Tähtienvälinen luotain

Tähtienvälinen luotain  on avaruusluotain , joka tutkittuaan  aurinkokunnan ulkoalueita pystyy poistumaan siitä ja pääsemään tähtienväliseen avaruuteen (noin 122 AU :n päässä Auringosta), minkä jälkeen hypoteettisesti saavuttaa toisen tähtijärjestelmän .

Avaruusajan alkaessa ja varsinkin Pioneer-10- ja Pioneer-11-avaruusalusten onnistuneen laukaisun jälkeen 1970-luvulla termi "tähtienvälinen luotain" sai kirjallisen lisäksi myös tieteellisen merkityksen. XXI-luvun alun teknologiat, se tarkoittaa käytännössä paikallista tähtienvälistä avaruutta (jopa 0,01 kpl eli noin 2000 AU tai noin 10 valopäivää).

Olemassa olevat tähtienväliset luotaukset

2000-luvun alkuun mennessä ei ole luotu yhtään avaruusalusta, jonka suorana tarkoituksena olisi lentää lähimpään tähteen tai mihin tahansa muuhun tähtijärjestelmään. Viittä ajoneuvoa voidaan kuitenkin pitää tähtienvälisinä luotainina (kaikki USA:n käynnistämät):

• saavutti tähtienvälisen avaruuden: Voyager 1 (laukaistiin vuonna 1977, saapui tähtienväliseen avaruuteen vuonna 2012), Voyager 2 (laukaistiin vuonna 1977, saapui tähtienväliseen avaruuteen vuonna 2018), Pioneer 10 (1972) [1] ;
• ovat tähtienvälisillä radoilla: Pioneer 11 (1973) ja New Horizons (2006).

Toimivat laitteet

• Voyager 1 (1977 - nykyhetki )

NASA laukaisi sen 5. syyskuuta 1977. Se on kauimpana maapallosta ihmisen valmistama esine. Lokakuun 16. päivänä 2021 [2] [3] luotain oli yli 148 AU:n päässä. (yli 22 miljardia km) ja eteni nopeudella 16,95 km/s (3,58 AU vuodessa).

15. joulukuuta 2004 ollessaan 94 AU:n etäisyydellä. Auringosta, laite ylitti shokkiaallon [4] [5] .

25. elokuuta 2012 avaruusalus ylitti heliopaussin ja saapui tähtienväliseen avaruuteen .

Noin 300 vuoden kuluttua Voyager 1 saavuttaa Oort-pilven [6] [7] , jos sille ei tapahdu mitään , ja jättää sen 30 tuhannen vuoden kuluttua [8] .

• Voyager 2 (1977 - nykyhetki )

NASA laukaisi sen 20. elokuuta 1977. Lokakuun 16. 2021 mennessä luotain on siirtynyt yli 123 AU:ta Maasta. [9] (yli 18 miljardia km) ja eteni nopeudella 15,4 km/s (3,25 AU vuodessa).

Elokuussa 2007 ollessaan 84 AU:n etäisyydellä. Auringosta, laite ylitti shokkiaallon.

5. marraskuuta 2018 avaruusalus ylitti heliopaussin ja saapui tähtienväliseen avaruuteen [10] .

• " New Horizons" (2006 - nykyinen )

NASA laukaisi sen 19. tammikuuta 2006.

17. huhtikuuta 2021 laite saavutti 50 AU:ta. auringosta [11] .

Joulukuuhun 2038 mennessä [12] , kun radioisotooppienergialähde tuotetaan , avaruusalus kattaa vain 100 AU:n etäisyyden. ja näin ollen he eivät pysty "ulottamaan kätensä" heliopaussiin, kuten molemmat matkailijat tekivät aiemmin [13] .

Poistetut laitteet

• " Pioneeri 10 " (1972 - 2003)

NASA laukaisi sen 3. maaliskuuta 1972. 27. huhtikuuta 2002 (viimeinen onnistunut yritys hankkia telemetria ) luotain oli 80,22 AU:n etäisyydellä. Maasta (yli 12 miljardia km) ja siirtyi pois nopeudella 12 km/s (2,54 AU vuodessa).

Oletetaan, että Pioneer 10 jatkaa lentoaan ja suuntaa kohti Aldebarania (65 valovuoden päässä Maasta), jonka läheisyyteen pääsee noin 2 miljoonan vuoden kuluttua [14] .

• Pioneer 11 ( 1973-1995)

NASA laukaisi sen 6. huhtikuuta 1973. Syyskuun 30. päivänä 1995 (viimeinen onnistunut yritys saada telemetriaa) luotain oli 43,4 AU:n etäisyydellä. Maasta (yli 6,5 miljardia km) ja siirtyi pois nopeudella 11,4 km / s (2,4 AU vuodessa).

Oletetaan, että Pioneer 11 jatkaa lentoaan ja suuntaa kohti Akvilan tähdistöä ja ohittaa yhden sen muodostavista tähdistä noin 4 miljoonan vuoden kuluttua [15] .

Tähtienväliset luotainprojektit

Kiinan avaruusjärjestön ohjelma heliosfäärin ja tähtienvälisen avaruuden tutkimiseksi. Siinä luodaan kaksi luotainta (IHP-1 ja IHP-2), jotka toukokuussa 2024 laukaisun jälkeen suorittavat painovoima-avustuksen Jupiterin lähellä (maaliskuu 2029) ja lentää Kuiperin vyöhykkeen objekteihin (yksi luotain myös lentää Neptunuksen ja Tritonin ohi vuoden 2038 tammikuussa). Vuoteen 2049 mennessä luotainten pitäisi saavuttaa 100 AU:n etäisyys. auringosta [16] [17] .

Jos onnistuvat, IHP-1 ja IHP-2 ovat kuudes ja seitsemäs ajoneuvo, joka poistuu aurinkokunnasta, ja ensimmäinen, joka rakennetaan Yhdysvaltojen ulkopuolelle.

Tähtienvälinen luotainprojekti, jota Johns Hopkinsin yliopiston Applied Physics Laboratory on kehittänyt vuodesta 2017 lähtien osana NASAn heliofysiikan ohjelmaa [18] [19] . SLS Block 2 -kantoraketilla 2030-luvulla laukaisun jälkeen luotain odotetaan saavuttavan heliosfäärin reunan 15 vuodessa ja 1000 AU:n 50 lennon aikana. Auringosta liikkuen noin 95 km/s nopeudella (20 AU vuodessa) [20] [21] .

Tähtienvälisen matkan toteutettavuus

Etäisyys lähimpään tähteen Auringosta Proxima Centaurista on noin 4,2 valovuotta , eli noin 268 tuhatta kertaa etäisyys Maasta Auringoon tai noin 9 tuhatta kertaa suurempi kuin etäisyys Maasta Neptunukseen (noin 4,5 miljardia km). tai 29,8 AU).

2000-luvun alussa tähtienvälisillä lennoilla on kolme mahdollista tapaa:

• hitaat, kymmeniä ja satoja tuhansia vuosia kestävät lennot (esimerkiksi automaattiasemat Pioneer-10, Pioneer-11, molemmat Voyagerit, New Horizons) kemiallisilla moottoreilla , suurin mahdollinen pakokaasunopeus on alle 5 km/s, luotain päästä lähimpään tähteen - Proxima Centauriin - vain 120 tuhatta vuotta laukaisun jälkeen. Jos tällaiselle luotain annetaan nopeudella 100 km / s käyttämällä kemiallisia rakettimoottoreita ja gravitaatioliikkeitä lähellä jättiläisplaneettoja, sen lennon kesto Alpha Centauriin on noin 15 tuhatta vuotta.

• hitaat tuhansia vuosia kestävät lennot kiinteäfaasisilla ydinmoottoreilla (katso NERVA ja RD-0410 ), käyttönesteen ( nestemäinen vety ) suurin mahdollinen ulosvirtausnopeus on 8,9 km/s 3600 sekuntia (saavutettu RD-0410:lla testien aikana maanpäällisissä olosuhteissa 1980-luvun lopulla); saavuttamalla nopeuden 1000 km / s luotain mahdollistaa Alpha Centaurin saavuttamisen vasta 1500 vuoden kuluttua;
• satoja vuosia kestävät hitaat lennot ydinreaktorin ja sähköisten rakettimoottorien ( ioni- tai magnetoplasma) yhdistelmällä , joiden käyttönesteen ulosvirtausnopeus on enintään kymmeniä km/s 2-3 vuoden ajan.

Astrofyysikko Boris Stern artikkelissaan "Kuinka lentää maasta tähtiin" [23] osoittaa, että saavutettavin propulsiojärjestelmä nykyisellä teknologiatasolla on kiinteäfaasinen ydinreaktori uraani-235 :llä , joka saavutettuaan tehokkuus 25%, pystyy varmistamaan työkappaleen uloshengityksen nopeudella 7000 km/s (realistisemmalla tehokkuudella 8%, ulosvirtausnopeus ei ylitä 3900 km/s).

Ongelmia tähtienvälisen lennon aikana

Tähtienvälisen lennon tärkeimmät ongelmat voidaan tunnistaa:

• Lentoaika - tähtienvälisen lennon aika kestää ajanjakson, joka ylittää paitsi ihmisen keskimääräisen elämän, myös useita sukupolvia ihmisiä.
• Energiaongelmat - RTG :t ehtyvät noin 50-60 vuotta laukaisun jälkeen, ja aurinkopaneelien käyttö muuttuu merkityksettömäksi saavuttuaan Saturnuksen kiertoradalle.
• Viestintä Maan kanssa ja tiedonsiirron nopeus laitteista suurilla etäisyyksillä Maasta (esimerkiksi vuonna 1977 laukaisujen Voyagerien signaali voidaan vastaanottaa Deep Space Networkissa vain vuoteen 2036 asti, eli enintään 50 vuotta julkaisun jälkeen [8] ; osittain ongelma ratkesi ottamalla käyttöön Beacon mode , jota käytetään New Horizonsissa).
• Lentorata — nykyinen tekniikan taso mahdollistaa hankkeiden toteuttamisen, joissa on vain ohilentorada (jossa on mahdollisuus painovoiman liikkeisiin massiivisille jättimäisille planeetoille), ilman mahdollisuutta jarruttaa ja myöhempää kiihdytystä ohitsevien kohteiden kanssa.
• Hyötykuorman massan ja sen energiankulutuksen rajoitus - koska tähtienväliselle luotain on annettava kolmas avaruusnopeus, tieteellisten laitteiden massan suhdetta laitteen kuivamassaan on rajoitettava noin 10 %:iin ja energiankulutus tulee rajoittaa noin 1 wattiin 1 kg hyötykuormaa kohti. Siten olemassa olevien luotainten hyötykuorman massa ei ylitä 80-100 kg, ja RTG:n tyhjentyessä osa tieteellisistä laitteista on sammutettava pysyvästi.

Mahdolliset kohteet

Kohteet aurinkokunnassa

• Tutkimus jättiläisplaneettojen ja niiden satelliittien ohilentoradasta .
• Tähtienvälisen väliaineen ja heliosfäärin tutkimus.
• Trans-Neptunuksen objektien tutkiminen : Kuiperin vyöhyke (aurinkokunnan alue Neptunuksen kiertoradalta (30 AU Auringosta) noin 55 AU:n etäisyydelle Auringosta), hajalevy (merkittävimmät kohteet maailmassa tämä alue ovat Eris ja Sedna ), sekä Oort-pilvet (arvioitu etäisyys Oort-pilven ulkorajoihin Auringosta on 50 000 - 100 000 AU [24]  - noin yksi valovuosi ).

Target Star System

Luotain on järkevää suunnata siihen tähtijärjestelmään (mieluiten ei punaiseen kääpiöön ), jolla on astrobiologian näkökulmasta mahdollisuus Maan kaltaisten planeettojen olemassaoloon Elämävyöhykkeellä . Vaihtoehtoinen vaihtoehto on jättiläisplaneettojen läsnäolo maapallon kaltaisilla satelliiteilla tähtijärjestelmässä (aurinkokunnassa ei ole analogeja, vastaavia kohteita ei ole löydetty ja vahvistettu 2000-luvun 20-luvun alussa).

2000-luvun 20-luvun alussa ei ole löydetty planeettajärjestelmiä, jotka täyttäisivät nämä vaatimukset. Kuitenkin kiertoratateleskoopit ( James Webb , PLATO ) ja jättiläiset maassa sijaitsevat teleskoopit auttavat suuresti löytämään Maan kaltaisia ​​planeettoja läheisten tähtien läheltä 20-30 vuodessa . Heidän löytönsä pystyvät tunnistamaan sopivia kohteita tähtienvälisen luotain lähettämiseen.

Samaan aikaan adaptiivisen optiikan parantaminen maassa sijaitsevissa kaukoputkissa, kiertoradalla olevien teleskooppien kykyjen kasvu ja avaruusinterferometrien mahdollinen ilmaantuminen tulevina vuosikymmeninä (katso Space Interferometry Mission , Darwin , Terrestrial Planet Finder ) herätti epäilyksiä tarpeesta lähettää tällainen luotain lähimpiin tähtijärjestelmiin, koska lento voi kestää satoja ja tuhansia vuosia.

Viesti maasta

Hypoteettisen älykkään sivilisaation maanasukkaiden viestejä kuljettavat sekä matkailijat (ne sisältävät kullatun 12 tuuman informaatiolevyn ääni- ja videosignaaleilla) että molemmat pioneerit (ne sisältävät symbolista tietoa ihmisestä, maapallosta ja sen sijainnista) . New Horizonsilla ei ole viestejä.

Muistiinpanot

1. ↑ NASAn silmät . NASAn silmät . Haettu: 18. huhtikuuta 2021. (määrätön)  (linkki ei käytettävissä)
2. ↑ Morin, Monte . NASA vahvistaa, että Voyager 1 on poistunut aurinkokunnasta  (12. syyskuuta 2013). Arkistoitu alkuperäisestä 8. huhtikuuta 2014. Haettu 17.10.2021.
3. ↑ Raportti: NASA Voyagerin tilapäivitys Voyager 1:n sijainnista . NASA. Haettu 20. maaliskuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 6. marraskuuta 2019. (määrätön)
4. ↑ Voyager ylittää pääteiskun . Haettu 29. elokuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 7. elokuuta 2011. (määrätön)
5. ↑ Voyagerin aikajana . NASA/JPL (helmikuu 2013). Haettu 2. joulukuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 18. maaliskuuta 2011. (määrätön)
6. ↑ PIA17046:n luettelosivu . Valokuvapäiväkirja . NASA. Haettu 27. huhtikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 24. toukokuuta 2019. (määrätön)
7. ↑ Se on virallinen: Voyager 1 on nyt tähtienvälisessä avaruudessa . UniverseToday (12. syyskuuta 2013). Haettu 27. huhtikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 13. tammikuuta 2021. (määrätön)
8. ↑ 1 2 Voyager - Usein kysytty kysymys . Jet Propulsion Laboratory . Käyttöönottopäivä: 30.7.2020. (määrätön)
9. ↑ Jpl.Nasa.Gov. Voyager-tehtävän tila . Voyager.jpl.nasa.gov. Haettu 15. elokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 15. elokuuta 2017. (määrätön)
10. ↑ Gill, Victoria . Voyager 2 -luotain "lähtee Solar Systemistä"  (englanniksi) , BBC News  (10. joulukuuta 2018). Arkistoitu alkuperäisestä 12. huhtikuuta 2019. Haettu 17.10.2021.
11. ↑ Vierailun jälkeen Plutossa NASA:n New Horizons -avaruusalus saavuttaa toisen kosmisen virstanpylvään  , TIME (  16. huhtikuuta 2021). Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2021. Haettu 18. huhtikuuta 2021.
12. ↑ New Horizons tervehtii matkaajaa . Johns Hopkins APL (17. elokuuta 2006). Haettu 3. marraskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 13. marraskuuta 2014. (määrätön)
13. ↑ New Horizons tutkii kolmea Kuiperin vyöhykkeen objektia etäältä  toukokuussa . N+1 (27. maaliskuuta 2021). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2021.
14. ↑ Pioneeritehtävät . NASA (26.3.2007). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 29. kesäkuuta 2011. (määrätön)
15. ↑ NASAn johtaja . The Pioneer Missions  (englanniksi) , NASA  (26. maaliskuuta 2007). Arkistoitu alkuperäisestä 29. kesäkuuta 2011. Haettu 16. huhtikuuta 2017.
16. ↑ Kiina harkitsee Voyagerin kaltaista tehtävää tähtienväliseen avaruuteen . Planetary Society (19.11.2019). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2021. (määrätön)
17. ↑ Kiina laukaisee parin avaruusaluksia kohti aurinkokunnan reunaa , SpaceNews , SpaceNews (16. huhtikuuta 2021). Haettu 17.10.2021.
18. ↑ Lähiajan tähtienvälinen luotain: Ensimmäinen askel . Acta Astronautica (01.9.2019). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2021. (määrätön)
19. ↑ Tähtienvälinen luotain . APL (12.7.2019). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. syyskuuta 2022. (määrätön)
20. ↑ Syvän avaruuden tutkiminen Interstellarilla . European Geoscinces Union (26.04.2021). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 11. lokakuuta 2021. (määrätön)
21. ↑ NASA lähettää New Horizonsin kaksoiskappaleen tuhat tähtitieteellistä yksikköä Auringosta. N+1 (28.4.2021). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2021. (määrätön)
22. ↑ Talbert, Tricia NASAn New Horizons saavuttaa harvinaisen avaruuden virstanpylvään . NASA (15. huhtikuuta 2021). Haettu 18. huhtikuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2022. (määrätön)
23. ↑ Kuinka lentää maasta tähtiin . Kolminaisuuden vaihtoehto - Tiede (11.3.2020). Haettu 19. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 24. lokakuuta 2021. (määrätön)
24. ↑ Komeettojen ja niiden altaiden alkuperä ja dynaaminen kehitys . arxiv.org (28.2.2009). Haettu 17. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 12. toukokuuta 2020. (määrätön)

Katso myös

• Luettelo lähellä olevista tähdistä ja alitähdistä
• heliosfääri
• Avaruusajoneuvojen ydinreaktorit