Ivan Korznikov valóságközi csillagközi járatok
Az említettekből következik, hogy az interstelláris közeg bejövő részecskéit nem lehet elterelni, és az űrhajót saját testükkel kell átvenniük. Ez vezet a bizonyos követelményeket a űrjármű szerkezete: előtt azt kell lennie a képernyőn (például, formájában a kúpos kupak), amely megvédi a fő testet a hatásait, a részecskék és a kozmikus sugárzás. És a képernyő legyen a radiátor, amely irányítja a hőt a képernyőn (egyidejűleg szolgálja a másodlagos képernyő), amely a fő szerve az űrhajó hőszigetelő gerendák. Hogy az ilyen elrendezés, mert az ütköző atomok nagy mozgási energiával, ezek mélyen beágyazódott a képernyőn, és lassult is, hogy eloszlassa ezt az energiát hő formájában. Például, repülési sebességnél 0,75 egy hidrogén proton energiája körülbelül 500 MeV - nukleáris fizika egységek, ami megfelel a 8 x 10 -11 J. Ez lesz bevezethető a képernyőn mélységben néhány milliméter, és továbbítja ezt az energiát ingadozások képernyő atomok .. A dudor az ilyen részecskék körülbelül 2 × 10 10 atom, és annyi hidrogén molekulák másodpercenként 1 cm 2, azaz minden második per 1 cm2 felületre a képernyő jön 4,8 J energiát hővé alakul. És a probléma az, hogy az űrben ez a hő csak akkor távolítható el, ha elektromágneses hullámokat bocsát ki a környező térbe (nincs levegő és víz ott). Ez azt jelenti, hogy a képernyő felmelegszik, amíg a termikus elektromágneses sugárzás megegyezik az incidens részecskék által kibocsátott energiával. Termikus sugárzó test elektromágneses energia határozza meg a Stefan-Boltzmann törvény, amely szerint a kibocsátott energia, másodpercenként 1 cm 2 felületi ST egyenlő q = 4, ahol s = 5,67 · 10 -12 J / cm 2 K 4 jelentése állandó Stefan, és a T - a hőmérséklet a test felülete. Az egyensúly megteremtésének feltétele: sT 4 = Q, ahol Q a bejövő teljesítmény, vagyis a képernyő hőmérséklete T = (Q / s) 1/4. Behelyettesítve Ebben az egyenletben a megfelelő értékeket, azt találjuk, hogy a képernyő hőmérsékletre melegítjük körülbelül 959 K = 686 ° C Az világos, hogy nagy sebességgel, ez a hőmérséklet magasabb lesz. Ez azt jelenti például, a képernyőt nem lehet alumíniumból (olvadáspontja 660 ° C), és meg kell szigetelni a fő szerve a űrjármű - egyébként elfogadhatatlan sütkérezni személyzet negyedek. És megkönnyítse a termikus képernyős módban, hogy szükség van, hogy rögzítse a hűtőborda egy nagy felülete a sugárzás (beszerezhető a timföld), például egy sejt rendszer hossz- és keresztirányú bordák, a keresztirányú bordák egyidejűleg működnek, mint másodlagos képernyők védelmére a személyzet negyedek a fragmensek és bremsstrahlung a képernyőn és hasonlókon belépő részecskék.
De az atomoktól és molekuláktól való védelem nem a csillagközi repülés fő problémája. A csillagászok, figyelve a csillagok fényének felszívódását, megállapítják, hogy az interstelláris térben jelentős mennyiségű por van. Ezek a részecskék erősen szóró és elnyelik a fényt, méretei: 0,1-1 mikron, és a súlya nagyságrendileg 10 -13 g, és azok koncentrációja sokkal kisebb, mint a koncentrációja atomok körülbelül R = 10-12 január / cm 3 ítélve sűrűségük (1 g / cm 3) és törésmutató (n = 1,3), főként fagyasztott kozmikus gázokból (hidrogén, víz, metán, ammónia) álló hógolyók, szilárd szén és fémrészecskék keverékével. Nyilvánvalóan ezekből származik az üstökösök magjai, amelyek ugyanolyan összetételűek. És bár meglehetősen laza formációknak kell lenniük, közel fényviszonyok mellett nagy kárt okozhatnak.
Ilyen sebességeknél a relativisztikus hatások erősen megnyilvánulnak, és a test kinetikus energiája a relativisztikus régióban a
Amint látható, a test energia növekedésével meredeken megközelítések a fény sebessége v c: Így ütemben 0,7 porszem, ahol m = 10 -13 g az a mozgási energiája 3,59 J (lásd 1. táblázat). És az bejusson a képernyőn egyenértékű expozíciót ott mintegy 1 mg TNT. 0,99 s-nál ez a por 54,7 J energiával rendelkezik, ami hasonlít egy Makarov pisztolyból (80 J) lőtt golyó energiájához. Ilyen sebességnél kiderül, hogy minden négyzetcentiméter a képernyő felületét folyamatosan kifejtve golyók (szakaszos) 12 lövés percenként. Nyilvánvaló, hogy a képernyő nem fog túlélni ilyen hatással több éves repülésre.
1. táblázat Energiakapcsolatok
Jelölés: Proton ep - kinetikus energiája MeV K - kinetikus energia 1 kg anyag JT - trotyl ekvivalens kilogramm tonnában TNT.
A részecske hatásának felszínre gyakorolt hatásának becslésére F. Whipple (13), 134. oldal, a szakember által javasolt feltételt alkalmazhatja ezekre a kérdésekre, amely szerint a kialakított kráter méretei megegyeznek
ahol d a szitanyomás sűrűsége, Q a specifikus fúziós hő.
De itt nem szabad elfelejteni, hogy valójában nem tudjuk, hogy a porrészecskék ilyen sebességgel befolyásolják a képernyő anyagát. Ez a képlet érvényes kis ütközési sebesség (körülbelül 50 km / s vagy annál kevesebb), és sebességgel oklosvetovyh befolyásolja a fizikai folyamatok az ütközés és robbanás előfordul egészen más, és sokkal intenzívebb. Egy csak feltételezni, hogy mivel a relativisztikus hatások és egy nagy tehetetlensége az anyag porszem robbanás fog irányulni a képernyőn, hogy milyen típusú kumulatív robbanás és kialakulásához vezet egy sokkal mélyebb kráter. A fenti képlet tükrözi az általános energia kapcsolatokat, és feltételezzük, hogy alkalmas az ütközés és a közel fénysebességek értékelésére.
Nyilvánvaló, hogy a képernyő legjobb anyaga titán (alacsony sűrűsége és fizikai jellemzői miatt), d = 4,5 g / cm3 és Q = 315 KJ / Kr.
V = 0,1 c esetén E = 0,045 J és d = 0,00126 · 0,356 = 0,000448 m = 0,45 mm. Ez könnyű megtalálni az utat legfeljebb 1 éves a fény, űrhajó képernyő Meet n = rs = 9,46 · 10 -12 10 17 = 10 június szemes per cm2 és per 500 porszemek sroyut réteg 0,448 mm-es szita. Tehát miután 1 fényév utat a képernyő törlődik a vastagsága 90 cm. Ebből következik, hogy a repülés ilyen sebességgel, például, hogy a Proxima Centauri (csak ott) képernyő vastagsága körülbelül 5 méter, súlya mintegy 2,25 tonna. Nagy sebességgel a dolgok még rosszabbak lesznek:
2. táblázat A titán X vastagsága 1 fényévre mossák az utat
Mint látható, ha v / c> 0,1, a képernyőnek elfogadhatatlan vastagsága (tíz és több száz méter) és tömeg (több százezer tonna). Valójában az űrhajó főként ebből a képernyőből és üzemanyagból áll, ami több millió tonnát igényel. Ilyen körülmények között az ilyen sebességű repülések nem lehetségesek.
A kozmikus por megfontolt csiszoló hatása valójában nem kipusztítja az ütközés teljes spektrumát, amelyet az űrhajó az interstelláris repülés közben megy át. Nyilvánvaló, hogy a csillagközi térben nemcsak egy porszem, hanem a szervek más méretű és tömegek, de a csillagászok nem lehet közvetlenül megfigyelni őket annak a ténynek köszönhető, hogy bár a méretük nagyobb, de kevésbé, mint maguk, úgy, hogy nem ad kézzelfogható hozzájárulás a abszorpciós Starlight (korábban tárgyalt por részecskék mérete sorrendben a látható fény hullámhossza, és ezért erősen abszorbeálja és szórás, és elég őket, így a csillagászok elsősorban figyeli őket).
Azonban a távoli kozmosz testeiről tudunk képet kapni azokról a testekről, amelyeket megfigyelünk a Naprendszerben, beleértve a Földet is. Sőt, amint azt a mérést, a Naprendszer viszonyítva mozog közeli csillagok irányába Vega sebességgel 15,5 km / s, ami azt jelenti, hogy minden második söpör egyre mennyiségű helyet és annak tartalmát. Természetesen nem minden a Nap közelében van kívülről, sok test eredetileg a naprendszer elemei (bolygók, aszteroidák, sok meteorzuhany). A csillagászok gyakran megfigyelték például néhány csillagvizsgáló üstökös repülését, és ugyanazon a helyen repültek el. Ezért vannak nagyon nagy testek (milliók és milliárd tonna), de nagyon ritkák. Nyilvánvaló, hogy szinte bármilyen tömeg testével találkozhatunk, de más valószínűséggel. Annak érdekében, hogy meg lehessen mérni a csillagközi terek különböző testeivel való találkozást, meg kell találnunk az ilyen testek tömeg szerinti eloszlását.
Először is tudnia kell, mi történik a testekkel, amikor a naprendszerben vannak. Ezt a kérdést az asztrofizikusok jól tanulmányozták [8], és azt találták, hogy a nem túl nagy testek élettartama a naprendszerben nagyon korlátozott. Így a kisebb részecskék és a 10-12 g-nál kisebb tömegű porrészecskék egyszerűen kisugárzódnak a naprendszerből a Nap fényéből és protonjaiból (ahogyan az üstökös farokból látható). A nagyobb részecskék az eredmény fordított: ennek eredményeképpen az ún Poynting-Robertson hatás leesik a nap, fokozatosan süllyed neki egy spirál idő nagyságrendileg több tízezer év.
Ez azt jelenti, hogy a megfigyelt a Naprendszer szórványos részecskék és mikrometeoritok (nem kapcsolódó saját meteor zuhany) kerültek ki a környező térbe, mint a saját ilyen részecskék már rég eltűnt. Ezért a kívánt függőség megtalálható a szoláris rendszer szórványos részecskéinek megfigyeléséből. Ilyen megfigyelések már régóta végeztek, és a kutatók arra a következtetésre jutott ([12], [13]), hogy az eloszlás törvény tér szervek tömeg van a forma N (M) = N0 / Mi Közvetlen mérések sporadics a tömeg-tartományban a 10 -3 10 2 g ([13], 127. oldal) az M-nél nagyobb tömegű meteorok fluxus-sűrűségével, a függőséggel
A leginkább megegyező eredményeket kaptunk a témában mérésével microcraters felületén képzett az űrjármű ([12], p.195), ők is, így K = 1,1 tömeg-tartományban a 10 -6 10 5 g kisebb tömegek feltételezzük hogy ezt az elosztást is elvégezték számukra. Az 1 g-nál nagyobb részecskeméret esetén a különböző mérések 10 -15 -14 1 / m 2 s értéket adnak, és mivel a fluxus a testek térbeli sűrűségéhez kapcsolódik a Φ = rv relációval. akkor itt találjuk, hogy az M-nél nagyobb tömegű testek kozmoszában való koncentrációját a képlet adja meg