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Le projet Daedalus: un vaisseau spatial automatique originaire des années 70 du siècle dernier



Jusqu'à présent, on ne peut que rêver de voler vers les étoiles. Voler vers l'une des étoiles voisines sur un vaisseau spatial pour une période saine (disons, la durée de vie d'une personne) est une tâche difficile. Il est également impossible d'envoyer des vaisseaux avec un grand nombre de colons dans l'espoir que la cinquième ou la dixième génération atteindra également la cible. En fin de compte, on ne sait pas ce que l'étoile extraterrestre attendra pour les colons. Peut-être n'y aura-t-il que des géantes gazeuses ou des planètes impropres à la colonisation.

Les projets de vaisseaux spatiaux interstellaires semblent jusqu'à présent trop compliqués pour être mis en œuvre à notre époque. Même le projet Breakthrough Starshot relativement simple(simple par rapport à d'autres projets de vaisseaux spatiaux interstellaires) ne peut être réalisé que si les technologies modernes sont améliorées. En revanche, les vols interstellaires ne semblent plus incroyables. À bien des égards, nous devons ce projet technique au vaisseau spatial automatique Daedalus. Au lieu d'inventer des concepts de vol hypermoteurs, ses auteurs ont décidé d'aborder la question le plus concrètement possible, en prenant comme base les technologies existantes ou les technologies du futur proche. Le projet a été développé dans les années 70 du siècle dernier.

Des spécialistes de la British Interplanetary Society ont travaillé sur la conception de Daedalus. Ils ont d'abord rejeté l'idée de créer un vaisseau spatial habité, décidant de créer une sonde automatique. Initialement, l'appareil a été conçu comme un drone scientifique, qui devait atteindre l' étoile de Barnard en 50 ans. Le navire a été conçu de manière à pouvoir être envoyé non seulement à l'étoile de Barnard, mais aussi à toute autre étoile de l'univers observable.

Selon les scientifiques, le Daedalus doit être construit sur l'orbite de la Terre. La masse prévue du navire est de 54 000 tonnes, dont 50 000 tonnes de carburant et 500 tonnes de charge utile (principalement des instruments scientifiques). Selon les développeurs, "Daedalus" devrait comprendre deux étapes. La première étape est conçue exclusivement pour accélérer un vaisseau spatial à 7,1% de la vitesse de la lumière.

Dès que le navire atteint cette vitesse, le premier étage est désamarré, après quoi le moteur du deuxième étage est allumé, augmentant la vitesse du navire à 12% de lumière. Selon les concepteurs, le navire devrait accélérer à une vitesse prédéterminée pendant environ 4 ans. En raison des conditions de travail extrêmes, un certain nombre d'éléments du moteur étaient prévus en alliage de molybdène avec du titane, du carbone et du zirconium. Un tel alliage conserve ses propriétés même à des températures extrêmement basses.



Lors de la conception d'un vaisseau spatial, les scientifiques ont envisagé plusieurs options de moteur. Entre autres options, un moteur-fusée électrique avec un réacteur nucléaire et un moteur à fusion contrôlée ont été envisagés. Ils ont été exclus en raison d'une traction prétendument faible et d'un poids élevé. Pour atteindre la vitesse souhaitée de 7,1% avec de tels moteurs, Daedalus devrait passer des centaines d'années.

Un missile nucléaire thermique était également considéré comme l'une des options, mais dans ce cas, une énorme quantité de carburant devrait être dépensée. Même alors, les scientifiques étudiaient la possibilité d'utiliser un moteur à photons avec une poussée de 3 x 10 9Watt par 1kg de masse de vaisseau spatial. Ici, il faudrait créer un immense miroir avec une surface de miroir parfaite. Dans les années 70 du siècle dernier, cela était impossible (et même aujourd'hui difficilement réalisable dans la pratique), cette option a donc également été abandonnée.

Le moteur statoréacteur de Bassard ne convenait pas non plus, car son fonctionnement nécessite une densité de matière relativement élevée dans l'espace, et dans l'espace interstellaire la densité est insuffisante (1 atome / cm 3 ). Les inconvénients du moteur Bassard sont également le grand diamètre de l'entonnoir et la puissance élevée du champ électrique pour assurer le fonctionnement normal du moteur. En conséquence, les experts ont choisi un moteur-fusée thermonucléaire pulsé . Ce moteur utilise des pastilles avec un mélange de deutérium et d'hélium-3.

Une pastille de combustible avec du combustible thermonucléaire est introduite dans la chambre sphérique du réacteur - une structure complexe d'un mélange de composants de combustible congelés dans une coque de plusieurs millimètres de diamètre. À l'extérieur de la chambre, il y a des lasers puissants - environ des centaines de térawatts - dont l'impulsion nanoseconde de rayonnement à travers les fenêtres optiquement transparentes dans les parois de la chambre tombe sur la pastille de combustible. Dans le même temps, une zone avec une température de plus de 100 millions de degrés à une pression de millions d'atmosphères est créée à la surface de la pastille de combustible - des conditions suffisantes pour initier une réaction thermonucléaire. Une microexplosion thermonucléaire se produit avec une capacité de plusieurs centaines de kilogrammes de TNT.

La fréquence de ces explosions dans la chambre du projet Daedalus était d'environ 250 par seconde, ce qui a nécessité la fourniture de cibles de carburant à une vitesse de plus de 10 km / s à l'aide d'un pistolet électromagnétique. La réaction dans ce cas est la suivante: 2H + 3He = 4He + p. avec un rendement énergétique de 18,3 MeV. Les avantages de cette réaction sont qu'environ 5% de la puissance est libérée sous forme de neutrons (et dans le cas d'un mélange deutérium + tritium sous forme de neutrons, jusqu'à 80% de la puissance est libérée), 20% supplémentaires sont libérés sous forme de rayonnement X. Toute autre énergie peut être utilisée pour créer une propulsion à réaction.



L'hélium-3 ne peut pas être obtenu en bonne quantité sur Terre, il n'est pratiquement pas trouvé ici. Par conséquent, les scientifiques ont décidé de l'exploiter soit dans l'atmosphère de Jupiter (ce qui n'est pas très réaliste dans un avenir prévisible) soit sur la lune, qui est plus réelle.

La deuxième étape du Daedalus est un vaisseau spatial complexe et parfait. Sa conception comprend un télescope optique de 5 mètres et deux radiotélescopes de 20 mètres. À l'aide de ces outils, il était prévu d'étudier les environs de l'étoile Barnard. Les données obtenues devaient être envoyées sur Terre en utilisant une buse de 40 mètres du moteur du deuxième étage comme antenne.

Le freinage du navire n'étant pas prévu, pour une étude complémentaire du voisinage de l'étoile de Barnard, les experts ont proposé l'utilisation de sondes autonomes de plus petite taille. Quelques années avant d'arriver à la cible, les sondes ont dû se détacher du Daedalus et voler par elles-mêmes vers l'étoile de Barnard. Chaque sonde devait être équipée de caméras, de spectromètres et d'autres équipements scientifiques. La vitesse des sondes est de 12% de lumière. Chacun d'eux devrait avoir son propre moteur à ions nucléaires.

Pour protéger le navire et ses éléments des collisions avec les particules interstellaires, les auteurs du projet ont proposé l'installation d'un bouclier en béryllium. L'épaisseur du disque doit être de 7 mm, la masse du disque dans ce cas atteindra 50 tonnes. Si l'on découvre des objets plus gros auxquels le bouclier ne pourrait pas faire face, le navire devrait jeter des nuages ​​de particules qui se déplaceraient jusqu'à 200 km du navire. Pour réparer les dégâts à bord du Daedalus, ils ont suggéré de charger une équipe de réparateurs mécaniques qui résoudrait les problèmes les plus difficiles.



Spécifications techniques


  • Longueur du navire: 190 mètres
  • Masse de charge utile: 450 tonnes
  • Masse du premier étage sans carburant: 1 690 tonnes
  • Masse du deuxième étage sans carburant: 980 tonnes
  • Masse de carburant du premier étage: 46 000 tonnes
  • Masse de carburant du deuxième étage: 4000 tonnes
  • Durée des moteurs du premier étage: 2,05 ans
  • : 1,76
  • : 7540000
  • : 663000

En général, Daedalus est le premier projet de vaisseau spatial soigneusement conçu par des scientifiques. De nombreuses situations peuvent survenir pendant le vol. Bien sûr, il y a des problèmes. Le principal est la difficulté de mettre en œuvre un certain nombre de technologies qui sont proposées pour être utilisées dans la conception du navire. Il s'agit d'un moteur-fusée thermonucléaire pulsé et d'un bouclier en béryllium et en hélium-3. Un tel navire, malheureusement, n'est pas encore possible à construire, même si toute l'humanité se chargera de sa mise en œuvre. L'avantage du projet est qu'il a montré le potentiel de voler vers les étoiles, en transférant les vols interstellaires de la catégorie fantastique à la catégorie technologique d'un avenir pas si lointain.

Daedalus a un projet connexe, Icarus, dont je voudrais parler plus en détail.

Projet "Icarus"



Les auteurs d'Icare disent que Daedalus les a inspirés pour développer leur propre vaisseau. Les équipes de la British Interplanetary Society et Icarus Interstellar y travaillent . Le projet Icarus est un Daedalus qui a été amélioré et modifié en fonction de l'évolution de la technologie et de notre connaissance de l'Univers. Les membres des deux équipes sont des scientifiques, des ingénieurs et des passionnés qui espèrent développer un véritable vaisseau interstellaire d'ici 2100. Certains membres de l'équipe Icarus ont précédemment travaillé sur le développement de Daedalus.

Un tel vaisseau spatial, selon le plan, devrait pouvoir atteindre n'importe quelle étoile située de la Terre dans un rayon de 15-22 années-lumière. 56 étoiles sont situées à une distance de 15 années-lumière de nous. Les plus appropriés pour l'étude sont Epsilon Eridana (situé à 10,5 années-lumière de la Terre), Gliese 674 (14,8 années-lumière) et Proxima Centauri. Comme les astronomes l'ont découvert, l'étoile de Barnard n'a pas de système planétaire, donc il n'a tout simplement pas de sens de voler là-bas. Dans le même temps, le vaisseau spatial devrait être envoyé à cette étoile voisine où une exoplanète potentiellement habitée a été découverte (un exemple récent est la planète à Proxima Centauri).

Proxima Centauri b(également connue sous le nom de Proxima b) est une exoplanète en orbite autour de la naine rouge de Proxima Centauri, l'étoile la plus proche du Soleil. Il est situé à une distance d'environ 4,22 années-lumière (1,3 parsecs, 40 billions de km) de la Terre dans la constellation du Centaure. C'est l'exoplanète connue la plus proche et en même temps l'exoplanète la plus proche située dans la zone habitable. Le personnel de l'Observatoire européen austral a découvert cette planète au début du mois d'août de cette année.

La découverte de plusieurs exoplanètes dans la zone habitable d'un certain nombre d'étoiles proches est un élément essentiel du plan du projet Icare. Après tout, le vaisseau spatial devra être construit par les forces de toute l'humanité. Et si un tel appareil, ayant volé vers une autre étoile, n'y trouve que quelques géantes gazeuses ou ne trouve pas du tout de planètes, alors cela peut être considéré, sinon un échec, puis pas un résultat très positif de toute la mission. Étudier une planète semblable à la terre avec une autre étoile est un programme maximum qui satisfera tous les participants au projet.

La différence entre le projet Icarus et le Daedalus est que sur le chemin de la cible, le navire étudiera l'espace en détail. Le Daedalus devait traverser le système étudié en deux à trois jours. «Icare», selon le plan, devrait s'attarder au point final pour une étude plus détaillée. La façon dont le retard sera organisé n'est pas encore claire.

Icarus, comme mentionné ci-dessus, est assez proche en termes de capacités et de caractéristiques de son prédécesseur, mais il présente un certain nombre de différences. L'essentiel est le rejet de l'hélium-3 comme carburant. Au lieu de cela, du deutérium pur est suggéré. Oui, lorsque vous travaillez avec lui, beaucoup d'énergie disparaîtra sous forme de neutrons, mais le deutérium est un carburant disponible pour les humains. Disponible maintenant, pas dans 100 ans. Ni les vols vers Jupiter, ni l'extraction d'hélium-3 sur la lune ne seront nécessaires. Certes, si un moyen est trouvé pour obtenir des quantités suffisantes de cet élément pour que le moteur du navire fonctionne sur Terre, le schéma précédent de deutérium-hélium-3 peut être renvoyé.

La question de la conduite d'une réaction thermonucléaire contrôlée reste ouverte. Aujourd'hui, les scientifiques travaillent activement à la création de réacteurs à fusion commercialement viables sur Terre. Il est tout à fait possible qu'avec la création d'une telle technologie et son perfectionnement progressif, le développement d'un réacteur à fusion pour un vaisseau spatial devienne un véritable défi. Étant donné que le réacteur à fusion ne peut pas encore être considérablement réduit, le navire devra être grand. Initialement, les auteurs d'Icare ont voulu réduire la taille de leur vaisseau interstellaire, mais après une série de calculs, il s'est avéré que c'était presque impossible. Le plus petit vaisseau spatial à moteur thermonucléaire pèsera des dizaines de milliers de tonnes.

L'Icare sera construit sur l'orbite de la Terre. Afin de pouvoir construire un si grand navire, un nombre important de petits navires de transport sont nécessaires. Ils fourniront les éléments de conception du navire, les personnes, le carburant.



Maintenant, il n'y a pas de travailleurs des transports appropriés, mais il existe déjà des idées pour leur création. L'une des idées est promue par un groupe d'ingénieurs dirigé par Alan Bond (c'est un ingénieur qui a également travaillé sur le projet Daedalus). Le navire de transport, de par sa conception, doit être de petite taille, économique et rapide. De plus, il devrait avoir une capacité de charge assez élevée. Les scientifiques ont appelé un tel porteur "Cyclope".

L'équipe Icarus Interstellar développe également des technologies qui permettront à l'avenir d'envoyer des vaisseaux habités vers les étoiles. Tous les développements dans ce sens sont réalisés dans le cadre du projet Perséphone . La tâche principale est de créer un écosystème local sur le navire capable de soutenir la vie des pilotes tout au long du vol. De plus, un tel écosystème doit évoluer en fonction de l'évolution des besoins des habitants de l'engin spatial habité interstellaire.

Pour atteindre les objectifs fixés par les auteurs, comme ils le croient eux-mêmes, les efforts combinés des représentants des entreprises, des fonctionnaires, des scientifiques et des passionnés de vol interstellaire sont nécessaires. Les participants au projet Icarus disent que le moment est venu où une personne doit sortir du système solaire et s'envoler vers les étoiles pour les coloniser.

Source: https://habr.com/ru/post/fr397217/

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