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El proyecto Daedalus: una nave espacial automática originaria de los años 70 del siglo pasado



Hasta ahora, solo se puede soñar con volar a las estrellas. Volar a cualquiera de las estrellas vecinas en una nave espacial durante un tiempo razonable (por ejemplo, la vida de una persona) es una tarea difícil. Enviar naves espaciales con un gran número de colonos con la esperanza de que la quinta o décima generación también alcance el objetivo tampoco es práctico. Al final, no se sabe qué esperará la estrella alienígena a los colonos. Tal vez solo habrá gigantes gaseosos o planetas no aptos para el asentamiento.

Los proyectos de naves espaciales interestelares hasta ahora parecen demasiado complicados para ser implementados en nuestro tiempo. Incluso el relativamente sencillo proyecto Breakthrough Starshot(simple en comparación con otros proyectos de naves espaciales interestelares) solo se puede realizar si se mejoran las tecnologías modernas. Por otro lado, los vuelos interestelares ya no parecen increíbles. En muchos aspectos, le debemos este proyecto técnico a la nave espacial automática Daedalus. En lugar de inventar conceptos de vuelo hipermotor, sus autores decidieron abordar el asunto de la manera más práctica posible, tomando como base las tecnologías existentes o las tecnologías del futuro cercano. El proyecto se desarrolló en los años 70 del siglo pasado.

Los especialistas de la Sociedad Interplanetaria Británica trabajaron en el diseño de Daedalus. Inicialmente rechazaron la idea de crear una nave espacial tripulada, y decidieron crear una sonda automática. Inicialmente, el dispositivo fue concebido como un avión no tripulado científico, que se suponía que llegaría a la estrella de Barnard en 50 años. La nave fue diseñada de tal manera que podría enviarse no solo a la estrella de Barnard, sino también a cualquier otra estrella en el Universo observable.

Según los científicos, el Daedalus debe construirse en la órbita de la Tierra. La masa prevista del barco es de 54,000 toneladas, incluidas 50,000 toneladas de combustible y 500 toneladas de carga útil (principalmente instrumentos científicos). Según los desarrolladores, "Daedalus" debe constar de dos pasos. La primera etapa está diseñada exclusivamente para acelerar una nave espacial al 7.1% de la velocidad de la luz.

Tan pronto como el barco alcanza esta velocidad, la primera etapa se desacopla, después de lo cual se enciende el motor de la segunda etapa, aumentando la velocidad del barco al 12% de luz. Según los diseñadores, el barco tendría que acelerar a una velocidad predeterminada durante aproximadamente 4 años. Debido a las condiciones de trabajo extremas, se planeó que varios elementos del motor estuvieran hechos de una aleación de molibdeno con titanio, carbono y circonio. Tal aleación conserva sus propiedades incluso a temperaturas extremadamente bajas.



Al diseñar una nave estelar, los científicos consideraron varias opciones de motor. Entre otras opciones, se consideraron un motor de cohete eléctrico con un reactor nuclear y un motor de fusión controlada. Fueron excluidos debido a la supuesta baja tracción y peso pesado. Para lograr la velocidad deseada de 7.1% con tales motores, Daedalus tendría que pasar cientos de años.

Un misil nuclear térmico también se consideró como una de las opciones, pero en este caso habría que gastar una gran cantidad de combustible. Incluso entonces, los científicos estaban estudiando la posibilidad de usar un motor de fotones con un empuje de 3 x 10 9Watt por 1 kg de masa de nave espacial. Aquí tendríamos que crear un espejo enorme con una superficie de espejo perfecta. En los años 70 del siglo pasado, esto era imposible (e incluso ahora difícilmente factible en la práctica), por lo que esta opción también se abandonó.

El motor ramjet de Bassard tampoco encajaba, porque su funcionamiento requiere una densidad de materia relativamente alta en el espacio, y en el espacio interestelar la densidad es insuficiente (1 átomo / cm 3 ). Las desventajas del motor Bassard también son el gran diámetro del embudo y la alta potencia del campo eléctrico para garantizar el funcionamiento normal del motor. Como resultado, los expertos eligieron un motor de cohete termonuclear pulsado . Este motor utiliza gránulos con una mezcla de deuterio y helio-3.

Se alimenta una pastilla de combustible con combustible termonuclear a la cámara esférica del reactor, una estructura compleja de una mezcla de componentes de combustible congelados en una carcasa de varios milímetros de diámetro. En el exterior de la cámara hay potentes láseres, alrededor de cientos de teravatios, cuyo pulso de radiación de nanosegundos, a través de ventanas ópticamente transparentes en las paredes de la cámara, cae sobre la pastilla de combustible. Al mismo tiempo, se crea una zona con una temperatura de más de 100 millones de grados a una presión de millones de atmósferas en la superficie del gránulo de combustible, condiciones suficientes para iniciar una reacción termonuclear. Se produce una microexplosión termonuclear con una capacidad de varios cientos de kilogramos de TNT.

La frecuencia de tales explosiones en la cámara en el proyecto Daedalus era de aproximadamente 250 por segundo, lo que requería el suministro de objetivos de combustible a una velocidad de más de 10 km / s utilizando un arma electromagnética. La reacción en este caso es la siguiente: 2H + 3He = 4He + p. con un rendimiento energético de 18.3 MeV. Las ventajas de esta reacción son que aproximadamente el 5% de la energía se libera en forma de neutrones (y en el caso de una mezcla de deuterio + tritio en forma de neutrones, se libera hasta el 80% de la energía), otro 20% se libera en forma de radiación de rayos X. Toda otra energía se puede usar para crear propulsión a chorro.



El helio-3 no se puede obtener en las cantidades correctas en la Tierra, prácticamente no se encuentra aquí. Por lo tanto, los científicos decidieron extraerlo en la atmósfera de Júpiter (que no es muy realista en el futuro previsible) o en la luna, que es más real.

La segunda etapa del Daedalus es una nave espacial compleja y perfecta. Su diseño incluye un telescopio óptico de 5 metros y dos radiotelescopios de 20 metros. Con estas herramientas, se planeó estudiar los alrededores de la estrella Barnard. Se planeó enviar los datos obtenidos a la Tierra usando una boquilla de 40 metros del motor de segunda etapa como antena.

Dado que no se proporciona el frenado de la nave, para un estudio adicional de la vecindad de la estrella de Barnard, los expertos propusieron el uso de sondas autónomas de menor tamaño. Unos años antes de llegar al objetivo, las sondas tuvieron que desacoplarse del Daedalus y volar a la estrella de Barnard por su cuenta. Cada sonda tenía que estar equipada con cámaras, espectrómetros y otros equipos científicos. La velocidad de las sondas es 12% de luz. Cada uno de ellos debería tener su propio motor de iones nucleares.

Para proteger la nave y sus elementos de colisiones con partículas interestelares, los autores del proyecto propusieron la instalación de un escudo de berilio. El grosor del disco debe ser de 7 mm, la masa del disco en este caso alcanzará las 50 toneladas. Si se encuentran objetos más grandes que el escudo no podría hacer frente, la nave debería arrojar nubes de partículas que viajarían hasta 200 km de la nave. Para reparar el daño a bordo del Daedalus, sugirieron cargar un equipo de reparadores mecánicos que resolverían los problemas más difíciles.



Especificaciones


  • Longitud del barco: 190 metros
  • Masa de carga útil: 450 toneladas
  • Masa de la primera etapa sin combustible: 1.690 toneladas.
  • Segunda etapa masa sin combustible: 980 toneladas
  • Masa de combustible de primera etapa: 46,000 toneladas
  • Segunda etapa de masa de combustible: 4000 toneladas
  • Duración de los motores de primera etapa: 2.05 años.
  • : 1,76
  • : 7540000
  • : 663000

En general, Daedalus es el primer proyecto de nave espacial diseñado cuidadosamente por científicos. Hay muchas situaciones que pueden surgir durante el vuelo. Por supuesto, hay problemas. La principal es la dificultad para implementar una serie de tecnologías que se propone utilizar en el diseño del barco. Este es un motor de cohete termonuclear pulsado, y un escudo de berilio y helio-3. Tal nave, desafortunadamente, aún no es posible construir, incluso si toda la humanidad se encargará de su implementación. La ventaja del proyecto es que mostró el potencial para volar a las estrellas, transfiriendo vuelos interestelares desde la categoría de fantasía a la categoría de tecnología de un futuro no muy lejano.

Daedalus tiene un proyecto relacionado, Icarus, del que me gustaría hablar con más detalle.

Proyecto "Ícaro"



Los autores de Icarus dicen que Dédalo los inspiró a desarrollar su propio barco. Los equipos de la Sociedad Interplanetaria Británica y Icarus Interstellar están trabajando en ello . El proyecto Icarus es un Daedalus que se ha mejorado y modificado de acuerdo con la evolución de la tecnología y nuestro conocimiento del Universo. Los miembros de ambos equipos son científicos, ingenieros y entusiastas que esperan desarrollar un barco interestelar real para el año 2100. Algunos miembros del equipo de Icarus trabajaron previamente en el desarrollo de Daedalus.

Tal nave espacial, de acuerdo con el plan, debería poder alcanzar cualquier estrella ubicada desde la Tierra dentro de un radio de 15-22 años luz. 56 estrellas se encuentran a una distancia de 15 años luz de nosotros. Los más adecuados para el estudio son Epsilon Eridana (ubicada a 10.5 años luz de la Tierra), Gliese 674 (14.8 años luz) y Proxima Centauri. Como descubrieron los astrónomos, la estrella de Barnard no tiene un sistema planetario, por lo que simplemente no tiene sentido volar allí. Al mismo tiempo, se planea enviar la nave espacial a la estrella vecina donde se descubrió un exoplaneta potencialmente habitado (un ejemplo reciente es el planeta en Proxima Centauri).

Proxima Centauri b(también conocido como Proxima b) es un exoplaneta que orbita la enana roja de Proxima Centauri, la estrella más cercana al Sol. Se encuentra a una distancia de aproximadamente 4.22 años luz (1.3 parsecs, 40 billones de km) de la Tierra en la constelación Centaurus. Es el exoplaneta más cercano conocido y al mismo tiempo el exoplaneta más cercano ubicado en la zona habitable. El personal del Observatorio Europeo Austral descubrió este planeta a principios de agosto de este año.

El descubrimiento de varios exoplanetas en la zona habitable de varias estrellas cercanas es un elemento esencial del plan del proyecto Icarus. Después de todo, la nave espacial tendrá que ser construida por las fuerzas de toda la humanidad. Y si tal aparato, que ha volado a otra estrella, encuentra allí solo un par de gigantes gaseosos o no encuentra planetas en absoluto, entonces esto puede considerarse, si no es un fracaso, entonces no es un resultado muy positivo de toda la misión. Estudiar un planeta similar a la Tierra con otra estrella es un programa máximo que satisfará a todos los participantes del proyecto.

La diferencia entre el proyecto Icarus y el Daedalus es que en el camino hacia el objetivo, la nave estudiará el espacio en detalle. Se suponía que el Daedalus cruzaría el sistema en estudio en dos o tres días. "Ícaro", según el plan, debería demorarse en el punto final para un estudio más detallado. Cómo se organizará la demora aún no está claro.

Icarus, como se mencionó anteriormente, es bastante cercano en capacidades y características a su predecesor, pero tiene una serie de diferencias. Lo principal es el rechazo de Helium-3 como combustible. En cambio, se sugiere deuterio puro. Sí, cuando trabaje con él, mucha energía desaparecerá como neutrones, pero el deuterio es el combustible disponible para los humanos. Disponible ahora, no en 100 años. No se requerirán vuelos a Júpiter ni la extracción de helio-3 en la luna. Es cierto que si se encuentra una forma de obtener cantidades suficientes de este elemento para que el motor de la nave funcione en la Tierra, entonces se puede devolver el esquema anterior de deuterio-helio-3.

La cuestión de llevar a cabo una reacción termonuclear controlada permanece abierta. Ahora los científicos están trabajando activamente en la creación de reactores de fusión comercialmente viables en la Tierra. Es completamente posible que con la creación de dicha tecnología y su refinamiento gradual, el desarrollo de un reactor de fusión para una nave espacial se convierta en un verdadero desafío. Debido al hecho de que el reactor de fusión aún no se puede reducir significativamente, el barco tendrá que hacerse grande. Inicialmente, los autores de Icarus querían reducir el tamaño de su nave interestelar, pero después de una serie de cálculos resultó que esto era casi imposible. La nave espacial más pequeña con un motor termonuclear pesará decenas de miles de toneladas.

El Ícaro se construirá en la órbita de la Tierra. Para poder construir un barco tan grande, se requiere un número significativo de barcos de transporte más pequeños. Proporcionarán los elementos de diseño del barco, personas, combustible.



Ahora no hay trabajadores de transporte adecuados, pero ya hay ideas para su creación. Una de las ideas está siendo promovida por un grupo de ingenieros liderado por Alan Bond (este es un ingeniero que también trabajó en el proyecto Daedalus). El barco de transporte, por diseño, debe ser pequeño, económico y rápido. Además, debe tener una capacidad de carga bastante alta. Los científicos han llamado a este portador "Cyclops".

El equipo interestelar Icarus también está desarrollando tecnologías que en el futuro permitirán enviar naves espaciales tripuladas a las estrellas. Todos los desarrollos en esta dirección se llevan a cabo en el marco del proyecto Perséfone . La tarea principal es crear un ecosistema local en el barco capaz de soportar la vida de los pilotos durante todo el vuelo. Además, dicho ecosistema debe cambiar de acuerdo con las necesidades cambiantes de los habitantes de la nave espacial tripulada interestelar.

Para lograr los objetivos establecidos por los autores, como ellos mismos creen, se requieren los esfuerzos combinados de representantes comerciales, funcionarios, científicos y entusiastas de los vuelos interestelares. Los participantes en el proyecto Icarus dicen que ha llegado el momento en que una persona necesita salir del sistema solar y volar a las estrellas para colonizarlas.

Source: https://habr.com/ru/post/es397217/

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