатели

[править] Прямоточные двигатели, работающие на межзвёздном водороде

[править] Системы торможения Межзвездных Кораблей

[править] Корабли поколений

[править] Опасности внешней среды

[править] Энергия и ресурсы

[править] Сверхсветовое движение

[править] Примечания

[править] См. также

[править] Литература

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках