Silau dingin bintang-bintang sangat indah di langit musim dingin. Pada saat ini, bintang dan rasi bintang paling terang menjadi terlihat: Orion, Pleiades, Anjing Besar dengan Sirius yang mempesona …
Seperempat abad yang lalu, tujuh petugas dari Akademi Angkatan Laut mengajukan pertanyaan yang tidak biasa: seberapa dekat manusia modern dengan bintang-bintang? Penelitian tersebut menghasilkan laporan rinci yang dikenal sebagai Project Longshot (Long Range Shot). Konsep pesawat antarbintang otomatis yang mampu mencapai bintang terdekat dalam waktu yang wajar. Tidak ada ribuan tahun penerbangan dan "kapal generasi"! Probe harus mencapai sekitar Alpha Centauri dalam waktu 100 tahun dari saat peluncurannya ke luar angkasa.
Hyperspace, gravitasi, antimateri dan roket fotonik … Tidak! Fitur utama dari proyek ini adalah ketergantungannya pada teknologi yang ada. Menurut pengembang, desain Longshot memungkinkan untuk membangun pesawat ruang angkasa yang sudah ada di paruh pertama abad ke-21!
Seratus tahun penerbangan dengan teknologi yang ada. Keberanian yang belum pernah terdengar, mengingat skala jarak kosmik. Di antara Matahari dan Alpha Centauri terletak "jurang hitam" selebar 4, 36 sv. di tahun ini. Lebih dari 40 triliun kilometer! Arti mengerikan dari angka ini menjadi jelas dalam contoh berikut.
Jika kita memperkecil ukuran Matahari hingga seukuran bola tenis, maka seluruh tata surya akan muat di Lapangan Merah. Ukuran Bumi dalam skala yang dipilih akan berkurang seukuran sebutir pasir, sedangkan "bola tenis" terdekat - Alpha Centauri - akan terletak di Lapangan St. Mark di Venesia.
Penerbangan ke Alpha Centauri dengan pesawat ulang-alik konvensional atau Soyuz akan memakan waktu 190.000 tahun.
Diagnosis yang mengerikan terdengar seperti sebuah kalimat. Apakah kita ditakdirkan untuk duduk di "butir pasir" kita, tidak memiliki kesempatan sedikit pun untuk mencapai bintang? Di majalah sains populer, ada perhitungan yang membuktikan bahwa tidak mungkin untuk mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan mendekati cahaya. Ini akan membutuhkan "membakar" semua materi di tata surya.
Dan masih ada kesempatan! Proyek Longshot telah membuktikan bahwa bintang-bintang jauh lebih dekat daripada yang dapat kita bayangkan.
Di lambung Voyager adalah piring dengan peta pulsar yang menunjukkan lokasi Matahari di Galaksi, serta informasi terperinci tentang penghuni Bumi. Diharapkan alien suatu hari nanti akan menemukan "kapak batu" ini dan datang mengunjungi kita. Tetapi, jika kita mengingat kekhasan perilaku semua peradaban teknologi di Bumi dan sejarah penaklukan Amerika oleh para penakluk, kita tidak dapat mengandalkan "kontak damai" …
Misi ekspedisi
Dapatkan ke sistem Alpha Centauri dalam seratus tahun.
Tidak seperti "kapal luar angkasa" lainnya ("Daedalus"), proyek "Longshot" melibatkan memasuki orbit sistem bintang (Alpha dan Beta Centauri). Ini secara signifikan memperumit tugas dan memperpanjang waktu penerbangan, tetapi akan memungkinkan studi rinci tentang sekitar bintang jauh (tidak seperti Daedalus, yang akan bergegas melewati target dalam sehari dan menghilang tanpa jejak di kedalaman ruang).
Penerbangan akan memakan waktu 100 tahun. 4, 36 tahun lagi akan diperlukan untuk mentransfer informasi ke Bumi.
Alpha Centauri Dibandingkan dengan Tata Surya
Para astronom menaruh harapan besar pada proyek ini - jika berhasil, mereka akan memiliki instrumen yang fantastis untuk mengukur paralaks (jarak ke bintang lain) dengan basis 4, 36 sv. di tahun ini.
Penerbangan berusia seabad sepanjang malam juga tidak akan berlalu tanpa tujuan: perangkat akan mempelajari medium antarbintang dan akan memperluas pengetahuan kita tentang batas luar tata surya.
Ditembak ke bintang
Masalah utama dan satu-satunya perjalanan ruang angkasa adalah jarak yang sangat jauh. Setelah memecahkan masalah ini, kami akan menyelesaikan sisanya. Mengurangi waktu penerbangan akan menghilangkan masalah sumber energi jangka panjang dan keandalan sistem kapal yang tinggi. Masalah dengan kehadiran seseorang di kapal akan terpecahkan. Penerbangan singkat membuat sistem pendukung kehidupan yang kompleks dan pasokan makanan / air / udara dalam jumlah besar tidak diperlukan.
Tapi ini adalah mimpi yang jauh. Dalam hal ini, perlu untuk mengirimkan probe tak berawak ke bintang-bintang dalam satu abad. Kami tidak tahu bagaimana memecahkan kontinum ruang-waktu, oleh karena itu hanya ada satu jalan keluar: untuk meningkatkan kecepatan gerak "kapal luar angkasa".
Seperti yang ditunjukkan perhitungan, penerbangan ke Alpha Centauri dalam 100 tahun membutuhkan kecepatan setidaknya 4,5% dari kecepatan cahaya. 13500 km/dtk.
Tidak ada larangan mendasar yang memungkinkan benda-benda di makrokosmos bergerak dengan kecepatan yang ditunjukkan, namun, nilainya sangat besar. Sebagai perbandingan: kecepatan pesawat ruang angkasa tercepat (penyelidikan "New Horizons") setelah mematikan tahap atas adalah "hanya" 16,26 km / s (58636 km / jam) dalam kaitannya dengan Bumi.
Kapal luar angkasa konsep longshot
Bagaimana cara mempercepat kapal antarbintang hingga kecepatan ribuan km/s? Jawabannya jelas: Anda memerlukan mesin dengan daya dorong tinggi dengan impuls spesifik setidaknya 1.000.000 detik.
Impuls spesifik merupakan indikator efisiensi mesin jet. Tergantung pada berat molekul, suhu dan tekanan gas di ruang bakar. Semakin besar perbedaan tekanan di ruang bakar dan di lingkungan eksternal, semakin besar kecepatan aliran keluar fluida kerja. Dan, oleh karena itu, efisiensi mesin lebih tinggi.
Contoh terbaik dari mesin jet listrik modern (ERE) memiliki impuls spesifik 10.000 s; pada kecepatan aliran keluar berkas partikel bermuatan - hingga 100.000 km / s. Konsumsi fluida kerja (xenon / kripton) adalah beberapa miligram per detik. Mesin berdengung pelan sepanjang penerbangan, perlahan-lahan mempercepat pesawat.
EJEs memikat dengan kesederhanaannya yang relatif, biaya rendah dan potensi untuk mencapai kecepatan tinggi (puluhan km / s), tetapi karena nilai dorong yang rendah (kurang dari satu Newton), akselerasi dapat memakan waktu puluhan tahun.
Hal lain adalah mesin roket kimia, tempat semua kosmonotika modern bersandar. Mereka memiliki daya dorong yang besar (puluhan dan ratusan ton), tetapi impuls spesifik maksimum dari mesin roket berbahan bakar cair tiga komponen (lithium / hidrogen / fluorin) hanya 542 s, dengan kecepatan aliran gas lebih dari 5 km. / S. Ini adalah batasnya.
Roket propelan cair memungkinkan untuk meningkatkan kecepatan pesawat ruang angkasa beberapa km / s dalam waktu singkat, tetapi mereka tidak mampu lebih. Kapal luar angkasa akan membutuhkan mesin berdasarkan prinsip fisik yang berbeda.
Pencipta "Longshot" telah mempertimbangkan beberapa cara eksotis, termasuk. "Layar ringan", dipercepat oleh laser dengan kekuatan 3, 5 terawatt (metode ini diakui tidak layak).
Sampai saat ini, satu-satunya cara realistis untuk mencapai bintang adalah mesin nuklir (termonuklir) berdenyut. Prinsip operasi didasarkan pada fusi termonuklir laser (LTS), dipelajari dengan baik dalam kondisi laboratorium. Konsentrasi sejumlah besar energi dalam volume kecil materi dalam waktu singkat (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) dengan kurungan plasma inersia.
Dalam kasus Longshot, tidak ada pertanyaan tentang reaksi stabil dari fusi termonuklir terkontrol: kurungan plasma jangka panjang tidak diperlukan. Untuk menciptakan daya dorong jet, gumpalan suhu tinggi yang dihasilkan harus segera "didorong" oleh medan magnet ke luar kapal.
Bahan bakarnya adalah campuran helium-3 / deuterium. Pasokan bahan bakar yang dibutuhkan untuk penerbangan antarbintang adalah 264 ton.
Dengan cara yang sama, direncanakan untuk mencapai efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya: dalam perhitungan, nilai impuls spesifik adalah 1,02 juta.detik!
Sebagai sumber energi utama untuk memberi daya pada sistem kapal - laser mesin berdenyut, sistem kontrol sikap, komunikasi dan instrumen ilmiah - reaktor konvensional berdasarkan rakitan bahan bakar uranium dipilih. Daya listrik instalasi harus setidaknya 300 kW (daya termal hampir urutan besarnya lebih tinggi).
Dari sudut pandang teknologi modern, tidak mudah untuk membuat reaktor yang tidak perlu diisi ulang selama satu abad penuh, tetapi mungkin dalam praktiknya. Sudah sekarang, di kapal perang, sistem nuklir digunakan, yang intinya memiliki masa pakai yang sepadan dengan masa pakai kapal (30-50 tahun). Kekuatannya juga dalam urutan lengkap - misalnya, instalasi nuklir OK-650 yang dipasang di kapal selam nuklir Angkatan Laut Rusia memiliki kapasitas termal 190 megawatt dan mampu menyediakan listrik ke seluruh kota dengan populasi 50.000 orang!
Instalasi semacam itu terlalu kuat untuk ruang. Ini membutuhkan kekompakan dan kepatuhan yang tepat dengan karakteristik yang ditentukan. Misalnya, pada 10 Juli 1987, Kosmos-1867 diluncurkan - satelit Soviet dengan instalasi nuklir Yenisei (massa satelit - 1,5 ton, daya termal reaktor - 150 kW, tenaga listrik - 6, 6 kW, masa pakai - 11 bulan).
Ini berarti bahwa reaktor 300 kW yang digunakan dalam proyek Longshot adalah masalah waktu dekat. Para insinyur sendiri menghitung bahwa massa reaktor semacam itu akan menjadi sekitar 6 ton.
Sebenarnya, di sinilah fisika berakhir dan lirik dimulai.
Masalah perjalanan antarbintang
Untuk mengontrol probe, sebuah kompleks komputer on-board dengan kecerdasan buatan akan diperlukan. Dalam kondisi di mana waktu transmisi sinyal lebih dari 4 tahun, kontrol probe yang efektif dari tanah tidak mungkin dilakukan.
Di bidang mikroelektronika dan pembuatan perangkat penelitian, perubahan besar-besaran telah terjadi baru-baru ini. Tidak mungkin pencipta Longshot pada tahun 1987 memiliki gagasan tentang kemampuan komputer modern. Dapat dianggap bahwa masalah teknis ini telah berhasil dipecahkan selama seperempat abad terakhir.
Situasi dengan sistem komunikasi terlihat sama optimisnya. Untuk transmisi informasi yang andal dari jarak 4, 36 sv. tahun akan membutuhkan sistem laser yang beroperasi di lembah gelombang 0,532 mikron dan dengan daya radiasi 250 kW. Dalam hal ini, untuk setiap kotak. meter dari permukaan bumi akan jatuh 222 foton per detik, yang jauh lebih tinggi dari ambang sensitivitas teleskop radio modern. Kecepatan transfer informasi dari jarak maksimum adalah 1 kbps. Teleskop radio modern dan sistem komunikasi ruang angkasa mampu memperluas saluran pertukaran data beberapa kali.
Sebagai perbandingan: daya pemancar probe Voyager 1, yang saat ini berada pada jarak 19 miliar km dari Matahari (17,5 jam cahaya), hanya 23 W - seperti bola lampu di lemari es Anda. Namun, ini cukup untuk transmisi telemetri ke Bumi dengan kecepatan beberapa kbit / s.
Garis terpisah adalah pertanyaan tentang termoregulasi kapal.
Reaktor nuklir kelas megawatt dan mesin termonuklir berdenyut adalah sumber energi panas dalam jumlah besar, apalagi, dalam ruang hampa hanya ada dua cara untuk menghilangkan panas - ablasi dan radiasi.
Solusinya mungkin dengan memasang sistem radiator canggih dan permukaan yang memancar, serta penyangga keramik penyekat panas antara kompartemen mesin dan tangki bahan bakar kapal.
Pada tahap awal perjalanan, kapal akan membutuhkan perisai pelindung tambahan dari radiasi matahari (mirip dengan yang digunakan di stasiun orbit Skylab). Di area target akhir - di orbit bintang Beta Centauri - juga akan ada bahaya probe yang terlalu panas. Diperlukan isolasi termal peralatan dan sistem untuk mentransfer panas berlebih dari semua blok penting dan instrumen ilmiah ke radiator yang memancar.
Grafik percepatan kapal terhadap waktu
Grafik yang menunjukkan perubahan kecepatan
Masalah melindungi pesawat ruang angkasa dari mikrometeorit dan partikel debu kosmik sangat sulit. Pada kecepatan 4,5% dari kecepatan cahaya, setiap tabrakan dengan objek mikroskopis dapat merusak probe secara serius. Pencipta "Longshot" mengusulkan untuk menyelesaikan masalah dengan memasang perisai pelindung yang kuat di bagian depan kapal (logam? Keramik?), Yang pada saat yang sama merupakan radiator kelebihan panas.
Seberapa andal perlindungan ini? Dan apakah mungkin menggunakan sistem proteksi sci-fi berupa gaya/medan magnet atau "awan" partikel microdispersed yang ditahan oleh medan magnet di depan kapal? Mari berharap pada saat kapal luar angkasa dibuat, para insinyur akan menemukan solusi yang memadai.
Adapun probe itu sendiri, secara tradisional akan memiliki pengaturan multistage dengan tangki yang dapat dilepas. Bahan pembuatan struktur lambung - paduan aluminium / titanium. Massa total pesawat ruang angkasa yang dirakit di orbit rendah bumi akan menjadi 396 ton, dengan panjang maksimum 65 meter.
Sebagai perbandingan: massa Stasiun Luar Angkasa Internasional adalah 417 ton dengan panjang 109 meter.
1) Luncurkan konfigurasi di orbit rendah bumi.
2) Tahun penerbangan ke-33, pemisahan pasangan tank pertama.
3) Tahun ke-67 penerbangan, pemisahan pasangan tank kedua.
4) Tahun ke-100 penerbangan - tiba di target dengan kecepatan 15-30 km / s.
Pemisahan tahap terakhir, memasuki orbit permanen di sekitar Beta Centauri.
Seperti ISS, Longshot dapat dirakit menggunakan metode blok di orbit rendah Bumi. Dimensi realistis dari pesawat ruang angkasa memungkinkan untuk menggunakan kendaraan peluncuran yang ada dalam proses perakitan (sebagai perbandingan, Saturn-V yang perkasa dapat membawa beban 120 ton ke LEO sekaligus!)
Harus diperhitungkan bahwa meluncurkan mesin termonuklir berdenyut di orbit dekat bumi terlalu berisiko dan ceroboh. Proyek Longshot menyediakan kehadiran blok penguat tambahan (mesin roket propelan cair kimia) untuk mendapatkan kecepatan kosmik kedua dan ketiga dan menarik pesawat ruang angkasa dari bidang ekliptika (sistem Alpha Centauri terletak 61 ° di atas bidang rotasi bumi mengelilingi matahari). Juga, ada kemungkinan bahwa untuk tujuan ini manuver di medan gravitasi Jupiter akan dibenarkan - seperti wahana antariksa yang berhasil melarikan diri dari bidang ekliptika, menggunakan percepatan "bebas" di sekitar planet raksasa itu.
Epilog
Semua teknologi dan komponen kapal antarbintang hipotetis ada dalam kenyataan.
Berat dan dimensi probe Longshot sesuai dengan kemampuan kosmonotika modern.
Jika kita mulai bekerja hari ini, kemungkinan besar pada pertengahan abad XXII cicit kita yang bahagia akan melihat gambar pertama sistem Alpha Centauri dari jarak dekat.
Kemajuan memiliki arah yang tidak dapat diubah: kehidupan setiap hari terus memukau kita dengan penemuan dan penemuan baru. Ada kemungkinan bahwa dalam 10-20 tahun semua teknologi yang dijelaskan di atas akan muncul di hadapan kita dalam bentuk sampel kerja yang dibuat pada tingkat teknologi baru.
Namun jalan menuju bintang terlalu jauh sehingga tidak masuk akal untuk membicarakannya dengan serius.
Pembaca yang penuh perhatian mungkin telah menarik perhatian pada masalah utama dari proyek Longshot. Helium-3.
Di mana mendapatkan seratus ton zat ini, jika produksi tahunan helium-3 hanya 60.000 liter (8 kilogram) per tahun dengan harga hingga $ 2.000 per liter?! Penulis fiksi ilmiah yang berani menaruh harapan mereka pada produksi helium-3 di Bulan dan di atmosfer planet-planet raksasa, tetapi tidak ada yang bisa memberikan jaminan apa pun tentang hal ini.
Ada keraguan tentang kemungkinan menyimpan volume bahan bakar seperti itu dan pasokannya dalam bentuk "tablet" beku yang diperlukan untuk menyalakan mesin termonuklir berdenyut. Namun, seperti prinsip pengoperasian mesin: apa yang kurang lebih berfungsi dalam kondisi laboratorium di Bumi masih jauh dari digunakan di luar angkasa.
Akhirnya, keandalan yang belum pernah terjadi sebelumnya dari semua sistem probe. Para peserta proyek Longshot menulis langsung tentang ini: penciptaan mesin yang dapat beroperasi selama 100 tahun tanpa henti dan perbaikan besar akan menjadi terobosan teknis yang luar biasa. Hal yang sama berlaku untuk semua sistem dan mekanisme probe lainnya.
Namun, Anda tidak boleh putus asa. Dalam sejarah astronotika, ada contoh keandalan pesawat ruang angkasa yang belum pernah terjadi sebelumnya. Perintis 6, 7, 8, 10, 11, serta Voyagers 1 dan 2 - semuanya telah bekerja di luar angkasa selama lebih dari 30 tahun!
Kisah dengan pendorong hidrazin (mesin kontrol sikap) dari pesawat ruang angkasa ini adalah indikasi. Voyager 1 beralih ke kit cadangan pada tahun 2004. Pada saat ini, set mesin utama telah bekerja di ruang terbuka selama 27 tahun, telah bertahan 353.000 start. Patut dicatat bahwa katalis mesin terus menerus dipanaskan hingga 300 ° C selama ini!
Hari ini, 37 tahun setelah peluncuran, kedua Voyager melanjutkan penerbangan gila mereka. Mereka telah lama meninggalkan heliosfer, tetapi terus secara teratur mengirimkan data pada media antarbintang ke Bumi.
Sistem apa pun yang bergantung pada keandalan manusia tidak dapat diandalkan. Namun, kita harus mengakui: dalam hal memastikan keandalan pesawat ruang angkasa, kita telah berhasil mencapai keberhasilan tertentu.
Semua teknologi yang diperlukan untuk implementasi "ekspedisi bintang" tidak lagi menjadi fantasi para ilmuwan yang menyalahgunakan cannabinoid, dan telah diwujudkan dalam bentuk paten yang jelas dan sampel teknologi yang berfungsi. Di laboratorium - tetapi mereka ada!
Desain konseptual dari pesawat ruang angkasa antarbintang Longshot membuktikan bahwa kita memiliki kesempatan untuk melarikan diri ke bintang-bintang. Ada banyak kesulitan yang harus diatasi di jalan berduri ini. Tetapi yang utama adalah bahwa vektor perkembangan diketahui, dan kepercayaan diri telah muncul.
Informasi lebih lanjut tentang proyek Longshot dapat ditemukan di sini:
Untuk inisiasi minat pada topik ini, saya mengucapkan terima kasih kepada "Tukang Pos".
