Daedalus项目:最初是上世纪70年代的自动飞船



到目前为止,只能梦想飞向星星。在任何理智的时间内(例如,一个人的寿命)飞向太空飞船上的任何邻近恒星是一项艰巨的任务。派遣大量殖民者的星际飞船,希望第五代或第十代也能达到目标,也是不切实际的。最后,还不知道外星将要等殖民者什么。也许只会有不适合定居的天然气巨人或行星。

到目前为止,星际飞船的项目似乎太复杂了,无法在我们这个时代实施。即使是相对简单的Breakthrough Starshot项目(与其他星际飞船项目相比,其简单性)只有在改进现代技术的情况下才能实现。另一方面,星际飞行似乎不再令人难以置信。在许多方面,我们都应将此技术项目归功于Daedalus自动飞船。它的作者没有发明超引擎飞行概念,而是决定以现成的技术或不久的将来的技术为基础,尽可能实际地解决这一问题。该项目是在上世纪70年代开发的。

英国行星际协会的专家从事Daedalus的设计工作。他们最初拒绝了创建载人飞船的想法,决定创建自动探测器。最初,该设备被认为是一架科学无人机,应该会在50年内传到巴纳德。该船的设计方式使其不仅可以发送给巴纳德的恒星,还可以发送给可观察到的宇宙中的任何其他恒星。

根据科学家的说法,代达罗斯必须在地球的轨道上建造。该船的计划质量为54,000吨,包括50,000吨燃料和500吨有效载荷(主要是科学仪器)。根据开发人员的说法,“ Daedalus”应包括两个步骤。第一阶段专门设计用于将太空飞船加速至光速的7.1%。

船舶达到该速度后,第一级便会停靠,此后第二级发动机便会开启,从而将船舶的速度提高到12%轻度。根据设计师的说法,这艘船将不得不加速至预定速度,持续约4年。由于极端的工作条件,许多发动机元件计划由钼与钛,碳和锆的合金制成。这种合金即使在极低的温度下也能保持其性能。



在设计飞船时,科学家考虑了几种发动机选择。在其他选择中,考虑了带有核反应堆的电动火箭发动机和受控聚变发动机。由于据称牵引力低且重量重,它们被排除在外。为了使用这种发动机达到7.1%的理想速度,Daedalus必须花费数百年的时间。

热核导弹也被认为是一种选择,但是在这种情况下,必须消耗大量的燃料。即使在那时,科学家们仍在研究使用推力为3 x 10 9的光子引擎的可能性。每1公斤星际飞船的瓦数。在这里,我们必须创建一个具有完美镜面的巨大镜子。在上世纪70年代,这是不可能的(甚至在实践中现在几乎是不可行的),因此也放弃了这种选择。

Bassard的冲压喷气发动机也不适合使用,因为其运行需要空间中相对较高的物质密度,而在星际空间中,密度不足(1原子/ cm 3)。巴萨德发动机的缺点还在于漏斗的直径大和电场强度高,以确保发动机正常工作。结果,专家们选择了脉冲热核火箭发动机。该发动机使用的是氘和氦3混合物的颗粒。

将带有热核燃料的燃料芯块送入反应器的球形腔室-直径为几毫米的壳中冷冻燃料成分混合物的复杂结构。在燃烧室的外部有强大的激光器-大约数百兆瓦-激光,其纳秒级的辐射脉冲通过燃烧室壁上的透光窗口落在了燃料芯块上。同时,在燃料芯块的表面上形成了温度超过1亿度,压力为数百万个大气压的区域,该区域足以引发热核反应。发生热核微爆炸,其容量为数百公斤TNT。

在Daedalus项目中,这种爆炸在室内发生的频率约为每秒250次,这需要使用电磁枪以超过10 km / s的速度提供目标燃料。在这种情况下的反应如下:2H + 3He = 4He + p。能量产量为18.3 MeV。该反应的优势在于,约有5%的能量以中子形式释放(在氘+ mixture混合物以中子形式的情况下,高达80%的能量被释放),另外20%的能量以X射线辐射的形式释放。所有其他能量都可用于产生喷气推进力。



在地球上无法获得正确数量的He-3,实际上在这里找不到。因此,科学家决定在木星的大气层(在可预见的将来不太现实)或在更真实的月球上进行开采。

Daedalus的第二阶段是一艘复杂而完美的太空飞船。它的设计包括一个5米的光学望远镜和两个20米的射电望远镜。计划使用这些工具研究巴纳德星的周围环境。计划将获得的数据使用第二级发动机的40米喷嘴作为天线发送到地球。

由于未提供船舶制动功能,因此,为进一步研究巴纳德之星附近地区,专家建议使用较小尺寸的自动探测器。到达目标的几年前,这些探测器不得不从Daedalus上撤下,并独自飞向Barnard的星星。每个探针必须配备照相机,光谱仪和其他科学设备。探针的速度是12%的光。他们每个人都应该有自己的核离子引擎。

为了保护船舶及其元素免受星际粒子的碰撞,该项目的作者建议安装由铍制成的防护罩。磁盘的厚度应为7毫米,这种情况下磁盘的质量将达到50吨。如果发现较大的物体无法遮挡住防护罩,则船舶应扔掉会飞离船舶200公里的颗粒云。为了修复Daedalus上的损坏,他们建议安排一支机械维修工来解决最棘手的问题。



技术指标


  • 船长:190米
  • 有效负载质量:450吨
  • 第一阶段不含燃料的质量:1,690吨
  • 不带燃料的第二级质量:980吨
  • 第一阶段燃料质量:46,000吨
  • 第二阶段燃料质量:4000吨
  • 第一阶段引擎的持续时间:2.05年
  • : 1,76
  • : 7540000
  • : 663000

通常,Daedalus是第一个由科学家精心设计的飞船项目。在飞行过程中可能会发生许多情况。当然有问题。主要问题是难以实施提议在船舶设计中使用的多种技术。这是脉冲热核火箭发动机,是铍和氦3的防护罩。不幸的是,即使全人类将全力以赴执行这艘船,也无法建造。该项目的优势在于,它展示了飞向恒星的潜力,将星际飞行从幻想类别转移到了不久的将来的技术类别。

Daedalus有一个相关的项目Icarus,我想更详细地讨论。

项目“伊卡洛斯”



伊卡洛斯(Icarus)的作者说,代达罗斯(Daedalus)启发了他们发展自己的飞船。英国行星学会和伊卡洛斯星际航空的小组正在研究。伊卡洛斯(Icarus)项目是代达罗斯(Daedalus),它已根据技术的发展和我们对宇宙的了解进行了改进和修改。这两个团队的成员都是科学家,工程师和爱好者,他们希望到2100年开发出真正的星际飞船。伊卡洛斯(Icarus)团队的某些成员此前曾从事Daedalus的开发工作。

按照计划,这样的太空船应该能够在15-22光年的半径范围内到达地球上任何一颗恒星。 56颗恒星距离我们15光年。最适合研究的是Epsilon Eridana(距地球10.5光年),Gliese 674(14.8光年)和Proxima Centauri。正如天文学家发现的那样,巴纳德的恒星没有行星系统,所以在那里飞行根本没有意义。同时,计划将飞船发送到附近的恒星,在那里发现了可能有人居住的系外行星(最近的例子是半人马座Proxima上的行星)。

半人马proxima b(也称为Proxima b)是一颗系外行星,围绕着距太阳最近的恒星Proxima Centauri的红矮星运行。它位于半人马座星座与地球的距离大约为4.22光年(1.3秒差距,40万亿公里)。它是最接近的已知系外行星,同时也是位于宜居带的最接近系外行星。欧洲南部天文台的工作人员于今年8月初发现了这颗行星。

在伊卡洛斯项目计划中,必不可少的是在附近许多恒星的宜居带中发现几颗系外行星。毕竟,宇宙飞船将必须由全人类的力量建造。而且,如果这种飞行到另一颗恒星的装置仅在那里发现了几个气体巨人,或者根本没有发现行星,那么这可以被认为是整个任务,如果不是失败的话,那么不是非常积极的结果。研究带有另一个恒星的类地行星是使所有项目参与者满意的最大方案。

伊卡洛斯计划和代达罗斯计划之间的区别在于,在驶向目标的途中,舰船将详细研究太空。代达罗斯本应在两到三天内穿越研究中的系统。根据计划,“伊卡洛斯”应该停留在最后一点,以便进行更详细的研究。延迟的组织方式尚不清楚。

如上所述,伊卡洛斯(Icarus)在功能和特性上与前代产品非常接近,但有许多差异。最主要的是拒绝使用氦3作为燃料。相反,建议使用纯氘。是的,当使用中子时,许多能量将作为中子消失,但是氘是人类可用的燃料。现在可用,不在100年之内。既不需要飞往木星的航班,也不需要在月球上提取3号氦。的确,如果找到一种方法来获取足够数量的该元素以使船舶的引擎在地球上运行,那么可以返回以前的氘氦3方案。

进行受控的热核反应的问题仍然存在。现在,科学家们正在积极致力于在地球上建立商业上可行的聚变反应堆。随着这种技术的创造及其逐步完善,完全有可能发展用于航天器的聚变反应堆将成为真正的挑战。由于聚变反应堆还不能大大减小,因此必须将船做大。最初,伊卡洛斯(Icarus)的作者想减小其星际飞船的尺寸,但经过一系列计算,结果证明这几乎是不可能的。装有热核发动机的最小太空船将重达数万吨。

伊卡洛斯将建在地球的轨道上。为了能够建造这么大的船,需要大量的较小的运输船。他们将提供船舶,人员,燃料的设计元素。



现在没有合适的运输工人,但是已经有了创造他们的想法。其中一个想法是由艾伦·邦德(Alan Bond)领导的一组工程师(该工程师同时也是Daedalus项目的负责人)提出的。根据设计,运输船应尺寸小,经济且快速。另外,它应该具有相当高的负载能力。科学家称这种载体为“独眼巨人”。

伊卡洛斯星际团队也正在开发技术,将来将允许将载人飞船送入恒星。这方面的所有发展都是在Persephone项目的框架内进行的主要任务是在船上创建一个本地生态系统,以支持整个飞行过程中飞行员的生命。而且,这种生态系统必须根据星际载人航天器居民的变化需求而变化。

为了实现作者自己设定的目标,他们需要相信业务代表,官员,科学家和星际飞行爱好者的共同努力。伊卡洛斯计划的参与者说,现在是时候需要一个人离开太阳系并飞向恒星定居了。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397217/


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