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Das Daedalus-Projekt: ein automatisches Raumschiff aus den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts



Bisher kann man nur davon träumen, zu den Sternen zu fliegen. Es ist eine schwierige Aufgabe, auf einem Raumschiff für eine vernünftige Zeit (z. B. die Lebensspanne einer Person) zu einem der benachbarten Sterne zu fliegen. Es ist auch unpraktisch, Raumschiffe mit einer großen Anzahl von Kolonisten in der Hoffnung zu senden, dass auch die fünfte oder zehnte Generation das Ziel erreicht. Am Ende ist nicht bekannt, was der außerirdische Stern auf die Kolonisten warten wird. Vielleicht gibt es nur Gasriesen oder Planeten, die für die Besiedlung ungeeignet sind.

Projekte interstellarer Raumschiffe scheinen bisher zu kompliziert, um in unserer Zeit umgesetzt zu werden. Sogar das relativ einfache Breakthrough Starshot- Projekt(einfach im Vergleich zu anderen interstellaren Raumfahrzeugprojekten) kann nur realisiert werden, wenn moderne Technologien verbessert werden. Auf der anderen Seite scheinen interstellare Flüge nicht mehr unglaublich zu sein. In vielerlei Hinsicht verdanken wir dieses technische Projekt dem automatischen Raumschiff Daedalus. Anstatt Hyper-Engine-Flugkonzepte zu erfinden, beschlossen die Autoren, die Angelegenheit so praktisch wie möglich anzugehen und dabei vorhandene Technologien oder Technologien der nahen Zukunft als Grundlage zu verwenden. Das Projekt wurde in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt.

Spezialisten der British Interplanetary Society arbeiteten am Design von Daedalus. Sie lehnten zunächst die Idee ab, ein bemanntes Raumschiff zu schaffen, und beschlossen, eine automatische Sonde zu schaffen. Ursprünglich war das Gerät als wissenschaftliche Drohne konzipiert, die in 50 Jahren den Stern von Barnard erreichen sollte . Das Schiff wurde so konstruiert, dass es nicht nur zum Stern von Barnard, sondern auch zu jedem anderen Stern im beobachtbaren Universum geschickt werden konnte.

Laut Wissenschaftlern muss der Daedalus in der Erdumlaufbahn gebaut werden. Die geplante Masse des Schiffes beträgt 54.000 Tonnen, einschließlich 50.000 Tonnen Treibstoff und 500 Tonnen Nutzlast (hauptsächlich wissenschaftliche Instrumente). Laut den Entwicklern sollte "Daedalus" aus zwei Schritten bestehen. Die erste Stufe dient ausschließlich dazu, ein Raumschiff auf 7,1% der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Sobald das Schiff diese Geschwindigkeit erreicht hat, wird die erste Stufe abgedockt. Danach wird der Motor der zweiten Stufe eingeschaltet, wodurch die Geschwindigkeit des Schiffes auf 12% Licht erhöht wird. Nach Angaben der Konstrukteure müsste das Schiff etwa 4 Jahre lang auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigen. Aufgrund der extremen Arbeitsbedingungen war geplant, eine Reihe von Motorelementen aus einer Molybdänlegierung mit Titan, Kohlenstoff und Zirkonium herzustellen. Eine solche Legierung behält ihre Eigenschaften auch bei extrem niedrigen Temperaturen.



Bei der Entwicklung eines Raumschiffs berücksichtigten die Wissenschaftler verschiedene Motoroptionen. Unter anderem wurden ein elektrischer Raketentriebwerk mit einem Kernreaktor und ein kontrollierter Fusionsmotor in Betracht gezogen. Sie wurden wegen angeblich geringer Traktion und hohem Gewicht ausgeschlossen. Um mit solchen Motoren die gewünschte Drehzahl von 7,1% zu erreichen, müsste Daedalus Hunderte von Jahren aufwenden.

Eine thermische Nuklearrakete wurde ebenfalls als eine der Optionen angesehen, aber in diesem Fall müsste eine große Menge Treibstoff verbraucht werden. Schon damals untersuchten Wissenschaftler die Möglichkeit, einen Photonenmotor mit einem Schub von 3 x 10 9 einzusetzenWatt pro 1 kg Raumschiffmasse. Hier müssten wir einen riesigen Spiegel mit einer perfekten Spiegeloberfläche schaffen. In den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts war dies unmöglich (und in der Praxis sogar jetzt kaum machbar), so dass diese Option ebenfalls aufgegeben wurde.

Das Ramjet-Triebwerk von Bassard passte ebenfalls nicht, da für seinen Betrieb eine relativ hohe Materiedichte im Raum erforderlich ist und die Dichte im interstellaren Raum unzureichend ist (1 Atom / cm 3 ). Die Nachteile des Bassard-Motors sind auch der große Durchmesser des Trichters und die hohe Leistung des elektrischen Feldes, um die normale Funktion des Motors sicherzustellen. Infolgedessen entschieden sich Experten für einen gepulsten thermonuklearen Raketentriebwerk . Dieser Motor verwendet Pellets mit einer Mischung aus Deuterium und Helium-3.

Ein Brennstoffpellet mit thermonuklearem Brennstoff wird in die Kugelkammer des Reaktors eingespeist - eine komplexe Struktur eines Gemisches gefrorener Brennstoffkomponenten in einer Hülle mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern. Auf der Außenseite der Kammer befinden sich leistungsstarke - etwa Hunderte von Terawatt - Lasern, deren Nanosekunden-Strahlungsimpuls durch optisch transparente Fenster in den Kammerwänden auf das Brennstoffpellet fällt. Gleichzeitig wird auf der Oberfläche des Brennstoffpellets eine Zone mit einer Temperatur von mehr als 100 Millionen Grad bei einem Druck von Millionen Atmosphären erzeugt - Bedingungen, die ausreichen, um eine thermonukleare Reaktion auszulösen. Eine thermonukleare Mikroexplosion tritt mit einer Kapazität von mehreren hundert Kilogramm TNT auf.

Die Häufigkeit solcher Explosionen in der Kammer des Daedalus-Projekts betrug etwa 250 pro Sekunde, was die Zufuhr von Treibstofftargets mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 km / s unter Verwendung einer elektromagnetischen Pistole erforderte. Die Reaktion ist in diesem Fall wie folgt: 2H + 3He = 4He + p. mit einer Energieausbeute von 18,3 MeV. Die Vorteile dieser Reaktion sind, dass etwa 5% der Leistung in Form von Neutronen freigesetzt werden (und im Fall eines Deuterium + Tritium-Gemisches in Form von Neutronen bis zu 80% der Leistung freigesetzt werden), weitere 20% in Form von Röntgenstrahlung freigesetzt werden. Alle andere Energie kann verwendet werden, um einen Strahlantrieb zu erzeugen.



Helium-3 kann auf der Erde nicht in den richtigen Mengen erhalten werden, es wird hier praktisch nicht gefunden. Daher beschlossen die Wissenschaftler, es entweder in der Atmosphäre des Jupiter (was auf absehbare Zeit nicht sehr realistisch ist) oder auf dem Mond abzubauen, der realer ist.

Die zweite Stufe des Daedalus ist ein komplexes und perfektes Raumschiff. Das Design umfasst ein optisches 5-Meter-Teleskop und zwei 20-Meter-Radioteleskope. Mit diesen Werkzeugen sollte die Umgebung des Sterns Barnard untersucht werden. Die erhaltenen Daten sollten mit einer 40-Meter-Düse des Motors der zweiten Stufe als Antenne zur Erde gesendet werden.

Da das Bremsen des Schiffes nicht vorgesehen ist, schlugen Experten für eine zusätzliche Untersuchung der Umgebung des Sterns von Barnard die Verwendung autonomer Sonden kleinerer Größe vor. Einige Jahre bevor sie das Ziel erreichten, mussten sich die Sonden vom Daedalus abkoppeln und alleine zum Stern von Barnard fliegen. Jede Sonde musste mit Kameras, Spektrometern und anderen wissenschaftlichen Geräten ausgestattet sein. Die Geschwindigkeit der Sonden beträgt 12% Licht. Jeder von ihnen sollte einen eigenen Kernionenmotor haben.

Um das Schiff und seine Elemente vor Kollisionen mit interstellaren Partikeln zu schützen, schlugen die Autoren des Projekts die Installation eines Schildes aus Beryllium vor. Die Dicke der Scheibe sollte 7 mm betragen, die Masse der Scheibe wird in diesem Fall 50 Tonnen erreichen. Wenn größere Objekte gefunden werden, mit denen der Schild nicht fertig wird, sollte das Schiff Partikelwolken ausstoßen, die sich bis zu 200 km vom Schiff entfernt bewegen würden. Um den Schaden an Bord der Daedalus zu reparieren, schlugen sie vor, ein Team mechanischer Mechaniker zu laden, die die schwierigsten Probleme lösen würden.



Technische Daten


  • Schiffslänge: 190 Meter
  • Nutzlastmasse: 450 Tonnen
  • Masse der ersten Stufe ohne Kraftstoff: 1.690 Tonnen
  • Masse der zweiten Stufe ohne Kraftstoff: 980 Tonnen
  • Kraftstoffmasse der ersten Stufe: 46.000 Tonnen
  • Kraftstoffmasse der zweiten Stufe: 4000 Tonnen
  • Dauer der Motoren der ersten Stufe: 2,05 Jahre
  • : 1,76
  • : 7540000
  • : 663000

Im Allgemeinen ist Daedalus das erste Raumschiffprojekt, das von Wissenschaftlern sorgfältig entworfen wurde. Es gibt viele Situationen, die während des Fluges auftreten können. Natürlich gibt es Probleme. Das Hauptproblem ist die Schwierigkeit bei der Implementierung einer Reihe von Technologien, die für die Konstruktion des Schiffes vorgeschlagen werden. Dies ist ein gepulster thermonuklearer Raketentriebwerk und ein Schild aus Beryllium und Helium-3. Ein solches Schiff kann leider noch nicht gebaut werden, selbst wenn die gesamte Menschheit seine Umsetzung aufnehmen wird. Der Vorteil des Projekts besteht darin, dass es das Potenzial für das Fliegen zu den Sternen aufzeigt und interstellare Flüge von der Fantasy-Kategorie in die Technologiekategorie einer nicht allzu fernen Zukunft überträgt.

Daedalus hat ein verwandtes Projekt, Ikarus, über das ich gerne näher sprechen möchte.

Projekt "Ikarus"



Ikarus-Autoren sagen, Daedalus habe sie dazu inspiriert, ihr eigenes Schiff zu entwickeln. Die Teams der British Interplanetary Society und Icarus Interstellar arbeiten daran . Das Ikarus-Projekt ist ein Daedalus, der entsprechend der technologischen Entwicklung und unserem Wissen über das Universum verbessert und modifiziert wurde. Die Mitglieder beider Teams sind Wissenschaftler, Ingenieure und Enthusiasten, die hoffen, bis 2100 ein echtes interstellares Schiff zu entwickeln. Einige Mitglieder des Ikarus-Teams haben zuvor an der Entwicklung von Daedalus gearbeitet.

Ein solches Raumschiff sollte planmäßig in der Lage sein, jeden von der Erde entfernten Stern in einem Radius von 15 bis 22 Lichtjahren zu erreichen. 56 Sterne befinden sich in einer Entfernung von 15 Lichtjahren von uns. Am besten geeignet für Studien sind Epsilon Eridana (10,5 Lichtjahre von der Erde entfernt), Gliese 674 (14,8 Lichtjahre) und Proxima Centauri. Wie Astronomen herausgefunden haben, hat der Stern von Barnard kein Planetensystem, daher macht es einfach keinen Sinn, dorthin zu fliegen. Gleichzeitig soll das Raumschiff zu dem benachbarten Stern geschickt werden, auf dem ein potenziell bewohnter Exoplanet entdeckt wurde (ein aktuelles Beispiel ist der Planet in Proxima Centauri).

Proxima Centauri b(auch bekannt als Proxima b) ist ein Exoplanet, der den roten Zwerg von Proxima Centauri umkreist, dem sonnennächsten Stern. Es befindet sich in einer Entfernung von etwa 4,22 Lichtjahren (1,3 Parsec, 40 Billionen km) von der Erde im Sternbild Centaurus. Es ist der nächstgelegene bekannte Exoplanet und gleichzeitig der nächstgelegene Exoplanet in der bewohnbaren Zone. Die Mitarbeiter des European Southern Observatory haben diesen Planeten Anfang August dieses Jahres entdeckt.

Die Entdeckung mehrerer Exoplaneten in der bewohnbaren Zone einer Reihe von Sternen in der Nähe ist ein wesentliches Element des Ikarus-Projektplans. Schließlich muss das Raumschiff von den Kräften der gesamten Menschheit gebaut werden. Und wenn ein solcher Apparat, der zu einem anderen Stern geflogen ist, dort nur ein paar Gasriesen findet oder überhaupt keine Planeten findet, kann dies als, wenn nicht als Misserfolg, dann nicht als sehr positives Ergebnis der gesamten Mission angesehen werden. Das Studium eines erdähnlichen Planeten mit einem anderen Stern ist ein maximales Programm, das alle Projektteilnehmer zufriedenstellt.

Der Unterschied zwischen dem Ikarus-Projekt und dem Daedalus besteht darin, dass das Schiff auf dem Weg zum Ziel den Weltraum im Detail untersucht. Der Daedalus sollte das untersuchte System in zwei bis drei Tagen durchqueren. "Ikarus" sollte laut Plan am letzten Punkt für eine detailliertere Studie verweilen. Wie die Verzögerung organisiert wird, ist noch nicht klar.

Wie oben erwähnt, ist Ikarus in seinen Fähigkeiten und Eigenschaften seinem Vorgänger ziemlich ähnlich, weist jedoch eine Reihe von Unterschieden auf. Die Hauptsache ist die Ablehnung von Helium-3 als Kraftstoff. Stattdessen wird reines Deuterium vorgeschlagen. Ja, wenn man damit arbeitet, geht viel Energie als Neutronen verloren, aber Deuterium ist der Brennstoff, der dem Menschen zur Verfügung steht. Verfügbar ab sofort, nicht in 100 Jahren. Weder Flüge nach Jupiter noch die Gewinnung von Helium-3 auf dem Mond sind erforderlich. Wenn ein Weg gefunden wird, ausreichende Mengen dieses Elements zu erhalten, damit der Motor des Schiffes auf der Erde arbeiten kann, kann das vorherige Deuterium-Helium-3-Schema zurückgegeben werden.

Die Frage nach einer kontrollierten thermonuklearen Reaktion bleibt offen. Jetzt arbeiten Wissenschaftler aktiv an der Schaffung kommerziell realisierbarer Fusionsreaktoren auf der Erde. Es ist durchaus möglich, dass mit der Schaffung einer solchen Technologie und ihrer schrittweisen Verfeinerung die Entwicklung eines Fusionsreaktors für ein Raumschiff zu einer echten Herausforderung wird. Aufgrund der Tatsache, dass der Fusionsreaktor noch nicht wesentlich reduziert werden kann, muss das Schiff groß gemacht werden. Anfangs wollten die Autoren von Ikarus die Größe ihres interstellaren Schiffes reduzieren, aber nach einer Reihe von Berechnungen stellte sich heraus, dass dies fast unmöglich war. Das kleinste Raumschiff mit einem Kernkraftwerk wiegt Zehntausende Tonnen.

Der Ikarus wird in der Erdumlaufbahn gebaut. Um ein so großes Schiff bauen zu können, ist eine erhebliche Anzahl kleinerer Transportschiffe erforderlich. Sie werden die Gestaltungselemente des Schiffes, der Menschen und des Treibstoffs liefern.



Jetzt gibt es keine geeigneten Transportarbeiter, aber es gibt bereits Ideen für ihre Schaffung. Eine der Ideen wird von einer Gruppe von Ingenieuren unter der Leitung von Alan Bond gefördert (dies ist ein Ingenieur, der auch am Daedalus-Projekt gearbeitet hat). Das Transportschiff sollte von Natur aus klein, wirtschaftlich und schnell sein. Außerdem sollte es eine ziemlich hohe Tragfähigkeit haben. Wissenschaftler haben einen solchen Träger "Cyclops" genannt.

Das Team von Icarus Interstellar entwickelt außerdem Technologien, mit denen in Zukunft bemannte Raumschiffe zu den Sternen geschickt werden können. Alle Entwicklungen in dieser Richtung werden im Rahmen des Persephone-Projekts durchgeführt . Die Hauptaufgabe besteht darin, auf dem Schiff ein lokales Ökosystem zu schaffen, das das Leben der Piloten während des gesamten Fluges unterstützen kann. Darüber hinaus muss sich ein solches Ökosystem entsprechend den sich ändernden Bedürfnissen der Bewohner des interstellaren bemannten Raumfahrzeugs ändern.

Um die von den Autoren gesetzten Ziele zu erreichen, sind, wie sie selbst glauben, die gemeinsamen Anstrengungen von Wirtschaftsvertretern, Beamten, Wissenschaftlern und interstellaren Flugbegeisterten erforderlich. Die Teilnehmer des Ikarus-Projekts sagen, dass jetzt die Zeit gekommen ist, in der eine Person das Sonnensystem verlassen und zu den Sternen fliegen muss, um sie zu kolonisieren.

Source: https://habr.com/ru/post/de397217/

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