Gdzie wiatr słoneczny gaśnie za rufą, a wieczność stoi obok nas… Co czeka tych, którym udało się przebić przez heliopauzę i dotknąć światła odległych gwiazd? Upiorny blask cząstek pasa Kuipera. Dziesięciolecia lotu bez możliwości zastąpienia niesprawnych jednostek. Próby nawiązania komunikacji z Ziemią z odległości 200 jednostek astronomicznych.
Czy dzięki nowoczesnym technologiom uda się przekroczyć tak odległe granice? Leć tam, skąd nadchodzą sygnały radiowe z jednodniowym opóźnieniem? Nawet światło ustępuje na ogromną odległość, ale ludzki umysł idzie do przodu.
Przeskocz przez światło dzienne
30 miliardów kilometrów. 70 lat lotu z wykorzystaniem istniejących górnych stopni z silnikami na paliwo ciekłe. Nowoczesne stacje międzyplanetarne nie są przystosowane do takich wypraw. Po trzech do czterech dekad bateria radioizotopowa ginie. Wyczerpuje się zapas hydrazyny w silnikach orientacyjnych AMC. Komunikacja zostaje przerwana, a sonda, która na zawsze zasnęła, rozpływa się w nieskończonej przestrzeni.
Do tej pory ludzkości udało się zbudować sześć „statków kosmicznych”, które przekroczyły trzecią prędkość kosmiczną i na zawsze opuściły Układ Słoneczny.
Oto imiona bohaterów.
Automatyczne stacje międzyplanetarne serii Pioneer o numerach 10 i 11. Uruchomione w latach 1972-73. „Pionierzy” dotarli w rejon planet zewnętrznych, po raz pierwszy przesyłając na Ziemię zdjęcia i dane naukowe z okolic Jowisza i Saturna. Dokonawszy manewru w polu grawitacyjnym gigantycznych planet, opuścili na zawsze obszar ekliptyki i weszli w nierówną walkę z przestrzenią i czasem.
Komunikacja z Pioneer 11 została przerwana w 1995 roku, kiedy znajdował się już daleko poza orbitą Plutona. Do tej pory sonda oddaliła się od Słońca o 90 ja. i kontynuuje swoją drogę w kierunku konstelacji Tarczy.
Jego bliźniak przetrwał dokładnie trzydzieści lat w kosmosie: najnowsze dane naukowe z Pioneer 10 zostały przesłane na Ziemię w 2002 roku. Według wyliczeń w 2012 r. miało to być 100 AU. ze słońca. Sonda, która zasnęła na zawsze ze złotą płytką na pokładzie, leci w kierunku Alpha Taurus. Szacowany czas przybycia - 2 000 000 n.e.
Kolejni bohaterowie to uczestnicy oszałamiającej misji Voyager, największej jak dotąd wyprawy na loty międzyplanetarne. Dwie sondy wyruszyły w drogę w 1977 roku z nadzieją odwiedzenia okolic wszystkich planet zewnętrznych. Główna misja Voyagera zakończyła się całkowitym triumfem: sondy zbadały Jowisza, Saturna, Urana, Neptuna, ich pierścienie i 48 satelitów gigantycznych planet z trajektorii przelotu. W momencie przechodzenia nad górną warstwą chmur Neptuna, po 12 latach lotu i przebyciu 4 miliardów km, odchylenie Voyagera 2 od obliczonej trajektorii wynosiło niewiarygodne 200 metrów!
Dziś, 37 lat po wystrzeleniu, kontynuują swoją podróż w oceanie międzygwiazdowym, oddalając się od Ziemi na odległość 107 i 130 AU. Opóźnienie sygnału radiowego z tablicy Voyager 1 wynosi 17 godzin 36 minut. Moc nadajnika to tylko 26 watów, ale jego sygnały wciąż docierają do ziemi.
Pojemność pamięci komputera pokładowego Voyager jest 100 razy mniejsza niż w nowoczesnym odtwarzaczu mp3. Unikalny sprzęt retro kontynuuje swoją pracę, poprzez wiry burz elektromagnetycznych i dziesięciolecia pracy na otwartej przestrzeni. W zbiornikach pozostało kilka litrów drogocennej hydrazyny, a moc generatora radioizotopów wciąż sięga 270 watów. Już poza orbitą Neptuna programistom NASA udało się „przeflashować” komputer pokładowy Voyagera: teraz dane z sondy są zakodowane bardzo bezpiecznym podwójnym kodem Reed-Solomon (co ciekawe, podczas startu Voyagerów takiego kodu jeszcze nie było stosowane w praktyce). Na początku nowego stulecia sondy przeszły na zapasowy zestaw silników kontrolujących położenie (główny zestaw wykonał do tego czasu 353 tys. poprawek), ale z każdym dniem trudniej jest czujnikowi Słońca znaleźć jego słabe światło. tło tysięcy jasnych gwiazd. Istnieje groźba utraty orientacji i utraty komunikacji z Ziemią.
Latem 2012 roku sprzęt Voyagera 1 zarejestrował gwałtowny spadek intensywności naładowanych cząstek wiatru słonecznego - sonda przekroczyła granicę Układu Słonecznego, wydostając się z heliosfery. Teraz sygnały sondy są zniekształcone przez nowy, nigdy wcześniej nie rejestrowany dźwięk - plazmę ośrodka międzygwiazdowego.
Już dziewiąty rok wynurza się z kosmosu automatyczna stacja „Nowe Horyzonty”, uruchomiona w styczniu 2006 r. Celem misji jest Pluton, o którego wyglądzie prawie nic nie wiemy. Przewidywany czas przybycia do miejsca docelowego - 14 lipca 2015 r. Dziewięć i pół roku lotu - i tylko trzy dni na bliską znajomość z najdalszą planetą.
New Horizons opuścił orbitę okołoziemską z największą prędkością spośród wszystkich statków kosmicznych – 16, 26 km/s względem Ziemi lub 45 km/s względem Słońca, co automatycznie uczyniło New Horizons statkiem kosmicznym.
Oczekuje się, że po przejściu Plutona sonda będzie kontynuować pracę w otwartej przestrzeni do połowy następnej dekady, oddalając się do tego czasu od Słońca o 50-55 ja. Krótszy czas trwania misji w porównaniu z Voyagerami wynika z krótkiego czasu działania radioizotopowego „baterii” - do lata 2015 roku uwolnienie mocy RTG wyniesie tylko 174 waty.
Nieco za „Nowymi Horyzontami” leci kolejny niezwykły obiekt – górny stopień na paliwo stałe ATK STAR-48B. Trzeci etap rakiety Atlas-5, który sprowadził sondę New Horizons na trajektorię odlotu do Plutona, również zyskał prędkość heliocentryczną i teraz z pewnością opuści granice Układu Słonecznego. Razem z nią z tego samego powodu odlecą do gwiazd dwa balansujące ciężarki. Drugi stopień (górny stopień „Centaurus”) pozostawał na orbicie heliocentrycznej z okresem orbitalnym 2,83 roku.
Według obliczeń, w październiku 2015 roku STAR-48B przeleci 200 mln km od Plutona, a następnie zniknie na zawsze w kosmosie.
Statki zasną, a czas straci dla nich sens. Za setki tysięcy, może miliony lat wszystkie te stworzone przez człowieka obiekty dotrą do gwiazd. Naukowcy są jednak zainteresowani możliwością stworzenia statku kosmicznego OPERATING zdolnego do kontynuowania pracy w przestrzeni międzygwiazdowej przez dłuższy czas, oddalając się od Słońca na odległość setek jednostek astronomicznych.
Projekt TAU
TAU (Tysiąc jednostek astronomicznych). Koncepcja z 1987 roku, polegająca na wysłaniu zautomatyzowanej stacji na odległość 1/60 lat świetlnych od Słońca. Szacowany czas podróży to 50 lat. Cel wyprawy: budowa okazałego dalmierza z podstawą 1000 AU, precyzyjny pomiar odległości do gwiazd, także tych poza naszą galaktyką. Zadania poboczne: badanie rejonu heliopauzy, rozwiązanie problemu komunikacji w przestrzeni ultradużej, weryfikacja postulatów teorii względności.
Zasilanie sondy stanowi niewielki reaktor jądrowy o mocy cieplnej 1 MW. Silnik jonowy o 10-letniej żywotności. Autorzy projektu TAU oparli się wyłącznie na istniejących wówczas technologiach.
Obecnie najbardziej szczegółowym i wykonalnym projektem ekspedycji międzygwiezdnej jest Innowacyjny Eksplorator Międzygwiezdny. Kompaktowa sonda, przewożąca na pokładzie 35 kg sprzętu naukowego i wyposażona w trzy RTG oraz system komunikacji kosmicznej zdolny do zapewnienia stabilnej komunikacji z Ziemią z odległości 200 j.a.
Przyspieszenie za pomocą konwencjonalnego akceleratora rakietowego na paliwie chemicznym, manewr grawitacyjny w pobliżu Jowisza oraz pędniki jonowe, w których płynem roboczym jest ksenon. Wszystkie trzy z tych technologii istnieją i są dobrze sprawdzone w praktyce.
Maszerujący silnik jonowy sondy Deep Space-1
Silnik jonowy wymaga dwóch rzeczy: płynu roboczego (gazu) i kilku kilowatów energii elektrycznej. Ze względu na znikome zużycie czynnika roboczego silnik jonowy może pracować nieprzerwanie przez dziesięć lat. Niestety, jego pchnięcie jest również znikome - dziesiąte części Newtona. Jest to całkowicie niewystarczające do wystrzelenia z powierzchni Ziemi, ale w stanie nieważkości, ze względu na ciągłą długotrwałą pracę i wysoki impuls właściwy, taki silnik jest w stanie rozpędzać sondę do dużych prędkości.
W misji Innovative Interstellar Explorer, wykorzystującej trzy metody akceleracji, naukowcy mają nadzieję rozpędzić sondę do prędkości 35-40 km/s (ponad 4 AU rocznie). Jest to niezmiernie wysokie jak na standardy współczesnej kosmonautyki (Voyager 1 ma rekord 17 km/s), ale w praktyce jest to całkiem wykonalne przy użyciu nowoczesnych elektrycznych silników napędowych i wysokowydajnych generatorów energii radioizotopowej.
Badania w ramach programu Innovtive Interstellar Explorer prowadzone są przez specjalistów NASA od 2003 roku. Początkowo zakładano, że sonda zostanie wystrzelona w 2014 roku i osiągnie swój cel (przesunięcie 200 AU od Słońca) w 2044 roku.
Niestety, brakowało najbliższego okna startowego. Program sond międzygwiezdnych nie jest programem priorytetowym dla NASA (w przeciwieństwie do bardziej realistycznych łazików marsjańskich, stacji międzyplanetarnych i budowanego teleskopu kosmicznego Webba).
Korzystne warunki do wystrzelenia sondy międzygwiazdowej powtarzają się co 12 lat (ze względu na konieczność wykonania manewru w polu grawitacyjnym Jowisza). Następnym razem „okno” otworzy się w 2026 roku, ale dalekie jest od tego, by ta szansa została wykorzystana zgodnie z jej przeznaczeniem. Być może coś zostanie rozstrzygnięte do 2038 roku, ale koncepcja Innowacyjnego Międzygwiezdnego Odkrywcy prawdopodobnie będzie do tego czasu nieskończenie przestarzała.
Już teraz inżynierowie pracują nad akceleratorami plazmy elektrotermicznej (VASIMR), silnikami magnetoplazmowo-dynamicznymi i silnikiem Halla. Te odmiany elektrycznego silnika rakietowego mają również wysoki impuls właściwy, porównywalny z uderzeniami. chochlik. silniki jonowe, ale są w stanie rozwinąć o rząd wielkości większy ciąg - tj. przyspieszyć statek do określonych prędkości w krótszym czasie.