Interstellär sond

En interstellär sond  är en rymdsond som, efter att ha utforskat  solsystemets yttre regioner, kommer att kunna lämna den och komma in i det interstellära rymden (ca 122 AU från solen), varefter hypotetiskt nå ett annat stjärnsystem .

Med början av rymdåldern och särskilt efter den framgångsrika uppskjutningen av rymdskepparna Pioneer-10 och Pioneer-11 på 1970-talet, fick termen "interstellär sond" förutom litterär även vetenskaplig innebörd och med hänsyn till teknikerna i början av XXI-talet, det är praktiskt taget hänvisar till det lokala interstellära rymden (upp till 0,01 pc eller cirka 2000 AU eller cirka 10 ljusdagar).

Befintliga interstellära sonder

I början av 2000-talet har inte en enda rymdfarkost skapats, vars direkta syfte skulle vara att flyga till närmaste stjärna eller något annat stjärnsystem. Fem fordon kan dock betraktas som interstellära sonder (alla lanserade av USA):

• nått det interstellära rymden: Voyager 1 (uppskjuten 1977, gick in i det interstellära rymden 2012), Voyager 2 (uppskjuten 1977, gick in i det interstellära rymden 2018), Pioneer 10 (1972) [1] ;
• är på interstellära banor: Pioneer 11 (1973) och New Horizons (2006).

Fungerande enheter

• Voyager 1 (1977 - nutid )

Lanserades av NASA den 5 september 1977. Det är det mest avlägsna mänskligt skapade föremålet från jorden. Den 16 oktober 2021 [2] [3] var sonden över 148 AU bort. (mer än 22 miljarder km) och rörde sig iväg med en hastighet av 16,95 km/s (3,58 AU per år).

15 december 2004, på ett avstånd av 94 AU. från solen korsade apparaten stötvågen [4] [5] .

Den 25 augusti 2012 korsade rymdfarkosten heliopausen och gick in i det interstellära rymden .

Om cirka 300 år kommer Voyager 1, om inget händer med den, att nå Oorts moln [6] [7] , och lämna det efter 30 tusen år [8] .

• Voyager 2 (1977 - nutid )

Lanserades av NASA den 20 augusti 1977. Den 16 oktober 2021 har sonden flyttats mer än 123 AU från jorden. [9] (mer än 18 miljarder km) och rörde sig iväg med en hastighet av 15,4 km/s (3,25 AU per år).

I augusti 2007, på ett avstånd av 84 AU. från solen korsade apparaten stötvågen.

Den 5 november 2018 korsade rymdfarkosten heliopausen och gick in i det interstellära rymden [10] .

• " New Horizons" (2006 - nutid )

Lanserades av NASA den 19 januari 2006.

Den 17 april 2021 nådde enheten 50 AU. från solen [11] .

I december 2038 [12] , när radioisotopenergikällan produceras , kommer rymdfarkosten att täcka ett avstånd på endast 100 AU. och kommer därför inte att kunna "nå ut" till heliopausen, som båda Voyagers gjorde tidigare [13] .

Inaktiverade enheter

• " Pioneer 10 " (1972 - 2003)

Lanserades av NASA 3 mars 1972. Den 27 april 2002 (det sista framgångsrika försöket att förvärva telemetri ), var sonden på ett avstånd av 80,22 AU. från jorden (mer än 12 miljarder km) och flyttade bort med en hastighet av 12 km/s (2,54 AU per år).

Man antar att Pioneer 10 fortsätter sin flygning och går mot stjärnan Aldebaran (65 ljusår från jorden), vars närhet kommer att nå om cirka 2 miljoner år [14] .

• Pioneer 11 ( 1973 - 1995)

Lanserades av NASA den 6 april 1973. Den 30 september 1995 (det sista framgångsrika försöket att få telemetri) befann sig sonden på ett avstånd av 43,4 AU. från jorden (mer än 6,5 miljarder km) och flyttade bort med en hastighet av 11,4 km/s (2,4 AU per år).

Det antas att Pioneer 11 fortsätter sin flygning och går mot stjärnbilden Aquila och kommer att passera nära en av dess ingående stjärnor efter cirka 4 miljoner år [15] .

Interstellära sondprojekt

Program för den kinesiska rymdorganisationen för studier av heliosfären och det interstellära rymden. Det innebär skapandet av två sonder (IHP-1 och IHP-2), som efter uppskjutning i maj 2024 kommer att utföra en gravitationsassistans nära Jupiter (mars 2029) och flyga till Kuiperbältsobjekt (en av sonderna kommer också att flyga förbi Neptunus och Triton i januari 2038 på året). År 2049 bör sonderna nå ett avstånd på 100 AU. från solen [16] [17] .

Om de lyckas kommer IHP-1 och IHP-2 att vara de sjätte respektive sjunde fordonen som lämnar solsystemet, och de första som byggs utanför USA.

Ett interstellärt sondprojekt som har utvecklats sedan 2017 som en del av NASA:s heliofysikprogram av Applied Physics Laboratory vid Johns Hopkins University [18] [19] . Det förväntas att sonden, efter att ha lanserats på 2030-talet av SLS Block 2 bärraket, kommer att kunna nå kanten av heliosfären om 15 år och nå 1000 AU på 50 års flygning. från solen och rör sig med en hastighet av cirka 95 km/s (20 AU per år) [20] [21] .

Genomförbarhet av interstellära resor

Avståndet till närmaste stjärna från solen Proxima Centauri är cirka 4,2 ljusår , det vill säga cirka 268 tusen gånger avståndet från jorden till solen , eller cirka 9 tusen gånger större än avståndet från jorden till Neptunus (cirka 4,5 miljarder km) eller 29,8 AU).

I början av 2000-talet finns det tre möjliga sätt för interstellära flygningar:

• långsamma flygningar som varar i tiotals och hundratusentals år (till exempel automatiska stationer Pioneer-10, Pioneer-11, båda Voyagers, New Horizons) med kemiska motorer , den maximala möjliga avgashastigheten är mindre än 5 km/s, sonden kommer att kunna nå närmaste stjärna - Proxima Centauri - endast 120 tusen år efter lanseringen. I fallet med att ge en sådan sond en hastighet på 100 km / s med kemiska raketmotorer och gravitationsmanövrar nära jätteplaneterna, kommer varaktigheten av dess flygning till Alpha Centauri att vara cirka 15 tusen år.

• långsamma flygningar som varar i tusentals år med hjälp av fastfas kärnkraftsmotorer (se NERVA och RD-0410 ), den maximala möjliga utflödeshastigheten för arbetsvätskan ( flytande väte ) är 8,9 km/s under 3600 sekunder (uppnås av RD-0410 under tester) under markförhållanden i slutet av 1980-talet); att nå en hastighet på 1000 km / s med sonden kommer att göra det möjligt att nå Alpha Centauri först efter 1500 år;
• långsamma flygningar som varar i hundratals år med hjälp av kärnkraftsbogserbåtar med en kombination av en kärnreaktor och elektriska raketmotorer ( jon eller magnetoplasma) med en maximal hastighet på arbetsvätskans utflöde på tiotals km/s i 2-3 år.

Astrofysikern Boris Stern indikerar i sin artikel "How to Fly from the Earth to the Stars" [23] att det mest tillgängliga framdrivningssystemet för den nuvarande tekniknivån är en fastfaskärnreaktor på uran-235 , som, när den når en effektivitet på 25%, kommer att kunna säkerställa hastigheten för utloppet av arbetskroppen vid 7000 km/s (med en mer realistisk effektivitet på 8% kommer utflödeshastigheten inte att överstiga 3900 km/s).

Problem under interstellär flygning

De viktigaste problemen med interstellär flygning kan identifieras:

• Flygtid - termen för interstellär flygning kommer att ta en period som överstiger inte bara det genomsnittliga livet för en person, utan till och med flera generationer av människor.
• Energiproblem - utarmning av RTG sker ungefär 50-60 år efter lanseringen, och användningen av solpaneler blir meningslös efter att ha nått Saturnus omloppsbana.
• Säkerställande av kommunikation med jorden och hastigheten för dataöverföring från apparaten på stora avstånd från jorden (till exempel kan signalen från Voyagers som lanserades 1977 tas emot av Deep Space Network endast fram till 2036, det vill säga inte mer än 50 år efter lanseringen [8] ; delvis löstes problemet med introduktionen av kommunikationsprotokollet Beacon mode , som används för New Horizons).
• Flyby-bana — den nuvarande tekniknivån tillåter genomförandet av projekt med endast en förbiflygningsbana (med möjlighet till gravitationsmanövrar för massiva jätteplaneter), utan möjlighet till bromsning och efterföljande acceleration av passerande föremål.
• Begränsning av nyttolastmassan och dess energiförbrukning - på grund av behovet av att ge den interstellära sonden den tredje rymdhastigheten, måste förhållandet mellan massan av vetenskaplig utrustning och apparatens torrmassa begränsas till cirka 10 %, och energiförbrukningen bör begränsas till cirka 1 W per 1 kg nyttolast. Således överstiger inte befintliga sonders nyttolastmassa 80-100 kg, och eftersom RTG är uttömt måste en del av den vetenskapliga utrustningen stängas av för alltid.

Potentiella mål

Mål i solsystemet

• Forskning från flygbanan för jätteplaneterna och deras satelliter.
• Studie av det interstellära mediet och heliosfären.
• Studie av trans-neptuniska objekt : Kuiperbältet (regionen av solsystemet från Neptunus omloppsbana (30 AU från solen) till ett avstånd av cirka 55 AU från solen), den spridda skivan (de mest anmärkningsvärda objekten i denna region är Eris och Sedna ), såväl som Oortmoln (det uppskattade avståndet till de yttre gränserna för Oortmolnet från solen är från 50 tusen till 100 tusen AU [24]  - ungefär ett ljusår ).

Target Star System

Det är vettigt att rikta sonden till det stjärnsystemet (helst inte en röd dvärg ), som ur astrobiologins synvinkel har en chans att existera jordliknande planeter i livszonen . Ett alternativt alternativ är närvaron av gigantiska planeter med jordliknande satelliter i stjärnsystemet (det finns inga analoger i solsystemet, det finns inga liknande föremål upptäckta och bekräftade i början av 20-talet av 2000-talet).

I början av 20-talet av 2000-talet har inga planetsystem hittats som uppfyller dessa krav. Orbitalteleskop ( James Webb , PLATO ) och gigantiska markbaserade teleskop kommer dock att ge ett stort bidrag till att hitta jordliknande planeter nära närliggande stjärnor om 20-30 år . Deras upptäckter kommer att kunna identifiera lämpliga mål för att skicka en interstellär sond.

Samtidigt ställer förbättringen av adaptiv optik i markbaserade teleskop, ökningen av kapaciteten hos kretsande teleskop och den möjliga uppkomsten av rymdinterferometrar under de kommande decennierna (se Space Interferometry Mission , Darwin , Terrestrial Planet Finder ) tvivel om behovet av att skicka en sådan sond till de närmaste stjärnsystemen, med tanke på att flygningen kan ta hundratals och tusentals år.

Meddelande från jorden

Budskapen från jordbor i en hypotetisk intelligent civilisation bärs av både Voyagers (de innehåller en 12-tums förgylld informationsplatta med ljud- och videosignaler inspelade) och båda pionjärerna (de innehåller symbolisk information om en person, jorden och dess plats) . New Horizons har inga meddelanden ombord.

Anteckningar

1. ↑ NASAs ögon . NASAs ögon . Hämtad: 18 april 2021. (obestämd)  (inte tillgänglig länk)
2. ↑ Morin, Monte . NASA bekräftar att Voyager 1 har lämnat solsystemet  (12 september 2013). Arkiverad från originalet den 8 april 2014. Hämtad 17 oktober 2021.
3. ↑ Rapport: NASA Voyager-statusuppdatering på Voyager 1-platsen . NASA. Hämtad 20 mars 2013. Arkiverad från originalet 6 november 2019. (obestämd)
4. ↑ Voyager korsar avslutning chock . Hämtad 29 augusti 2013. Arkiverad från originalet 7 augusti 2011. (obestämd)
5. ↑ Voyager Timeline . NASA/JPL (februari 2013). Hämtad 2 december 2013. Arkiverad från originalet 18 mars 2011. (obestämd)
6. ↑ Katalogsida för PIA17046 . Fototidning . NASA. Hämtad 27 april 2014. Arkiverad från originalet 24 maj 2019. (obestämd)
7. ↑ Det är officiellt: Voyager 1 är nu i interstellärt utrymme . UniverseToday (12 september 2013). Hämtad 27 april 2014. Arkiverad från originalet 13 januari 2021. (obestämd)
8. ↑ 1 2 Voyager - Vanliga frågor . Jet Propulsion Laboratory . Tillträdesdatum: 30 juli 2020. (obestämd)
9. ↑ Jpl.Nasa.Gov. Voyager uppdragsstatus . Voyager.jpl.nasa.gov. Hämtad 15 augusti 2017. Arkiverad från original 15 augusti 2017. (obestämd)
10. ↑ Gill, Victoria . Voyager 2-sonden "lämnar solsystemet"  (engelska) , BBC News  (10 december 2018). Arkiverad från originalet den 12 april 2019. Hämtad 17 oktober 2021.
11. ↑ Efter att ha besökt Pluto når NASA:s rymdfarkost New Horizons en annan kosmisk milstolpe  , TIME (  16 april 2021). Arkiverad från originalet den 18 april 2021. Hämtad 18 april 2021.
12. ↑ New Horizons hälsar Voyager . Johns Hopkins APL (17 augusti 2006). Hämtad 3 november 2009. Arkiverad från originalet 13 november 2014. (obestämd)
13. ↑ New Horizons undersöker tre Kuiperbält-objekt på avstånd i  maj . N+1 (27 mars 2021). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 19 oktober 2021.
14. ↑ Pionjäruppdragen . NASA (2007-03-26). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 29 juni 2011. (obestämd)
15. ↑ NASA-administratör . The Pioneer Missions  (engelska) , NASA  (26 mars 2007). Arkiverad från originalet den 29 juni 2011. Hämtad 16 april 2017.
16. ↑ Kina överväger Voyager-liknande uppdrag till Interstellar Space . The Planetary Society (11/19/2019). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 2 december 2021. (obestämd)
17. ↑ Kina för att skjuta upp ett par rymdskepp mot kanten av solsystemet , SpaceNews , SpaceNews (16 april 2021). Hämtad 17 oktober 2021.
18. ↑ Interstellär sond på kort sikt: Första steget . Acta Astronautica (09/01/2019). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 17 oktober 2021. (obestämd)
19. ↑ Interstellär sond . APL (07/12/2019). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 22 september 2022. (obestämd)
20. ↑ Undersöka rymden med Interstellar . European Geoscinces Union (26.04.2021). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 11 oktober 2021. (obestämd)
21. ↑ NASA skickar tvillingar av New Horizons tusen astronomiska enheter från solen. N+1 (2021-04-28). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 17 oktober 2021. (obestämd)
22. ↑ Talbert, Tricia NASA:s New Horizons når en sällsynt rymdmilstolpe . NASA (15 april 2021). Hämtad 18 april 2021. Arkiverad från originalet 22 augusti 2022. (obestämd)
23. ↑ Hur man flyger från jorden till stjärnorna . Treenighetsalternativ - Vetenskap (11/03/2020). Hämtad 19 oktober 2021. Arkiverad från originalet 24 oktober 2021. (obestämd)
24. ↑ Ursprung och dynamisk utveckling av kometer och deras reservoarer . arxiv.org (2009-02-28). Hämtad 17 oktober 2021. Arkiverad från originalet 12 maj 2020. (obestämd)

Se även

• Lista över närliggande stjärnor och understjärnor
• heliosfären
• Kärnreaktorer på rymdfarkoster