Wo der Sonnenwind achteraus erlischt und die Ewigkeit neben uns steht … Was erwartet diejenigen, die es geschafft haben, die Heliopause zu durchbrechen und das Licht ferner Sterne zu berühren? Das geisterhafte Leuchten von Kuipergürtelpartikeln. Jahrzehnte des Fluges ohne die Möglichkeit, ausgefallene Einheiten zu ersetzen. Versucht, aus einer Entfernung von 200 astronomischen Einheiten eine Verbindung mit der Erde herzustellen.
Wird es mit modernen Technologien möglich sein, so weit entfernte Grenzen zu überwinden? Mit einem Tag Verspätung dorthin fliegen, woher die Funksignale kommen? Sogar Licht weicht einer großen Entfernung, aber der menschliche Geist geht vorwärts.
Sprung durchs Tageslicht
30 Milliarden Kilometer. 70 Jahre Flugzeit mit bestehenden Oberstufen mit Flüssigtreibstoff-Triebwerken. Moderne interplanetare Stationen sind für solche Expeditionen nicht ausgelegt. Nach drei bis vier Jahrzehnten stirbt die Radioisotopenbatterie. Der Vorrat an Hydrazin in den AMC-Orientierungsmotoren geht zur Neige. Die Kommunikation wird unterbrochen und die für immer eingeschlafene Sonde löst sich im endlosen Raum auf.
Bis heute ist es der Menschheit gelungen, sechs "Raumschiffe" zu bauen, die die dritte kosmische Geschwindigkeit überschritten und das Sonnensystem für immer verlassen haben.
Hier sind die Namen der Helden.
Automatische interplanetare Stationen der Pioneer-Serie mit den Nummern 10 und 11. Gestartet 1972-73. Die "Pioniere" erreichten die Region der äußeren Planeten und übermittelten erstmals Fotos und wissenschaftliche Daten aus der Umgebung von Jupiter und Saturn zur Erde. Nach einem Manöver im Gravitationsfeld der Riesenplaneten verließen sie die Ekliptik für immer und traten in einen ungleichen Kampf mit Raum und Zeit ein.
Die Kommunikation mit Pioneer 11 wurde 1995 unterbrochen, als es sich bereits weit außerhalb der Umlaufbahn von Pluto befand. Inzwischen hat sich die Sonde um 90 AE von der Sonne entfernt. und setzt seinen Weg zum Sternbild des Schildes fort.
Sein Zwilling hielt genau dreißig Jahre im Weltraum: Die neuesten wissenschaftlichen Daten von Pioneer 10 wurden 2002 zur Erde übertragen. Berechnungen zufolge soll es 2012 bei 100 AE gelegen haben. von der Sonne. Eine für immer eingeschlafene Sonde mit einer goldenen Platte an Bord fliegt auf Alpha Taurus zu. Geschätzte Ankunftszeit - 2.000.000 n. Chr.
Die nächsten Helden sind Teilnehmer der überwältigenden Voyager-Mission, der größten Expedition, die jemals auf interplanetaren Flügen durchgeführt wurde. Zwei Sonden machten sich 1977 auf den Weg, um die Umgebung aller äußeren Planeten zu erkunden. Die Hauptmission der Voyager endete mit einem vollen Triumph: Die Sonden untersuchten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, ihre Ringe und 48 Satelliten der Riesenplaneten aus der Vorbeiflugbahn. Im Moment des Überfahrens der oberen Wolkenschicht von Neptun, nach 12 Jahren Flug und 4 Milliarden Kilometer zurückgelegter Strecke, betrug die Abweichung der Voyager 2 von der berechneten Flugbahn unglaubliche 200 Meter!
Heute, 37 Jahre nach ihrem Start, setzen sie ihre Reise im interstellaren Ozean fort und entfernen sich in einer Entfernung von 107 und 130 AE von der Erde. Die Verzögerung des Funksignals von der Voyager 1-Platine beträgt 17 Stunden 36 Minuten. Die Sendeleistung beträgt nur 26 Watt, aber seine Signale erreichen noch die Erde.
Die Speicherkapazität des Bordcomputers Voyager ist 100-mal geringer als die eines modernen MP3-Players. Die einzigartige Retro-Ausrüstung setzt ihre Arbeit fort, trotz der Wirbelstürme elektromagnetischer Stürme und jahrzehntelanger Arbeit im Freien. In den Tanks sind noch mehrere Liter kostbares Hydrazin, und die Leistung des Radioisotopen-Generators erreicht immer noch 270 Watt. Schon jenseits der Umlaufbahn von Neptun gelang es den NASA-Programmierern, den Bordcomputer der Voyager "neu zu flashen": Jetzt sind die Sondendaten mit einem hochsicheren doppelten Reed-Solomon-Code verschlüsselt (merkwürdigerweise gab es einen solchen Code beim Start von Voyagers noch nicht in der Praxis verwendet). Zu Beginn des neuen Jahrhunderts wechselten die Sonden zu einem Reservesatz von Lageregelungs-Engines (der Hauptsatz hatte bis zu diesem Zeitpunkt 353 Tausend Korrekturen vorgenommen), aber jeden Tag wird es für den Sonnensensor schwieriger, sein schwaches Licht gegen zu finden der Hintergrund von Tausenden von hellen Sternen. Es drohen Orientierungsverlust und der Verlust der Kommunikation mit der Erde.
Im Sommer 2012 registrierte die Ausrüstung von Voyager 1 einen starken Abfall der Intensität geladener Teilchen des Sonnenwinds - die Sonde überquerte die Grenze des Sonnensystems und verließ die Heliosphäre. Jetzt werden die Sondensignale durch einen neuen, nie aufgenommenen Ton verzerrt - das Plasma des interstellaren Mediums.
Bereits im neunten Jahr taucht die im Januar 2006 gestartete automatische Station "New Horizons" auf, deren Missionsziel Pluto ist, über dessen Aussehen wir fast nichts wissen. Voraussichtliche Ankunftszeit am Zielort - 14. Juli 2015. Neuneinhalb Jahre Flug – und nur drei Tage für eine enge Bekanntschaft mit dem am weitesten entfernten Planeten.
New Horizons verließ die erdnahe Umlaufbahn mit der höchsten Geschwindigkeit unter allen Raumfahrzeugen - 16, 26 km / s relativ zur Erde oder 45 km / s relativ zur Sonne, was New Horizons automatisch zu einem Raumschiff machte.
Es wird erwartet, dass die Sonde nach der Passage von Pluto ihre Arbeit im offenen Raum bis Mitte des nächsten Jahrzehnts fortsetzen wird, nachdem sie sich zu diesem Zeitpunkt um 50-55 AE von der Sonne zurückgezogen hat. Die kürzere Missionsdauer im Vergleich zu Voyagers ist auf die kurze Dauer des Radioisotopen-„Batterie“-Betriebs zurückzuführen – bis Sommer 2015 wird die Leistungsabgabe von RTGs nur noch 174 Watt betragen.
Etwas hinter der "New Horizons" fliegt ein weiteres bemerkenswertes Objekt - eine Festtreibstoff-Oberstufe ATK STAR-48B. Auch die dritte Stufe der Atlas-5-Trägerrakete, die die New Horizons-Sonde auf ihre Startbahn zum Pluto brachte, gewann heliozentrische Geschwindigkeit und wird nun mit Sicherheit die Grenzen des Sonnensystems verlassen. Zusammen mit ihr werden aus dem gleichen Grund zwei Ausgleichsgewichte zu den Sternen fliegen. Die zweite Stufe (Oberstufe "Centaurus") verblieb in einer heliozentrischen Umlaufbahn mit einer Umlaufzeit von 2,83 Jahren.
Berechnungen zufolge wird STAR-48B im Oktober 2015 200 Millionen Kilometer von Pluto entfernt und dann für immer in den Tiefen des Weltraums verschwinden.
Schiffe werden einschlafen und die Zeit verliert für sie an Bedeutung. In Hunderttausenden, vielleicht Millionen von Jahren werden all diese von Menschenhand geschaffenen Objekte die Sterne erreichen. Wissenschaftler sind jedoch an der Möglichkeit interessiert, betriebsfähige Raumfahrzeuge zu schaffen, die in der Lage sind, über einen längeren Zeitraum im interstellaren Raum zu arbeiten und sich in einer Entfernung von Hunderten von astronomischen Einheiten von der Sonne zu entfernen.
TAU-Projekt
TAU (Tausend astronomische Einheiten). Das Konzept von 1987, das darin bestand, eine automatisierte Station in einer Entfernung von 1/60 Lichtjahren von der Sonne zu senden. Die geschätzte Reisezeit beträgt 50 Jahre. Der Zweck der Expedition: der Bau eines grandiosen Entfernungsmessers mit einer Basis von 1000 AE, hochpräzise Messung von Entfernungen zu Sternen, auch außerhalb unserer Galaxie. Nebenaufgaben: Studium des Heliopause-Gebietes, Lösung des Problems der ultralangen Weltraumkommunikation, Überprüfung der Postulate der Relativitätstheorie.
Die Stromversorgung der Sonde ist ein kleiner Kernreaktor mit einer thermischen Leistung von 1 MW. Ionenmotor mit 10 Jahren Lebensdauer. Die Autoren des TAU-Projekts gingen ausschließlich von den damals vorhandenen Technologien aus.
Das derzeit detaillierteste und durchführbarste Projekt einer interstellaren Expedition ist der Innovative Interstellar Explorer. Eine kompakte Sonde, die 35 kg wissenschaftliche Ausrüstung an Bord trägt und mit drei RTGs und einem Weltraumkommunikationssystem ausgestattet ist, das eine stabile Kommunikation mit der Erde aus einer Entfernung von 200 AE ermöglicht.
Beschleunigung mit einem konventionellen Raketenbeschleuniger mit chemischem Treibstoff, Gravitationsmanöver in der Nähe des Jupiter und Ionentriebwerke, bei denen der Treibstoff Xenon ist. Alle drei dieser Technologien existieren und haben sich in der Praxis bestens bewährt.
Marschierendes Ionentriebwerk der Deep Space-1-Sonde
Ein Ionenmotor benötigt zwei Dinge: ein Arbeitsfluid (Gas) und mehrere Kilowatt Strom. Aufgrund des vernachlässigbaren Verbrauchs des Arbeitsmediums kann der Ionenmotor zehn Jahre ununterbrochen betrieben werden. Leider ist auch sein Schub vernachlässigbar - Zehntel Newton. Dies ist für einen Start von der Erdoberfläche völlig unzureichend, aber in der Schwerelosigkeit ist ein solches Triebwerk aufgrund des dauerhaften Langzeitbetriebs und des hohen spezifischen Impulses in der Lage, die Sonde auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
In der Mission Innovative Interstellar Explorer hoffen die Wissenschaftler, die Sonde mit drei Beschleunigungsmethoden auf eine Geschwindigkeit von 35-40 km / s (über 4 AE pro Jahr) zu beschleunigen. Dies ist für die Standards der modernen Kosmonautik extrem hoch (Voyager-1 hat einen Rekord von 17 km / s), ist jedoch in der Praxis mit modernen elektrischen Antriebsmotoren und leistungsstarken Radioisotopen-Energiegeneratoren durchaus machbar.
Die Forschung im Rahmen des Innovtive Interstellar Explorer-Programms wird seit 2003 von NASA-Spezialisten durchgeführt. Ursprünglich ging man davon aus, dass die Sonde 2014 gestartet wird und ihr Ziel (Entfernung in 200 AE Entfernung von der Sonne) 2044 erreicht.
Leider wurde das nächste Startfenster verpasst. Das interstellare Sondenprogramm ist kein vorrangiges Programm für die NASA (im Gegensatz zu den realistischeren Mars-Rovers, interplanetaren Stationen und dem im Bau befindlichen Webb-Weltraumteleskop).
Günstige Bedingungen für den Start einer interstellaren Sonde werden alle 12 Jahre wiederholt (wegen der Notwendigkeit, ein Manöver im Gravitationsfeld des Jupiter durchzuführen). Das nächste Mal öffnet sich das „Fenster“im Jahr 2026, aber es ist noch lange nicht so, dass diese Chance für den vorgesehenen Zweck genutzt wird. Vielleicht wird sich bis 2038 etwas entscheiden, aber das Konzept des Innovative Interstellar Explorer wird bis dahin wahrscheinlich unendlich veraltet sein.
Ingenieure arbeiten bereits an elektrothermischen Plasmabeschleunigern (VASIMR), magnetoplasma-dynamischen Motoren und einem Hall-Motor. Diese Variationen des elektrischen Raketenantriebs haben auch einen hohen spezifischen Impuls, vergleichbar mit Beats. imp. Ionentriebwerke, aber sie sind in der Lage, eine Größenordnung mehr Schub zu entwickeln - d.h. beschleunigen Sie das Schiff in kürzerer Zeit auf die angegebenen Geschwindigkeiten.
