L'éclat froid des étoiles est particulièrement beau dans le ciel d'hiver. A cette époque, les étoiles et les constellations les plus brillantes deviennent visibles: Orion, Pléiades, Grand Chien avec l'éblouissant Sirius…
Il y a un quart de siècle, sept adjudants de l'Académie navale posaient une question inhabituelle: à quel point l'humanité moderne est-elle proche des étoiles ? La recherche a abouti à un rapport détaillé connu sous le nom de Project Longshot (Long Range Shot). Un concept d'engin interstellaire automatique capable d'atteindre les étoiles les plus proches en un temps raisonnable. Pas de millénaires de vol et de "navires de générations" ! La sonde devrait atteindre les environs d'Alpha Centauri dans les 100 ans suivant son lancement dans l'espace.
Hyperespace, gravité, antimatière et fusées photoniques… Non ! La principale caractéristique du projet est sa dépendance aux technologies existantes. Selon les développeurs, le design Longshot permet de construire un vaisseau spatial dès la première moitié du 21ème siècle !
Cent ans de vol avec les technologies existantes. Une audace inouïe, compte tenu de l'échelle des distances cosmiques. Entre le Soleil et Alpha Centauri se trouve un "abîme noir" de 4, 36 sv de large. de l'année. Plus de 40 000 milliards kilomètres ! La signification monstrueuse de ce chiffre apparaît clairement dans l'exemple suivant.
Si nous réduisons la taille du Soleil à la taille d'une balle de tennis, alors tout le système solaire s'adaptera à la Place Rouge. La taille de la Terre à l'échelle sélectionnée diminuera jusqu'à la taille d'un grain de sable, tandis que la "balle de tennis" la plus proche - Alpha Centauri - se trouvera sur la place Saint-Marc à Venise.
Un vol vers Alpha Centauri à bord d'une navette conventionnelle ou d'un vaisseau spatial Soyouz prendrait 190 000 ans.
Un diagnostic terrible sonne comme une phrase. Sommes-nous condamnés à nous asseoir sur notre « grain de sable », sans avoir la moindre chance d'atteindre les étoiles ? Dans les magazines de vulgarisation scientifique, des calculs prouvent qu'il est impossible d'accélérer un vaisseau spatial à des vitesses proches de la lumière. Cela nécessitera de "brûler" toute la matière du système solaire.
Et pourtant il y a une chance ! Le projet Longshot a prouvé que les étoiles sont beaucoup plus proches que nous ne pouvons l'imaginer.
Sur la coque du Voyager se trouve une plaque avec une carte du pulsar indiquant l'emplacement du Soleil dans la Galaxie, ainsi que des informations détaillées sur les habitants de la Terre. On s'attend à ce que les extraterrestres trouvent un jour cette « hache de pierre » et viennent nous rendre visite. Mais, si l'on se souvient des particularités du comportement de toutes les civilisations technologiques sur Terre et de l'histoire des conquêtes de l'Amérique par les conquistadors, on ne peut pas compter sur des "contacts pacifiques"…
La mission de l'expédition
Accédez au système Alpha Centauri dans cent ans.
Contrairement à d'autres "vaisseaux spatiaux" ("Daedalus"), le projet "Longshot" impliquait d'entrer dans l'orbite du système stellaire (Alpha et Beta Centauri). Cela compliquait considérablement la tâche et allongeait le temps de vol, mais permettrait une étude détaillée du voisinage d'étoiles lointaines (contrairement au Dédale, qui se serait précipité devant la cible en une journée et aurait disparu sans laisser de trace dans les profondeurs de l'espace).
Le vol durera 100 ans. Encore 4, 36 ans seront nécessaires pour transférer les informations sur Terre.
Alpha Centauri comparé au système solaire
Les astronomes fondent de grands espoirs sur le projet - en cas de succès, ils disposeront d'un instrument fantastique pour mesurer les parallaxes (distances par rapport aux autres étoiles) avec une base de 4, 36 sv. de l'année.
Un vol centenaire dans la nuit ne se passera pas non plus sans but: l'appareil étudiera le milieu interstellaire et élargira notre connaissance des limites extérieures du système solaire.
Tiré vers les étoiles
Le principal et unique problème des voyages spatiaux, ce sont les distances colossales. Après avoir résolu ce problème, nous allons résoudre tout le reste. La réduction du temps de vol éliminera le problème d'une source d'énergie à long terme et d'une grande fiabilité des systèmes du navire. Le problème de la présence d'une personne à bord sera résolu. Le vol court rend inutiles les systèmes de survie complexes et les gigantesques approvisionnements en nourriture/eau/air à bord.
Mais ce sont des rêves lointains. Dans ce cas, il est nécessaire de livrer une sonde sans pilote aux étoiles d'ici un siècle. Nous ne savons pas comment casser le continuum espace-temps, il n'y a donc qu'une seule issue: augmenter la vitesse sol du "vaisseau".
Comme le calcul l'a montré, un vol vers Alpha Centauri dans 100 ans nécessite une vitesse d'au moins 4,5% de la vitesse de la lumière. 13500 km/s.
Il n'y a pas d'interdictions fondamentales qui permettent aux corps du macrocosme de se déplacer à la vitesse indiquée, néanmoins, sa valeur est monstrueusement grande. A titre de comparaison: la vitesse du plus rapide des engins spatiaux (sonde "New Horizons") après avoir éteint l'étage supérieur n'était "que" de 16,26 km/s (58636 km/h) par rapport à la Terre.
Vaisseau de concept Longshot
Comment accélérer un vaisseau interstellaire à des vitesses de milliers de km/s ? La réponse est évidente: vous avez besoin d'un moteur à forte poussée avec une impulsion spécifique d'au moins 1 000 000 de secondes.
L'impulsion spécifique est un indicateur de l'efficacité d'un moteur à réaction. Dépend du poids moléculaire, de la température et de la pression du gaz dans la chambre de combustion. Plus la différence de pression dans la chambre de combustion et dans l'environnement extérieur est grande, plus la vitesse de sortie du fluide de travail est grande. Et, par conséquent, l'efficacité du moteur est plus élevée.
Les meilleurs exemples de moteurs à réaction électriques (ERE) modernes ont une impulsion spécifique de 10 000 s; à une vitesse de sortie des faisceaux de particules chargées - jusqu'à 100 000 km / s. La consommation du fluide de travail (xénon/krypton) est de quelques milligrammes par seconde. Le moteur ronronne doucement tout au long du vol, accélérant lentement l'engin.
Les EJE séduisent par leur relative simplicité, leur faible coût et leur potentiel pour atteindre des vitesses élevées (des dizaines de km / s), mais en raison de la faible valeur de poussée (moins d'un Newton), l'accélération peut prendre des dizaines d'années.
Une autre chose est les moteurs de fusée chimiques, sur lesquels repose toute la cosmonautique moderne. Ils ont une poussée énorme (des dizaines et des centaines de tonnes), mais l'impulsion spécifique maximale d'un moteur-fusée à ergols liquides à trois composants (lithium / hydrogène / fluor) n'est que de 542 s, avec une vitesse de sortie des gaz d'un peu plus de 5 km. / s. C'est la limite.
Les fusées à propergol liquide permettent d'augmenter la vitesse de l'engin spatial de plusieurs km/s en peu de temps, mais elles ne sont pas capables de plus. Le vaisseau spatial aura besoin d'un moteur basé sur différents principes physiques.
Les créateurs de "Longshot" ont envisagé plusieurs manières exotiques, incl. "Voile légère", accélérée par un laser d'une puissance de 3, 5 térawatts (la méthode a été reconnue comme infaisable).
À ce jour, le seul moyen réaliste d'atteindre les étoiles est un moteur nucléaire pulsé (thermonucléaire). Le principe de fonctionnement est basé sur la fusion thermonucléaire laser (LTS), bien étudiée en conditions de laboratoire. Concentration d'une grande quantité d'énergie dans de petits volumes de matière en un court laps de temps (<10 ^ -10 … 10 ^ -9 s) avec confinement plasma inertiel.
Dans le cas de Longshot, il n'est pas question de réaction stable de fusion thermonucléaire contrôlée: un confinement plasma à long terme n'est pas nécessaire. Pour créer une poussée de jet, le caillot à haute température qui en résulte doit être immédiatement « poussé » par le champ magnétique par-dessus bord du navire.
Le combustible est un mélange hélium-3 / deutérium. L'approvisionnement en carburant requis pour un vol interstellaire sera de 264 tonnes.
De la même manière, il est prévu d'atteindre une efficacité sans précédent: dans les calculs, la valeur de l'impulsion spécifique est de 1,02 mln.secondes !
Comme principale source d'énergie pour alimenter les systèmes du navire - lasers pulsés du moteur, systèmes de contrôle d'attitude, communications et instruments scientifiques - un réacteur conventionnel basé sur des assemblages combustibles à l'uranium a été choisi. La puissance électrique de l'installation doit être d'au moins 300 kW (la puissance thermique est presque un ordre de grandeur plus élevée).
Du point de vue de la technologie moderne, la création d'un réacteur qui ne nécessite pas de recharge pendant un siècle entier n'est pas facile, mais possible dans la pratique. Déjà maintenant, sur les navires de guerre, des systèmes nucléaires sont utilisés, dont le noyau a une durée de vie proportionnelle à la durée de vie des navires (30-50 ans). La puissance est également en ordre de marche - par exemple, l'installation nucléaire OK-650 installée sur les sous-marins nucléaires de la marine russe a une capacité thermique de 190 mégawatts et est capable de fournir de l'électricité à une ville entière de 50 000 habitants !
De telles installations sont excessivement puissantes pour l'espace. Cela nécessite une compacité et un respect précis des caractéristiques spécifiées. Par exemple, le 10 juillet 1987, Kosmos-1867 a été lancé - un satellite soviétique avec l'installation nucléaire de Yenisei (masse du satellite - 1,5 tonne, puissance thermique du réacteur - 150 kW, puissance électrique - 6, 6 kW, durée de vie - 11 mois).
Cela signifie que le réacteur de 300 kW utilisé dans le projet Longshot est une question d'avenir proche. Les ingénieurs eux-mêmes ont calculé que la masse d'un tel réacteur serait d'environ 6 tonnes.
En fait, c'est là que la physique se termine et que les paroles commencent.
Problèmes de voyage interstellaire
Pour contrôler la sonde, un complexe informatique embarqué doté de l'intelligence artificielle sera nécessaire. Dans des conditions où le temps de transmission du signal est supérieur à 4 ans, un contrôle efficace de la sonde depuis le sol est impossible.
Dans le domaine de la microélectronique et de la création de dispositifs de recherche, des changements à grande échelle ont eu lieu récemment. Il est peu probable que les créateurs de Longshot en 1987 aient eu la moindre idée des capacités des ordinateurs modernes. On peut considérer que ce problème technique a été résolu avec succès au cours du dernier quart de siècle.
La situation des systèmes de communication semble tout aussi optimiste. Pour une transmission fiable des informations à une distance de 4, 36 sv. année nécessitera un système de lasers fonctionnant dans la vallée de l'onde de 0,532 microns et avec une puissance de rayonnement de 250 kW. Dans ce cas, pour chaque carré. mètre de la surface de la Terre tombera de 222 photons par seconde, ce qui est bien supérieur au seuil de sensibilité des radiotélescopes modernes. Le taux de transfert d'informations à partir de la distance maximale sera de 1 kbps. Les radiotélescopes modernes et les systèmes de communication spatiale sont capables d'étendre plusieurs fois le canal d'échange de données.
A titre de comparaison: la puissance d'émission de la sonde Voyager 1, qui est actuellement à une distance de 19 milliards de km du Soleil (17,5 heures-lumière), n'est que de 23 W - comme une ampoule dans votre réfrigérateur. Cependant, cela suffit amplement pour une transmission télémétrique vers la Terre à un débit de plusieurs kbit/s.
Une ligne distincte est la question de la thermorégulation du navire.
Un réacteur nucléaire d'une classe de mégawatts et un moteur thermonucléaire pulsé sont des sources d'une quantité colossale d'énergie thermique. De plus, dans le vide, il n'y a que deux moyens d'évacuer la chaleur - l'ablation et le rayonnement.
La solution peut être d'installer un système avancé de radiateurs et de surfaces rayonnantes, ainsi qu'un tampon en céramique d'isolation thermique entre le compartiment moteur et les réservoirs de carburant du navire.
Au stade initial du voyage, le navire aura besoin d'un bouclier de protection supplémentaire contre le rayonnement solaire (similaire à celui utilisé sur la station orbitale Skylab). Dans la zone de la cible finale - en orbite de l'étoile Beta Centauri - il y aura également un risque de surchauffe de la sonde. Une isolation thermique des équipements et un système de transfert de chaleur excédentaire de tous les blocs et instruments scientifiques importants vers des radiateurs rayonnants sont nécessaires.
Un graphique de l'accélération du navire au fil du temps
Graphique montrant le changement de vitesse
La question de la protection de l'engin spatial contre les micrométéorites et les particules de poussière cosmiques est extrêmement difficile. A une vitesse de 4,5% de la vitesse de la lumière, toute collision avec un objet microscopique peut sérieusement endommager la sonde. Les créateurs de "Longshot" proposent de résoudre le problème en installant un puissant bouclier de protection à l'avant du navire (métal ? Céramique ?), qui était en même temps un radiateur d'excès de chaleur.
Quelle est la fiabilité de cette protection ? Et est-il possible d'utiliser des systèmes de protection de science-fiction sous forme de champs de force/magnétique ou de « nuages » de particules microdispersées retenues par un champ magnétique à l'avant du navire ? Espérons qu'au moment où le vaisseau spatial sera créé, les ingénieurs trouveront une solution adéquate.
Quant à la sonde elle-même, elle aura traditionnellement un agencement à plusieurs étages avec des réservoirs amovibles. Matériau de fabrication des structures de coque - alliages aluminium/titane. La masse totale du vaisseau spatial assemblé en orbite terrestre basse sera de 396 tonnes, avec une longueur maximale de 65 mètres.
A titre de comparaison: la masse de la Station spatiale internationale est de 417 tonnes pour une longueur de 109 mètres.
1) Configuration de lancement en orbite terrestre basse.
2) 33ème année de vol, séparation de la première paire de réservoirs.
3) 67e année de vol, séparation de la deuxième paire de réservoirs.
4) 100e année de vol - arrivée à la cible à une vitesse de 15-30 km / s.
Séparation du dernier étage, entrée en orbite permanente autour de Beta Centauri.
Comme l'ISS, le Longshot peut être assemblé par la méthode des blocs en orbite terrestre basse. Les dimensions réalistes du vaisseau spatial permettent d'utiliser des lanceurs existants dans le processus d'assemblage (à titre de comparaison, le puissant Saturn-V peut transporter une charge de 120 tonnes à LEO à la fois !)
Il faut tenir compte du fait que le lancement d'un moteur thermonucléaire pulsé en orbite proche de la Terre est trop risqué et imprudent. Le projet Longshot prévoyait la présence de boosters supplémentaires (moteurs-fusées chimiques à propergol liquide) pour gagner les deuxième et troisième vitesses cosmiques et retirer l'engin spatial du plan de l'écliptique (le système Alpha Centauri est situé à 61° au-dessus du plan de rotation de la Terre autour du Soleil). Aussi, il est possible qu'à cet effet une manœuvre dans le champ gravitationnel de Jupiter soit justifiée - comme des sondes spatiales qui ont réussi à s'échapper du plan de l'écliptique, en utilisant une accélération "libre" au voisinage de la planète géante.
Épilogue
Toutes les technologies et composants d'un hypothétique vaisseau interstellaire existent dans la réalité.
Le poids et les dimensions de la sonde Longshot correspondent aux capacités de la cosmonautique moderne.
Si nous commençons à travailler aujourd'hui, il est fort probable que d'ici le milieu du XXIIe siècle, nos heureux arrière-petits-enfants verront de près les premières images du système Alpha Centauri.
Le progrès a une direction irréversible: la vie de tous les jours continue de nous émerveiller avec de nouvelles inventions et découvertes. Il est possible que dans 10 à 20 ans, toutes les technologies décrites ci-dessus nous apparaissent sous la forme d'échantillons de travail réalisés à un nouveau niveau technologique.
Et pourtant, le chemin vers les étoiles est trop loin pour qu'il soit logique d'en parler sérieusement.
Le lecteur attentif a probablement déjà attiré l'attention sur le problème clé du projet Longshot. Hélium-3.
Où se procurer cent tonnes de cette substance, si la production annuelle d'hélium-3 n'est que de 60 000 litres (8 kilogrammes) par an à un prix pouvant aller jusqu'à 2 000 $ le litre ?! De braves auteurs de science-fiction placent leurs espoirs dans la production d'hélium-3 sur la Lune et dans l'atmosphère des planètes géantes, mais personne ne peut donner de garanties à ce sujet.
Des doutes subsistent sur la possibilité de stocker un tel volume de carburant et son approvisionnement dosé sous forme de « comprimés » congelés nécessaires à l'alimentation d'un moteur thermonucléaire pulsé. Cependant, à l'image du principe même de fonctionnement du moteur: ce qui fonctionne plus ou moins en conditions de laboratoire sur Terre est encore loin d'être utilisé dans l'espace.
Enfin, la fiabilité sans précédent de tous les systèmes de sondes. Les participants au projet Longshot écrivent directement à ce sujet: la création d'un moteur qui peut fonctionner pendant 100 ans sans s'arrêter et des réparations majeures sera une incroyable avancée technique. Il en va de même pour tous les autres systèmes et mécanismes de sonde.
Cependant, vous ne devriez pas désespérer. Dans l'histoire de l'astronautique, il existe des exemples de fiabilité sans précédent des engins spatiaux. Pionniers 6, 7, 8, 10, 11, ainsi que Voyagers 1 et 2 - tous ont travaillé dans l'espace pendant plus de 30 ans !
L'histoire avec les propulseurs à hydrazine (moteurs de contrôle d'attitude) de ces engins spatiaux est révélatrice. Voyager 1 est passé à un kit de rechange en 2004. À cette époque, le groupe principal de moteurs avait fonctionné en open space pendant 27 ans, ayant résisté à 353 000 démarrages. Il est à noter que les catalyseurs du moteur ont été chauffés en continu jusqu'à 300°C pendant tout ce temps !
Aujourd'hui, 37 ans après leur lancement, les deux Voyager poursuivent leur vol insensé. Ils ont depuis longtemps quitté l'héliosphère, mais continuent de transmettre régulièrement des données sur le milieu interstellaire à la Terre.
Tout système qui dépend de la fiabilité humaine n'est pas fiable. Cependant, il faut le reconnaître: en matière de fiabilité des engins spatiaux, nous avons réussi à obtenir certains succès.
Toutes les technologies nécessaires à la mise en œuvre de "l'expédition des étoiles" ont cessé d'être des fantasmes de scientifiques qui abusent des cannabinoïdes et ont été incorporées sous la forme de brevets clairs et d'échantillons de technologie. En laboratoire - mais ils existent !
La conception conceptuelle du vaisseau spatial interstellaire Longshot a prouvé que nous avons une chance de nous échapper dans les étoiles. Il y a beaucoup de difficultés à surmonter sur ce chemin épineux. Mais l'essentiel est que le vecteur de développement soit connu et que la confiance en soi soit apparue.
Plus d'informations sur le projet Longshot peuvent être trouvées ici:
Pour l'initiation de l'intérêt pour ce sujet, j'exprime ma gratitude à "Postman".
