Сколько лететь до пандоры
Забываем о Солнце и берем самую близкую к нашей системе звезду – часть тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксиму Центавра. Рассчитать сколько времени лететь до ближайшей звезды, даже зная, что расстояние до Проксимы от Земли составляет 4,24 светового года, мешает неизвестность.
Объясняем – вы привыкли, что дорога на работу из дома на авто у вас отнимает 1 час. Но что будет, если на маршруте случится пробка, авария, ретивый сотрудник ДПС? Время поездки увеличится в 1,5 и больше раз, и это всего на каких-то 25–30 км при средней скорости 60 км/час. Здесь же речь идет о световых годах – расстояниях, для преодоления которых свету при его скорости в вакууме 1 079 252 848 км/час требуются годы.
Вторая проблема – топливо. Если рассматривать существующие ракетные двигатели, то даже до ближайшей звезды лететь пока не стоит. При максимальной скорости тех же ионных двигателей в 56 000 км/час, даже если в дороге ничего не помешает, полет на Проксиму Центавра займет около 80 000 лет! Все остальные варианты двигателей можно разделить на три категории: еще медленней, не существуют, не предполагают существования достаточного количества топлива.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Местоположение в звёздной системе
В то время как наша планета Земля, является третьей планетой в звёздной системе. А Пандора всего лишь является спутником газового гиганта Полифема. Полифем второй из трех газовых гигантов в звёздной системе Альфы Центавра, вращающийся вокруг звезды Альфа Центавра А на том же расстоянии, что и Земля вокруг Солнца.
Полифем меньше и плотнее, чем Юпитер, так же он имеет четырнадцать спутников, среди которых обитаемое небесное тело, Пандора.
Атмосфера
Пандоре удаётся удерживать такую плотную атмосферу при малой массе потому, что она вращается между двух радиационных поясов Полифема, отражающих основную часть солнечного ветра, который в противном случае сдувал бы атомы верхних слоев атмосферы, и, в таком случае, если бы на Пандоре и возникла жизнь, она, скорее всего, оказалась бы микроскопической и никогда не развилась бы до подобных масштабов.
Благодаря этой необычной атмосфере, жизнь на Пандоре научилась приспосабливать под себя её положительные стороны и обходить отрицательные.
Например, огромное разнообразие летающих форм невероятных, с точки зрения землянина, размеров обеспечивается низкой гравитацией и большой плотностью воздуха, а мощнейшая корневая система большей части высоких растений — противодействием чудовищным порывам ветра, в противном случае сломавших или выдернувших бы их из земли.
Геология
Осадочные процессы на Пандоре происходят быстрее, и сила ветра существеннее — его влияние на ландшафт намного выше, поэтому нередки столовые горы и причудливые каменные образования, наподобие тех, что на Земле можно увидеть на Великих равнинах Северной Америки, а с каждым годом реки уносят к океану тысячи тонн осадочных материалов, формирующих богатые залежи известняковых пород. Рисунок островов постоянно меняется, гораздо активнее, чем на Земле, и жизнь то наступает на вновь образующуюся сушу, то отходит вглубь её, когда морские волны вновь идут на приступ.
Про уже известные космические объекты ученые часто узнают что-то новое — например, сюрпризом стало то, что на Тритоне, луне Нептуна, иногда идет голубой метановый снег. Но часто случается наоборот — Пандора, спутник Сатурна, долгое время считалась луной-пастухом колец планеты, но впоследствии лишилась своих лавров.
Характеристики Пандоры
Пандора — пятая по удалению от планеты луна Сатурна. Из-за ее приближенности к тонкому, отчужденному от общего массива кольцу F Сатурна, она почти с самого момента открытия считалась спутником-пастухом — луной, которая удерживает кольца в неизменном положении вокруг планеты силой своей гравитации. В итоге оказалось, что пасут, скорее, саму Пандору. Этому поспособствовали ее характеристики:
Прометей бросает тень на кольцо F
Особенности Пандоры
Изображение Пандоры в ложных цветах
Так как сила притяжения Пандоры в 1600 раз слабее притяжения Земли, человек на обычном мопеде может с разгону перелететь между лунами в момент их сближения. Правда, лететь ему придется почти сутки, да и приземлиться сразу не получится — если повезет не зависнуть на орбите и коснуться поверхности Прометея, спортсмен будет долго отскакивать от земли, словно резиновый мячик, пока не истратит весь импульс. От этих прыжков на спутнике будут оставаться глубокие следы — верхний слой Прометея, как и Пандоры, составляет мелкая и легкая пыль.
Но и поверхность самой Пандоры не менее примечательна. На детальных фото луны астрономы с удивлением обнаружили, что она вся усеяна не только привычной для безатмосферных космических тел пылью, но и обломками. Замело даже кратеры, которые выглядят из-за этого смазано и нечетко, словно небольшие пузыри на блине. Но зато на Пандоре куда больше, чем на Прометее и соседних лунах — самые крупные из них достигают диаметра 30 километров.
История исследования Пандоры
Первичный этап
Спутники Сатурна Прометей, Пандора и кольцо F.
Спутники пастухи кольца F Сатурна Пандора и Прометей
Возможные пригодные для жизни миры во Вселенной
Дотянуться до звезды
Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе — это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 светового года (1,3 парсека) от Земли. Альфа Центавра — это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 светового года от Земли — тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.
Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?
Современные методы
Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.
От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу — плюс можно использовать Юпитер или Сатурн как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.
Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.
Ионное движение
Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства — пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.
SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.
Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.
Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.
Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.
На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 светового года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.
Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 светового года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.
Гравитационный маневр
Самый быстрый способ космических путешествий — это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.
Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.
Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.
Электромагнитный двигатель EM Drive
Другой предложенный метод межзвездных путешествий — это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу
Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.
Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.
В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.
В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.
Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.
Ядерное тепловое и ядерное электрическое движение
Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет — использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.
Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.
По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.
Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.
И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.
Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.
Читайте также: