Сколько лететь до самой дальней звезды


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.

Источник: www.yaplakal.com

Доброго времени суток, дорогие читатели. Космос имеет практически безграничное пространство, существует ли край вселенной? Это до сих пор неизвестно. Астрономы с помощью самых мощных телескопов смогли заглянуть на миллиарды световых лет в прошлое. Но этого недостаточно, чтобы ответить на все интересующие вопросы о космосе. Сегодня мы постараемся разобраться — насколько большие расстояния в космическом пространстве в переводе на привычные нам временные интервалы.

Фото из интернета

Самая большая скорость, которую удалось достичь космическому аппарату созданному человеком — это 61 000 км/ч или 17 м/с. (третья космическая скорость), эту скорость сумел развить американский автоматический зонд "Вояджер-1", который уже больше 42 лет отдаляется от нашей планеты. С такой скоростью можно добраться от Москвы до Санкт-Петербурга всего за 37 секунд, только представьте. Теперь мы попробуем разобраться — сколько придется лететь на этой скорости до самых близких к нашей планете звезд. Кстати, именно третью космическую скорость придется развить любому аппарату, чтобы покинуть пределы нашей солнечной системы, преодолев силу притяжения нашей звезды.

Солнце, самая яркая для нас звезда, она и самая близкая. Смотря на него — мы видим, каким оно было 8 минут назад, поскольку свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Напомню, что скорость света — это пока самая быстрая величина. Даже с этой скоростью сигнал от Земли до зонда "Вояджер-1" доходит лишь спустя 19 часов. Но двигаться со скоростью света мы пока не научились, поэтому двигаясь 17 км/с, расстояние от Земли до Солнца мы преодолеем за 102 дня.

Картинка из интернета

Следующая по удаленности от нас звезда это Альфа Центавра, расстояние до которой в масштабах космоса очень маленькое, всего 4,4 световых года. На третьей космической мы долетим до звезды за 77 638 земных лет. Такие цифры даже в голове не укладываются. И это только ближайшая звезда. А в отдной только нашей галактике "Млечный Путь" находится до 400 млрд. звезд.

Фото из интернета

Расстояние до некоторых планет

Думаю дальше не стоит даже засматриваться, единственный выход это изобретать космические корабли, которые смогут развивать скорость света. Ну а пока разберемся сколько лететь до некоторых планет нашей солнечной системы. Например до Марса (в момент нахождения Земли точно между Солнцем и Красной планетой) долетим всего за 38 дней. До Сатурна сумеем долететь уже за 814 дней.


Также читайте мою статью: "Как открывают новую 9 планету". Ну а я благодарю вас за внимание, если вам понравилась статья, то ставьте палец вверх и подписывайтесь на канал.

Источник: zen.yandex.com

Ионный двигатель

Например, конструкторы ракет изучают возможность использования для космических полетов ионных двигателей. Еще с 1950-х годов. И упоминания об этой технологии часто встречается в произведениях научной фантастики. И на практике ее уже тоже применяли.

Deep Space-1 — первый космический аппарат, использовавший ионный двигатель в качестве основной силовой установки. Вместо кучи огня, создаваемой обыкновенными ракетами, ионный двигатель излучает лишь жуткое голубое свечение. Оно возникает тогда, когда электрически заряженные атомы ксенона выталкиваются из двигателя. Ксенон — это тот же газ, что применяется в лампах накаливания. Такой процесс создает некоторую тягу. Ионы улетают в космос со скоростью около 110 тысяч километров в час. Но Deep Space 1 двигался не так быстро. Потому что он был намного тяжелее, чем ионы.


Поэтому получаемая тяга очень невелика. Ее можно сравнить с ощущением от бумажного листа, падающего на ладонь. И с помощью такой технологии быстро разогнаться не получится. Ионные двигатели — это для терпеливых.

Однако если спешить некуда, то эта технология Вам подойдет. Расчеты и эксперименты показывают, что за одни сутки такая тяга может увеличить скорость космического корабля на 25-32 км в час. К концу миссии Deep Space-1 ионный двигатель увеличил его скорость на 11 000 километров в час.

Используя подобную технологию, половины скорости света можно достичь примерно за 4900 лет. Для путешествия к Альфе Центавра половину пути корабль будет разгоняться. А вторую половину — замедляться.

Технология ионных двигателей позволит нам долететь до Марса за 270 дней!

Ждите нас, звезды

Однако эти разработки буксуют по многим причинам. Ионные двигатели весьма сложны по своей конструкции. И для сколько-нибудь значимых экспедиций потребуется колоссальный запас рабочего тела.

Но унывать не стоит. Есть еще проекты ракетных двигателей, работа которых основана на ядерной энергии. И по теоретическим расчетам, скорость истекания рабочего тела в ядерных двигателях может достигать 20% скорости света! Или даже выше. На таких скоростях полет к Альфе Центавра займет менее 25 лет!


А это, согласитесь, практически миг в масштабах Вселенной…

Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!

И заходите на наш сайтЖивой Космос!

Источник: zen.yandex.ru

Недавно посмотрел несколько фантастических фильмов о межзвёздных и межпланетных путешествиях и это навело меня на некоторые мысли практического плана о том, насколько, вообще, это возможно и как может выглядеть в цифрах. Естественно, всё на основе современной физической теории — без всяких "гиперпространств" и червоточин пространственно-временного континуума.

1) про специальную теорию относительности и релятивистский эффект замедления времени

Предположим, что мы научимся строить космические корабли, которые смогут путешествовать со скоростями, близкими к скорости света. Естественно, мы захотим отправиться в путешествия к ближайшим звёздам. В соответствии с релятивистским эффектом замедления времени оно должно замедлиться на столь быстром космическом корабле. Расстояние до ближайшей звезды чуть больше 4 световых лет. Для простоты расчётов предполагаем, что корабль разгоняется до скорости света мгновенно. Тогда время на корабле должно замедлиться по такой формуле.


всего лишь 3 дня.

Неожиданно, данный эффект в определённом смысле заметен и при обычных путешествиях на Земле :). Правда он выражается немного по-другому. Все часы на Земле синхронизированы и скорости ничтожно малы по сравнению со скоростью света. Эффекта замедления времени на часах путешественника не наблюдается, но зато у путешественника создаётся ощущение "растянутого времени" — как будто за те же 2 недели, что и дома, прошло гораздо больше времени: месяц или несколько (из-за того, что в них вместилось больше впечатлений). Аналогично, он проявляется и в течение жизни обычного человека: субъективно кажется, что в детстве время тянется медленней, чем в старости (видимо, тоже из-за большего количества разнообразных впечатлений в детстве).

2) про расстояния во Вселенной

В радиусе 17 световых лет от Солнца расположено больше 50 звёздных систем (звёзд — более 70, так как много двойных и тройных звёзд). Допустим, что при грамотном планировании маршрута среднее расстояние от звезды до звезды будет не больше радиуса этого шарика (17 световых лет).


гда общее расстояние, которое надо будет преодолеть для их облёта, составляет 850 световых лет. При скорости 99,9999% скорости света это займёт 438 дней по летосчислению корабля и 850 лет по земному летосчислению. То есть путешественник за пару лет своей жизни может сделать такое путешествие (даже особо больших запасов еды и прочего делать не надо), но вернётся он совсем на другую землю.

Диаметр нашей галактики Млечный Путь — 100 000 световых лет (нам, кстати, повезло: живём не в самом центре, но и не на окраине — 26 000 световых лет до центра). Количество звёзд — 300 миллиардов. Ближайшая к нам приличная галактика — Туманность Андромеды. Расстояние до нас — 2,5 млн световых лет. Она немного больше нашей галактики.

Расстояния же во всей Вселенной измеряются миллиардами световых лет. То есть пока мы не придумаем, как можно перемещаться быстрее скорости света (в соотвествии с текущей физической теорией — это невозможно), наш удел — сотня ближайшх звёзд, до которых мы будем добираться минимум один или два десятка (а скорее одну или две сотни) лет по земному летосчислению (плюс ещё столько же на получение сигнала оттуда или возврат).

3) про время разгона до скорости света

Следующая мысль совсем простая: сколько времени займёт разгон до скорости света при удобоваримом для человека ускорении? Человек спокойно выдерживает нагрузку в 1g (живёт и работает при ней каждый день). Может выдержать и больше, но будет трудно находиться под ней длительное время. g = 9,8 м/с^2, скорость света = 300 000 000 м/с. Делим одно на другое и получаем 30 612 245 секунд или 354 дня, то есть чуть меньше земного года.


Удивительное совпадение: ускорение свободного падения на земле, выраженное в "звёздных" единицах измерения, примерно равно 1 световому году делённому на квадрат периода обращения Земли вокруг Солнца. То есть g = 9,81 м/с^2 = 1 св. год/год^2. Эти величины совершенно не обязаны совпадать и не совпадают для всех остальных планет в Солнечной Системе. Если бы я был Богом, то при создании Вселенной шутил примерно похожим образом 🙂

4) про практическую реализацию и ядерные исследования

Насколько мы далеки от достижения этих скоростей? Самый быстрый космический корабль (это Вояджер-1, кстати, запущенный в далёком 1977г.) сейчас летит со скоростью 17 км/с, а нужно в 18 тысяч раз больше — 300 000 км/с. Удельная энергия, выделяемая при сгорании существующего химического топлива такова, что достигнутая скорость почти предельная. И физика процесса такова, что с ростом скорости стартовый вес увеличивается экспоненциально. Грубо говоря, для старта на низкую околоземную орбиту соотношения стартового веса к полезной нагрузке — 16, для высокой околоземной орбиты — 64, для посадки на Луну — 256, для посадки на Луну и возврат — 1 000 (оценка из этой статьи про МКА "Орион").

Видимо, единственный вариантом топлива выделяющим достаточное удельное количество энергии является ядерное или термоядерное топливо. То есть корабль будет лететь или на непрерывно идущей ядерной реакции или отталкиваясь от периодических ядерных взрывов (импульсный вариант). В своё время американцы прорабатывали проект "Орион" (английская статья подетальней и с табличками) в различных вариантах — более или менее массивных и, соответственно, быстрых. Самый быстрый теоретически должен был достигать 10 000 км/с. При предположении, что использование термоядерной энергии повысило бы эффективность ещё в 3 раза (то есть до 10% скорости света), путешествие до ближайшей звезды заняло бы около 50 лет.

Следующим по удельной эффективности процессом, видимо, является аннигиляция вещества и антивещества, но это вопрос совсем уж теоретический, так как пока нет возможности получать или добывать и хранить антивещество в сколь-нибудь значимом количестве.

5) про межпланетные путешествия

Допустим, людям всё же удастся создать космический корабль с ядерным двигателем, который будет ускоряться с ускорением g и достигать пиковой скорости 3% от скорости света. Сколько тогда займут полёты до различных тел Солнечной Системы (схема полёта: половину времени разгоняемся, половину тормозим):
Луна — 450 000 км (на существующем корабле — 80 часов ("Аполлон-15"), на "ядерном" — 4 часа, максимальная скорость — 66 км/с, 0,02% от скорости света)
Марс — от 50 до 800 млн км (на существующем корабле можно лететь только не по самой короткой траектории и это займёт около 6 месяцев (примерно так), на "ядерном" — от 2 до 7 суток с пиковой скоростью от 700 до 2 800 км/с, то есть от 0,2% до 0,9% скорости света)
Венера — от 40 до 500 млн км (на существующем корабле можно лететь только не по самой короткой траектории и это займёт около 6 месяцев ("Венера-экспресс"), на "ядерном" — от 1,5 до 5 суток с пиковой скоростью от 600 до 2 100 км/с, то есть от 0,2% до 0,7% скорости света)
Юпитер — 800 млн км (на существующем корабле — 1 год ("Новые горизонты"), на "ядерном" — 7 суток, максимальная скорость — 2 800 км/с, 0,9% от скорости света)
Плутон — 7 200 млн км (на существующем корабле — 9 лет ("Новые горизонты"), на "ядерном" — 20 суток, максимальная скорость — 8 400 км/с, 2,8% от скорости света)

То есть на потенциальном двигателе с ядерной тягой можно будет исследовать и колонизировать Солнечную Систему. Если удастся продвинуться в термоядерных реакциях, то, хоть и за очень длительное время (40-100 лет) можно будет добраться до ближайших звёзд. Создание двигателя на аннигиляции вещества и антивещества сделает возможными путешествия к ближайшим звёздам в радиусе 100 световых лет. Таких звёзд не так уж мало — например, в НАСА'вской БД Nstars в радиусе 80 световых лет таких звёзд больше 2 500 тысяч. По земному летосчислению полёт в одну сторону до этих планет будет длиться немного дольше, чем расстояние до звезды в световых годах.
И никаких путешествий по нашей галактике и уж тем более до ближайшей галактики не будет, пока человечество принципиально не продвинется в фундаментальной физике (если это вообще возможно).

Вот такая фантастика.

Источник: cafard.livejournal.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.