Sondă interstelară

O sondă interstelară  este o sondă spațială care, după explorarea regiunilor exterioare ale  sistemului solar, va putea să o părăsească și să intre în spațiul interstelar (aproximativ 122 UA de Soare), după care, ipotetic, ajunge la un alt sistem stelar .

Odată cu debutul erei spațiale și, mai ales, după lansarea cu succes a sondelor spațiale Pioneer-10 și Pioneer-11 în anii 1970, termenul de „sondă interstelară” a căpătat, pe lângă sens literar, și științific, și ținând cont tehnologiile de la începutul secolului XXI, se referă practic la spațiul interstelar local (până la 0,01 pc sau aproximativ 2000 UA sau aproximativ 10 zile lumină).

Sonde interstelare existente

De la începutul secolului al XXI-lea, nu a fost creată o singură navă spațială, al cărei scop direct ar fi să zboare către cea mai apropiată stea sau orice alt sistem stelar. Cu toate acestea, cinci vehicule pot fi considerate sonde interstelare (toate lansate de SUA):

• a ajuns în spațiul interstelar: Voyager 1 (lansat în 1977, a intrat în spațiul interstelar în 2012), Voyager 2 (lansat în 1977, a intrat în spațiul interstelar în 2018), Pioneer 10 (1972) [1] ;
• sunt pe traiectorii interstelare: Pioneer 11 (1973) și New Horizons (2006).

Dispozitive funcționale

• Voyager 1 (1977 - prezent )

Lansat de NASA pe 5 septembrie 1977. Este cel mai îndepărtat obiect creat de om de pe Pământ. Începând cu 16 octombrie 2021 [2] [3] , sonda se afla la peste 148 UA distanță. (mai mult de 22 miliarde km) și se îndepărta cu o viteză de 16,95 km/s (3,58 UA pe an).

15 decembrie 2004, fiind la o distanta de 94 AU. de la Soare, aparatul a traversat unda de șoc [4] [5] .

Pe 25 august 2012, nava spațială a traversat heliopauza și a intrat în spațiul interstelar .

În aproximativ 300 de ani, Voyager 1, dacă nu i se va întâmpla nimic, va ajunge în norul Oort [6] [7] , și va părăsi după 30 de mii de ani [8] .

• Voyager 2 (1977 - prezent )

Lansat de NASA pe 20 august 1977. Începând cu 16 octombrie 2021, sonda a mutat peste 123 UA de pe Pământ. [9] (mai mult de 18 miliarde km) și se îndepărta cu o viteză de 15,4 km/s (3,25 UA pe an).

In august 2007, fiind la o distanta de 84 AU. de la Soare, aparatul a traversat unda de șoc.

Pe 5 noiembrie 2018, nava spațială a traversat heliopauza și a intrat în spațiul interstelar [10] .

• „ New Horizons” (2006 – prezent )

Lansat de NASA pe 19 ianuarie 2006.

Pe 17 aprilie 2021, dispozitivul a ajuns la 50 AU. de la Soare [11] .

Până în decembrie 2038 [12] , până la producerea sursei de energie radioizotopului , nava spațială va acoperi o distanță de numai 100 UA. și, astfel, nu va putea „întinde” mâna către heliopauză, așa cum au făcut ambele Voyager mai devreme [13] .

Dispozitive dezactivate

• „ Pioneer 10 ” (1972 - 2003)

Lansat de NASA la 3 martie 1972. Începând cu 27 aprilie 2002 (ultima încercare de succes de a achiziționa telemetrie ), sonda se afla la o distanță de 80,22 UA. de Pământ (mai mult de 12 miliarde km) și s-a îndepărtat cu o viteză de 12 km/s (2,54 UA pe an).

Se presupune că Pioneer 10 își continuă zborul și se îndreaptă spre steaua Aldebaran (la 65 de ani lumină de Pământ), a cărei vecinătate va ajunge în aproximativ 2 milioane de ani [14] .

• Pioneer 11 ( 1973 - 1995)

Lansat de NASA pe 6 aprilie 1973. Începând cu 30 septembrie 1995 (ultima încercare reușită de a obține telemetrie), sonda se afla la o distanță de 43,4 UA. de Pământ (mai mult de 6,5 miliarde km) și s-a îndepărtat cu o viteză de 11,4 km/s (2,4 UA pe an).

Se presupune că Pioneer 11 își continuă zborul și se îndreaptă spre constelația Aquila și va trece lângă una dintre stelele sale constitutive după aproximativ 4 milioane de ani [15] .

Proiecte de sonde interstelare

Programul Agenției Spațiale Chineze pentru studiul heliosferei și spațiului interstelar. Aceasta implică crearea a două sonde (IHP-1 și IHP-2), care, după lansarea în mai 2024, vor efectua o asistență gravitațională în apropierea lui Jupiter (martie 2029) și vor zbura către obiecte din Centura Kuiper (una dintre sonde va zbura și ea). trecut Neptun și Triton în ianuarie 2038 a anului). Până în 2049, sondele ar trebui să ajungă la o distanță de 100 UA. de la Soare [16] [17] .

Dacă au succes, IHP-1 și IHP-2 vor fi al șaselea și, respectiv, al șaptelea vehicule care părăsesc sistemul solar și primul care va fi construit în afara SUA.

Un proiect de sondă interstelară care a fost dezvoltat din 2017 ca parte a programului de heliofizică al NASA de către Laboratorul de Fizică Aplicată al Universității Johns Hopkins [18] [19] . Este de așteptat ca sonda, după ce a fost lansată în anii 2030 de către vehiculul de lansare SLS Block 2, să poată ajunge la marginea heliosferei în 15 ani și să atingă 1000 UA în 50 de ani de zbor. de la Soare, deplasându-se cu o viteză de aproximativ 95 km/s (20 UA pe an) [20] [21] .

Fezabilitatea călătoriei interstelare

Distanța până la cea mai apropiată stea de la Soare Proxima Centauri este de aproximativ 4,2 ani lumină , adică de aproximativ 268 de mii de ori distanța de la Pământ la Soare , sau de aproximativ 9 mii de ori mai mare decât distanța de la Pământ la Neptun (aproximativ 4,5 miliarde de km). sau 29,8 AU).

La începutul secolului al XXI-lea, există trei moduri fezabile de zboruri interstelare:

• zboruri lente care durează zeci și sute de mii de ani (de exemplu, stațiile automate Pioneer-10, Pioneer-11, ambele Voyagers, New Horizons) folosind motoare chimice , viteza maximă posibilă de evacuare este mai mică de 5 km / s, sonda va să poată ajunge la cea mai apropiată stea - Proxima Centauri - la doar 120 de mii de ani de la lansare. În cazul acordării unei astfel de sonde la o viteză de 100 km/s folosind motoare de rachete chimice și manevre gravitaționale în apropierea planetelor gigantice, durata zborului său către Alpha Centauri va fi de aproximativ 15 mii de ani.

• zboruri lente care durează mii de ani folosind motoare nucleare în fază solidă (vezi NERVA și RD-0410 ), viteza maximă posibilă de curgere a fluidului de lucru ( hidrogen lichid ) este de 8,9 km/s timp de 3600 de secunde (realizat de RD-0410 în timpul testelor). în condiții terestre la sfârșitul anilor 1980); atingerea unei viteze de 1000 km/s de către sondă va face posibilă atingerea Alpha Centauri abia după 1500 de ani;
• Zboruri lente care durează sute de ani folosind remorchere nucleare folosind o combinație de reactor nuclear și motoare electrice de rachetă ( ion sau magnetoplasmă) cu o viteză maximă a fluxului de fluid de lucru de zeci de km/s timp de 2-3 ani.

Astrofizicianul Boris Stern în articolul său „How to Fly from the Earth to the Stars” [23] indică faptul că cel mai accesibil sistem de propulsie pentru nivelul actual de tehnologie este un reactor nuclear în fază solidă pe uraniu-235 , care, la atingerea unui randament de 25%, va putea asigura viteza de expirare a corpului de lucru la 7000 km/s (cu un randament mai realist de 8%, viteza de iesire nu va depasi 3900 km/s).

Probleme în timpul zborului interstelar

Principalele probleme ale zborului interstelar pot fi identificate:

• Timp de zbor - termenul zborului interstelar va dura o perioadă care depășește nu numai viața medie a unei persoane, ci chiar și câteva generații de oameni.
• Probleme energetice – epuizarea RTG - urilor are loc la aproximativ 50-60 de ani de la lansare, iar utilizarea panourilor solare devine lipsită de sens după ce ajunge pe orbita lui Saturn.
• Asigurarea comunicației cu Pământul și a vitezei de transfer de date de la aparat la distanțe mari de Pământ (de exemplu, semnalul de la Voyagers lansat în 1977 poate fi recepționat de Deep Space Network doar până în 2036, adică nu mai mult de La 50 de ani de la lansare [8] ; parțial problema a fost rezolvată odată cu introducerea protocolului de comunicare în modul Beacon , care este utilizat pentru New Horizons).
• Traiectorie de zbor — nivelul actual de tehnologie permite implementarea proiectelor cu doar o traiectorie de zbor (cu posibilitatea de manevre gravitaționale pentru planete gigantice masive), fără posibilitatea de frânare și accelerare ulterioară a obiectelor care trec.
• Restricționarea masei sarcinii utile și a consumului său de energie - datorită necesității de a da sondei interstelare a treia viteză spațială, raportul dintre masa echipamentului științific și masa uscată a aparatului trebuie limitat la aproximativ 10%, iar consumul de energie ar trebui limitat la aproximativ 1 W la 1 kg de sarcină utilă. Astfel, masa de sarcină utilă a sondelor existente nu depășește 80-100 kg și, deoarece RTG-ul este epuizat, o parte din echipamentul științific trebuie oprit pentru totdeauna.

Ținte potențiale

Ținte în sistemul solar

• Cercetare din traiectoria de zbor a planetelor gigantice și a sateliților lor.
• Studiul mediului interstelar și al heliosferei.
• Studiul obiectelor trans-neptuniene : Centura Kuiper (regiunea Sistemului Solar de pe orbita lui Neptun (30 UA de la Soare) la o distanță de aproximativ 55 UA de Soare), Discul împrăștiat (cele mai notabile obiecte din această regiune sunt Eris și Sedna ), precum și norii Oort (distanța estimată până la limitele exterioare ale norului Oort față de Soare este de la 50 mii la 100 mii UA [24]  - aproximativ un an lumină ).

Target Star System

Este logic să direcționăm sonda către acel sistem stelar (de preferință nu o pitică roșie ), care, din punctul de vedere al astrobiologiei , are șansa existenței unor planete asemănătoare Pământului în Zona de viață . O opțiune alternativă este prezența planetelor gigantice cu sateliți asemănători Pământului în sistemul stelar (nu există analogi în sistemul solar, nu există obiecte similare descoperite și confirmate de la începutul anilor 20 ai secolului XXI).

De la începutul anilor 20 ai secolului XXI, nu au fost găsite sisteme planetare care să îndeplinească aceste cerințe. Cu toate acestea, telescoapele orbitale ( James Webb , PLATO ) și telescoapele uriașe de la sol vor avea o contribuție deosebită la găsirea planetelor asemănătoare Pământului în apropierea stelelor din apropiere în 20-30 de ani . Descoperirile lor vor putea identifica ținte potrivite pentru trimiterea unei sonde interstelare.

În același timp, îmbunătățirea opticii adaptive în telescoapele de la sol, creșterea capacităților telescoapelor orbitale și posibila apariție a interferometrelor spațiale în următoarele decenii (vezi Space Interferometry Mission , Darwin , Terrestrial Planet Finder ) pun la îndoială. asupra necesității de a trimite o astfel de sondă către cele mai apropiate sisteme stelare, având în vedere că zborul poate dura sute și mii de ani.

Mesaj de pe Pământ

Mesajele pământenilor unei civilizații inteligente ipotetice sunt purtate atât de Voyagers (aceștia conțin o placă cu informații aurite de 12 inci cu semnale sonore și video înregistrate) cât și de ambii Pionieri (aceștia conțin informații simbolice despre o persoană, Pământ și locația sa) . New Horizons nu poartă niciun mesaj la bord.

Note

1. ↑ Ochii NASA . Ochii NASA . Preluat: 18 aprilie 2021. (nedefinit)  (link indisponibil)
2. ↑ Morin, Monte . NASA confirmă că Voyager 1 a părăsit sistemul solar  (12 septembrie 2013). Arhivat din original pe 8 aprilie 2014. Preluat la 17 octombrie 2021.
3. ↑ Raport: NASA Voyager Status Update on Voyager 1 Location . NASA. Preluat la 20 martie 2013. Arhivat din original la 6 noiembrie 2019. (nedefinit)
4. ↑ Voyager traversează șoc de terminare . Preluat la 29 august 2013. Arhivat din original la 7 august 2011. (nedefinit)
5. ↑ Cronologia Voyager . NASA/JPL (februarie 2013). Preluat la 2 decembrie 2013. Arhivat din original la 18 martie 2011. (nedefinit)
6. ↑ Pagina de catalog pentru PIA17046 . Jurnal foto . NASA. Preluat la 27 aprilie 2014. Arhivat din original la 24 mai 2019. (nedefinit)
7. ↑ Este oficial: Voyager 1 este acum în spațiul interstelar . UniverseToday (12 septembrie 2013). Consultat la 27 aprilie 2014. Arhivat din original la 13 ianuarie 2021. (nedefinit)
8. ↑ 1 2 Voyager - Întrebări frecvente . Laborator de propulsie cu reacție . Data accesului: 30 iulie 2020. (nedefinit)
9. ↑ Jpl.Nasa.Gov. Statutul misiunii Voyager . Voyager.jpl.nasa.gov. Preluat la 15 august 2017. Arhivat din original la 15 august 2017. (nedefinit)
10. ↑ Gill, Victoria . Sonda Voyager 2 „pleacă sistemul solar”  (engleză) , BBC News  (10 decembrie 2018). Arhivat din original pe 12 aprilie 2019. Preluat la 17 octombrie 2021.
11. ↑ După ce a vizitat Pluto, nava spațială New Horizons a NASA atinge o altă piatră de hotar cosmic  , TIME (  16 aprilie 2021). Arhivat din original pe 18 aprilie 2021. Preluat la 18 aprilie 2021.
12. ↑ New Horizons Salutes Voyager . Johns Hopkins APL (17 august 2006). Consultat la 3 noiembrie 2009. Arhivat din original pe 13 noiembrie 2014. (nedefinit)
13. ↑ Sonda New Horizons pentru a studia trei obiecte din Centura Kuiper la distanță în  mai . N+1 (27 martie 2021). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 19 octombrie 2021.
14. ↑ Misiunile Pionierului . NASA (26.03.2007). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 29 iunie 2011. (nedefinit)
15. ↑ Administrator NASA . The Pioneer Missions  (engleză) , NASA  (26 martie 2007). Arhivat din original pe 29 iunie 2011. Preluat la 16 aprilie 2017.
16. ↑ China ia în considerare o misiune de tip Voyager în spațiul interstelar . Societatea Planetară (19.11.2019). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 2 decembrie 2021. (nedefinit)
17. ↑ China va lansa o pereche de nave spațiale spre marginea sistemului solar , SpaceNews , SpaceNews (16 aprilie 2021). Preluat la 17 octombrie 2021.
18. ↑ Sondă interstelară pe termen scurt: Primul pas . Acta Astronautica (09.01.2019). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 17 octombrie 2021. (nedefinit)
19. ↑ Sondă interstelară . APL (07.12.2019). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 22 septembrie 2022. (nedefinit)
20. ↑ Sondarea spațiului adânc cu Interstellar . Uniunea Europeană a Geoștiințelor (26.04.2021). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 11 octombrie 2021. (nedefinit)
21. ↑ NASA va trimite geamănului New Horizons o mie de unități astronomice de la Soare. N+1 (28.04.2021). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 17 octombrie 2021. (nedefinit)
22. ↑ Talbert, Tricia Noile orizonturi ale NASA atinge o piatră de hotar rara în spațiu . NASA (15 aprilie 2021). Preluat la 18 aprilie 2021. Arhivat din original la 22 august 2022. (nedefinit)
23. ↑ Cum să zbori de pe Pământ la stele . Opțiunea Trinity - Știință (11.03.2020). Preluat la 19 octombrie 2021. Arhivat din original la 24 octombrie 2021. (nedefinit)
24. ↑ Originea și evoluția dinamică a cometelor și a rezervoarelor lor . arxiv.org (28.02.2009). Preluat la 17 octombrie 2021. Arhivat din original la 12 mai 2020. (nedefinit)

Vezi și

• Lista de stele și substele din apropiere
• heliosferă
• Reactoare nucleare pe vehicule spațiale