Dove il vento solare si spegne a poppa e l'eternità sta accanto a noi… Cosa attende coloro che sono stati in grado di sfondare l'eliopausa e toccare la luce delle stelle lontane? Il bagliore spettrale delle particelle della cintura di Kuiper. Decenni di volo senza la possibilità di sostituire le unità in avaria. Tentativi di stabilire una comunicazione con la Terra da una distanza di 200 unità astronomiche.
Sarà possibile con le moderne tecnologie prendere frontiere così lontane? Volare da dove provengono i segnali radio con un ritardo di un giorno? Anche la luce lascia il posto a una distanza enorme, ma la mente umana va avanti.
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30 miliardi di chilometri. 70 anni di volo utilizzando stadi superiori esistenti con motori a propellente liquido. Le moderne stazioni interplanetarie non sono progettate per tali spedizioni. Dopo tre o quattro decenni, la batteria del radioisotopo muore. La fornitura di idrazina nei motori di orientamento AMC sta per esaurirsi. La comunicazione viene interrotta e la sonda, addormentata per sempre, si dissolve nello spazio infinito.
Ad oggi, l'umanità è riuscita a costruire sei "astronavi" che hanno superato la terza velocità cosmica e hanno lasciato per sempre il sistema solare.
Ecco i nomi degli eroi.
Stazioni interplanetarie automatiche della serie Pioneer numerate 10 e 11. Lanciate nel 1972-73. I "pionieri" hanno raggiunto la regione dei pianeti esterni, trasmettendo per la prima volta alla Terra fotografie e dati scientifici dalle vicinanze di Giove e Saturno. Avendo fatto una manovra nel campo gravitazionale dei pianeti giganti, hanno lasciato per sempre la regione dell'eclittica e sono entrati in una battaglia impari con lo spazio e il tempo.
La comunicazione con Pioneer 11 è stata interrotta nel 1995, quando era già ben oltre l'orbita di Plutone. Ormai la sonda si è allontanata dal Sole di 90 UA. e prosegue il suo cammino verso la costellazione dello Scudo.
Il suo gemello è durato esattamente trent'anni nello spazio: gli ultimi dati scientifici del Pioneer 10 sono stati trasmessi alla Terra nel 2002. Secondo i calcoli, nel 2012 avrebbe dovuto essere a 100 AU. dal sole. Una sonda che si è addormentata per sempre con una targa d'oro a bordo vola verso Alpha Taurus. Tempo stimato di arrivo - 2.000.000 d. C.
I prossimi eroi sono i partecipanti alla strabiliante missione Voyager, la più grande spedizione mai effettuata su voli interplanetari. Due sonde partirono nel 1977 con la speranza di visitare le vicinanze di tutti i pianeti esterni. La missione principale Voyager si è conclusa in completo trionfo: le sonde hanno studiato Giove, Saturno, Urano, Nettuno, i loro anelli e 48 satelliti dei pianeti giganti dalla traiettoria del flyby. Al momento del passaggio sullo strato di nubi superiore di Nettuno, dopo 12 anni di volo e 4 miliardi di km di distanza percorsa, la deviazione della Voyager 2 dalla traiettoria calcolata è stata di ben 200 metri!
Oggi, 37 anni dopo il loro lancio, continuano il loro viaggio nell'oceano interstellare, allontanandosi dalla Terra a una distanza di 107 e 130 UA. Il ritardo del segnale radio dalla scheda Voyager 1 è di 17 ore 36 minuti. La potenza del trasmettitore è di soli 26 watt, ma i suoi segnali stanno ancora raggiungendo la terra.
La capacità di memoria del computer di bordo Voyager è 100 volte inferiore a quella di un moderno lettore mp3. L'esclusiva attrezzatura retrò continua il suo lavoro, attraverso i turbini di tempeste elettromagnetiche e decenni di lavoro nello spazio aperto. Nei serbatoi sono rimasti diversi litri di preziosa idrazina e la potenza del generatore di radioisotopi raggiunge ancora i 270 watt. Già oltre l'orbita di Nettuno, i programmatori della NASA sono riusciti a "riflashare" il computer di bordo di Voyager: ora i dati della sonda sono codificati con un codice doppio Reed-Solomon altamente sicuro (curiosamente, durante il lancio di Voyager, tale codice non è ancora stato stato usato in pratica). All'inizio del nuovo secolo, le sonde sono passate a un set di riserva di motori di controllo dell'assetto (il set principale aveva fatto 353 mila correzioni a quel tempo), ma ogni giorno è più difficile per il sensore solare trovare la sua luce fioca contro lo sfondo di migliaia di stelle luminose. C'è una minaccia di perdita di orientamento e di comunicazione con la Terra.
Nell'estate del 2012, l'attrezzatura di Voyager 1 ha registrato un forte calo dell'intensità delle particelle cariche del vento solare: la sonda ha attraversato il confine del sistema solare, uscendo dall'eliosfera. Ora i segnali della sonda sono distorti da un nuovo suono mai registrato prima: il plasma del mezzo interstellare.
Da nono anno affiora nello spazio la stazione automatica "New Horizons", lanciata nel gennaio 2006. L'obiettivo della missione è Plutone, del cui aspetto non sappiamo quasi nulla. Orario previsto di arrivo a destinazione - 14 luglio 2015. Nove anni e mezzo di volo - e solo tre giorni per conoscere da vicino il pianeta più lontano.
New Horizons ha lasciato l'orbita vicina alla Terra con la velocità più alta tra tutte le astronavi: 16, 26 km / s rispetto alla Terra o 45 km / s rispetto al Sole, il che ha reso automaticamente New Horizons un'astronave.
Si prevede che dopo il passaggio di Plutone, la sonda continuerà il suo lavoro nello spazio aperto fino alla metà del prossimo decennio, dopo essersi ritirata dal Sole entro 50-55 UA. La durata della missione più breve rispetto ai Voyager è dovuta alla breve durata del funzionamento della "batteria" del radioisotopo: entro l'estate del 2015, il rilascio di potenza degli RTG sarà di soli 174 watt.
Leggermente dietro i "New Horizons" vola un altro oggetto notevole: uno stadio superiore ATK STAR-48B a propellente solido. Anche il terzo stadio del veicolo di lancio Atlas-5, che ha portato la sonda New Horizons alla sua traiettoria di partenza verso Plutone, ha acquisito velocità eliocentrica e ora lascerà sicuramente i confini del sistema solare. Insieme a lei, per lo stesso motivo, due pesi in equilibrio voleranno verso le stelle. Il secondo stadio (stadio superiore "Centaurus") è rimasto in un'orbita eliocentrica con un periodo orbitale di 2,83 anni.
Secondo i calcoli, nell'ottobre 2015 STAR-48B passerà 200 milioni di km da Plutone, per poi scomparire per sempre nelle profondità dello spazio.
Le navi si addormenteranno e il tempo perderà significato per loro. Tra centinaia di migliaia, forse milioni di anni, tutti questi oggetti artificiali raggiungeranno le stelle. Ma gli scienziati sono interessati alla possibilità di creare veicoli spaziali OPERATIVI in grado di continuare a lavorare nello spazio interstellare per un lungo periodo di tempo, allontanandosi dal Sole a una distanza di centinaia di unità astronomiche.
progetto TAU
TAU (Mille unità astronomiche). Il concetto del 1987, che prevedeva l'invio di una stazione automatizzata a una distanza di 1/60 anni luce dal Sole. Il tempo di percorrenza stimato è di 50 anni. Lo scopo della spedizione: costruzione di un grandioso telemetro con una base di 1000 AU, misurazione ad alta precisione delle distanze delle stelle, comprese quelle al di fuori della nostra galassia. Compiti secondari: studio della regione dell'eliopausa, soluzione del problema della comunicazione spaziale a distanza ultra lunga, verifica dei postulati della teoria della relatività.
L'alimentazione della sonda è un reattore nucleare di piccole dimensioni con una potenza termica di 1 MW. Motore a ioni con una durata di 10 anni. Gli autori del progetto TAU procedevano esclusivamente dalle tecnologie esistenti all'epoca.
Attualmente, il progetto più dettagliato e fattibile di una spedizione interstellare è l'Innovative Interstellar Explorer. Una sonda di dimensioni compatte che trasporta a bordo 35 kg di attrezzatura scientifica e dotata di tre RTG e di un sistema di comunicazione spaziale in grado di fornire una comunicazione stabile con la Terra da una distanza di 200 AU.
Accelerazione utilizzando un acceleratore a razzo convenzionale con carburante chimico, manovra gravitazionale in prossimità di Giove e propulsori ionici, in cui il fluido di lavoro è xeno. Tutte e tre queste tecnologie esistono e sono ben collaudate nella pratica.
Motore a ioni in marcia della sonda Deep Space-1
Un motore a ioni richiede due cose: un fluido di lavoro (gas) e diversi kilowatt di elettricità. A causa del consumo trascurabile del mezzo di lavoro, il motore a ioni può funzionare ininterrottamente per dieci anni. Ahimè, anche la sua spinta è trascurabile: decimi di Newton. Questo è del tutto insufficiente per un lancio dalla superficie terrestre, ma a gravità zero, a causa del funzionamento continuo a lungo termine e dell'elevato impulso specifico, un tale motore è in grado di accelerare la sonda a velocità elevate.
Nella missione Innovative Interstellar Explorer, utilizzando tre metodi di accelerazione, gli scienziati sperano di accelerare la sonda a una velocità di 35-40 km/s (oltre 4 AU all'anno). Questo è estremamente alto per gli standard della moderna cosmonautica (Voyager 1 ha un record di 17 km / s), ma è abbastanza fattibile in pratica utilizzando moderni motori di propulsione elettrica e generatori di energia a radioisotopi ad alta capacità.
La ricerca nell'ambito del programma Innovtive Interstellar Explorer è stata condotta da specialisti della NASA dal 2003. Inizialmente, si presumeva che la sonda sarebbe stata lanciata nel 2014 e avrebbe raggiunto il suo obiettivo (spostarsi di 200 AU dal Sole) nel 2044.
Ahimè, la finestra di partenza più vicina è stata persa. Il programma della sonda interstellare non è un programma prioritario per la NASA (a differenza dei più realistici rover su Marte, delle stazioni interplanetarie e del telescopio spaziale Webb in costruzione).
Le condizioni favorevoli per il lancio di una sonda interstellare si ripetono ogni 12 anni (dovuta alla necessità di effettuare una manovra nel campo gravitazionale di Giove). La prossima volta che la "finestra" si aprirà nel 2026, ma è lontano dal fatto che questa possibilità verrà utilizzata per lo scopo previsto. Forse qualcosa si deciderà entro il 2038, ma il concetto di Innovative Interstellar Explorer sarà probabilmente infinitamente obsoleto per quell'epoca.
Gli ingegneri stanno già lavorando su acceleratori di plasma elettrotermici (VASIMR), motori magnetoplasma dinamici e un motore di Hall. Queste variazioni del motore a razzo elettrico hanno anche un alto impulso specifico, paragonabile ai battiti. imp. propulsori ionici, ma sono in grado di sviluppare un ordine di grandezza in più di spinta, ad es. accelerare la nave alle velocità specificate in un tempo più breve.
