Waar de zonnewind achteruit gaat liggen en de eeuwigheid naast ons staat … Wat wacht hen die de heliopauze konden doorbreken en het licht van verre sterren konden aanraken? De spookachtige gloed van Kuipergordeldeeltjes. Tientallen jaren vliegen zonder de mogelijkheid om defecte eenheden te vervangen. Pogingen om communicatie met de aarde tot stand te brengen vanaf een afstand van 200 astronomische eenheden.
Zal het met moderne technologieën mogelijk zijn om zulke verre grenzen te verleggen? Met een dag vertraging vliegen naar waar de radiosignalen vandaan komen? Zelfs licht maakt plaats voor een enorme afstand, maar de menselijke geest gaat vooruit.
Spring door het daglicht
30 miljard kilometer. 70 jaar vliegen met bestaande boventrappen met vloeibare stuwstofmotoren. Moderne interplanetaire stations zijn niet ontworpen voor dergelijke expedities. Na drie tot vier decennia sterft de radio-isotoopbatterij. De voorraad hydrazine in de AMC-oriëntatiemotoren raakt op. De communicatie wordt verbroken en de sonde, die voor altijd in slaap is gevallen, lost op in eindeloze ruimte.
Tot op heden is de mensheid erin geslaagd zes "sterrenschepen" te bouwen die de derde kosmische snelheid hebben overschreden en het zonnestelsel voor altijd hebben verlaten.
Hier zijn de namen van de helden.
Automatische interplanetaire stations van de Pioneer-serie genummerd 10 en 11. Gelanceerd in 1972-73. De "pioniers" bereikten het gebied van de buitenste planeten en stuurden voor het eerst foto's en wetenschappelijke gegevens uit de buurt van Jupiter en Saturnus naar de aarde. Nadat ze een manoeuvre hadden gemaakt in het zwaartekrachtveld van de reuzenplaneten, verlieten ze voor altijd het eclipticagebied en gingen ze een ongelijke strijd aan met ruimte en tijd.
De communicatie met Pioneer 11 werd onderbroken in 1995, toen het al ver buiten de baan van Pluto was. Inmiddels is de sonde 90 AU van de zon verwijderd. en vervolgt zijn weg naar het sterrenbeeld Schild.
Zijn tweelingbroer duurde precies dertig jaar in de ruimte: de nieuwste wetenschappelijke gegevens van Pioneer 10 werden in 2002 naar de aarde verzonden. Volgens berekeningen had het in 2012 100 AU moeten zijn. van de zon. Een sonde die voor altijd in slaap is gevallen met een gouden plaat aan boord vliegt richting Alpha Taurus. Geschatte aankomsttijd - 2.000.000 na Chr.
De volgende helden zijn deelnemers aan de adembenemende Voyager-missie, de grootste expeditie ooit gemaakt op interplanetaire vluchten. In 1977 gingen twee sondes de weg op in de hoop de nabijheid van alle buitenplaneten te bezoeken. De belangrijkste Voyager-missie eindigde in volledige triomf: de sondes bestudeerden Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, hun ringen en 48 satellieten van de reuzenplaneten vanaf het flyby-traject. Op het moment van het passeren van de bovenste wolkenlaag van Neptunus, na 12 jaar vliegen en 4 miljard km afgelegde afstand, was de afwijking van Voyager 2 van het berekende traject een ongelooflijke 200 meter!
Vandaag, 37 jaar na hun lancering, zetten ze hun reis voort in de interstellaire oceaan, weg van de aarde op een afstand van 107 en 130 AE. De vertraging van het radiosignaal van het Voyager 1-bord is 17 uur 36 minuten. Het zendvermogen is slechts 26 watt, maar de signalen bereiken nog steeds de aarde.
De geheugencapaciteit van de Voyager boordcomputer is 100 keer minder dan die van een moderne mp3-speler. De unieke retro-apparatuur zet zijn werk voort, door de wervelwinden van elektromagnetische stormen en tientallen jaren werk in de open ruimte. Er zijn nog enkele liters kostbaar hydrazine in de tanks en het vermogen van de radio-isotopengenerator bereikt nog steeds 270 watt. Al buiten de baan van Neptunus slaagden NASA-programmeurs erin om de boordcomputer van Voyager te "reflashen": nu zijn de sondegegevens gecodeerd met een zeer veilige dubbele Reed-Solomon-code (vreemd genoeg is een dergelijke code tijdens de lancering van Voyagers nog niet praktijk gebruikt). Aan het begin van de nieuwe eeuw schakelden de sondes over op een back-upset van attitudecontrole-engines (de hoofdset had tegen die tijd 353 duizend correcties uitgevoerd), maar het is elke dag moeilijker voor de zonnesensor om zijn zwakke licht te vinden tegen de achtergrond van duizenden heldere sterren. Er dreigt verlies van oriëntatie en verlies van communicatie met de aarde.
In de zomer van 2012 registreerde de apparatuur van de Voyager 1 een scherpe daling in de intensiteit van geladen deeltjes van de zonnewind - de sonde stak de grens van het zonnestelsel over en kwam uit de heliosfeer. Nu worden de signalen van de sonde vervormd door een nieuw, nooit eerder opgenomen geluid - het plasma van het interstellaire medium.
Voor het negende jaar duikt het automatische station "New Horizons", gelanceerd in januari 2006, de ruimte op. Het doel van de missie is Pluto, over wiens uiterlijk we bijna niets weten. Geschatte aankomsttijd op de bestemming - 14 juli 2015. Negen en een half jaar vliegen - en slechts drie dagen voor een goede kennismaking met de meest verre planeet.
New Horizons verliet de baan nabij de aarde met de hoogste snelheid van alle ruimtevaartuigen - 16, 26 km / s ten opzichte van de aarde of 45 km / s ten opzichte van de zon, waardoor New Horizons automatisch een ruimteschip werd.
Naar verwachting zal de sonde na de passage van Pluto zijn werk in de open ruimte voortzetten tot het midden van het volgende decennium, nadat hij zich tegen die tijd met 50-55 AU van de zon heeft teruggetrokken. De kortere missieduur in vergelijking met Voyagers is te wijten aan de korte duur van de radio-isotoop "batterij" -werking - tegen de zomer van 2015 zal de vermogensafgifte van RTG's slechts 174 watt zijn.
Iets achter de "New Horizons" vliegt een ander opmerkelijk object - een boventrap met vaste stuwstof ATK STAR-48B. De derde fase van het Atlas-5-lanceervoertuig, die de New Horizons-sonde naar zijn vertrektraject naar Pluto bracht, kreeg ook heliocentrische snelheid en zal nu zeker de grenzen van het zonnestelsel verlaten. Samen met haar zullen om dezelfde reden twee balanceergewichten naar de sterren vliegen. De tweede trap (bovenste trap "Centaurus") bleef in een heliocentrische baan met een omlooptijd van 2,83 jaar.
Volgens berekeningen zal STAR-48B in oktober 2015 200 miljoen km van Pluto passeren en dan voor altijd verdwijnen in de diepten van de ruimte.
De schepen vallen in slaap en de tijd verliest voor hen betekenis. Over honderdduizenden, misschien wel miljoenen jaren zullen al deze door de mens gemaakte objecten de sterren bereiken. Maar wetenschappers zijn geïnteresseerd in de mogelijkheid om OPERATIONEEL ruimtevaartuig te creëren dat in staat is om gedurende een langere periode in de interstellaire ruimte te blijven werken, waarbij het zich op een afstand van honderden astronomische eenheden van de zon verwijdert.
TAU-project
TAU (duizend astronomische eenheden). Het concept uit 1987, waarbij een geautomatiseerd station op een afstand van 1/60 lichtjaar van de zon werd gestuurd. De geschatte reistijd is 50 jaar. Het doel van de expeditie: constructie van een grandioze afstandsmeter met een basis van 1000 AU, zeer nauwkeurige meting van afstanden tot sterren, ook die buiten ons melkwegstelsel. Secundaire taken: studie van de heliopauze-regio, oplossing van het probleem van ultra-langeafstandscommunicatie in de ruimte, verificatie van de postulaten van de relativiteitstheorie.
De voeding van de sonde is een kleine kernreactor met een thermisch vermogen van 1 MW. Ionenmotor met een levensduur van 10 jaar. De auteurs van het TAU-project gingen uitsluitend uit van de toen bestaande technologieën.
Momenteel is het meest gedetailleerde en haalbare project van een interstellaire expeditie de Innovative Interstellar Explorer. Een compacte sonde met 35 kg wetenschappelijke apparatuur aan boord en uitgerust met drie RTG's en een ruimtecommunicatiesysteem dat in staat is om stabiele communicatie met de aarde te bieden vanaf een afstand van 200 AU.
Versnelling met behulp van een conventionele raketversneller op chemische brandstof, zwaartekrachtmanoeuvre in de buurt van Jupiter en ionenmotoren, waarbij de werkvloeistof xenon is. Alle drie deze technologieën bestaan en zijn in de praktijk goed bewezen.
Marcherende ionenmotor van de Deep Space-1-sonde
Een ionenmotor heeft twee dingen nodig: een werkvloeistof (gas) en enkele kilowatts elektriciteit. Door het verwaarloosbare verbruik van het werkmedium kan de ionenmotor tien jaar ononderbroken werken. Helaas is zijn stuwkracht ook verwaarloosbaar - tienden van Newton. Dit is absoluut onvoldoende voor een lancering vanaf het aardoppervlak, maar in gewichtloosheid, als gevolg van continue langdurige werking en hoge specifieke impuls, is een dergelijke motor in staat om de sonde te versnellen tot hoge snelheden.
In de Innovative Interstellar Explorer-missie hopen wetenschappers met behulp van drie versnellingsmethoden de sonde te versnellen tot een snelheid van 35-40 km / s (meer dan 4 AU per jaar). Dit is extreem hoog volgens de normen van de moderne kosmonauten (Voyager 1 heeft een record van 17 km / s), maar het is in de praktijk heel goed mogelijk met moderne elektrische voortstuwingsmotoren en krachtige radio-isotopen-energiegeneratoren.
Onderzoek in het kader van het Innovtive Interstellar Explorer-programma wordt sinds 2003 uitgevoerd door NASA-specialisten. Aanvankelijk werd aangenomen dat de sonde in 2014 zou worden gelanceerd en zijn doel (200 AU van de zon verplaatsen) in 2044 zou bereiken.
Helaas werd het dichtstbijzijnde startvenster gemist. Het interstellaire sondeprogramma is geen prioriteitsprogramma voor NASA (in tegenstelling tot de meer realistische Marsrovers, interplanetaire stations en de Webb-ruimtetelescoop in aanbouw).
Gunstige omstandigheden voor het lanceren van een interstellaire sonde worden elke 12 jaar herhaald (vanwege de noodzaak om een manoeuvre uit te voeren in het zwaartekrachtveld van Jupiter). De volgende keer dat het "venster" opengaat in 2026, is het verre van dat deze kans zal worden gebruikt voor het beoogde doel. Misschien wordt er in 2038 iets besloten, maar het concept van Innovative Interstellar Explorer zal tegen die tijd waarschijnlijk oneindig achterhaald zijn.
Ingenieurs werken al aan elektrothermische plasmaversnellers (VASIMR), magnetoplasma-dynamische motoren en een Hall-motor. Deze variaties van de elektrische raketmotor hebben ook een hoge specifieke impuls, vergelijkbaar met beats. imp. ionen stuwraketten, maar ze zijn in staat om een orde van grootte meer stuwkracht te ontwikkelen - d.w.z. het schip in een kortere tijd versnellen tot de opgegeven snelheden.
