Орбиталық ауысудан кейін Жер не болады? Инженердің көзқарасы

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Netflix шығарған қытайлық "Wanding Earth" ғылыми фантастикалық фильмінде адамзат планетаның айналасында орнатылған үлкен қозғалтқыштарды пайдалана отырып, өліп жатқан және кеңейіп бара жатқан Күннің әсерінен Жердің орбитасын өзгертуге, сондай-ақ Юпитермен соқтығысуға жол бермеуге тырысады… Ғарыштық апокалипсистің мұндай сценарийі бір күні болуы мүмкін. Шамамен 5 миллиард жылдан кейін біздің күн термоядролық реакция үшін отын таусылады, ол кеңейеді және, ең алдымен, біздің планетамызды жұтады. Әрине, одан да ертерек біз бәріміз температураның жаһандық көтерілуінен өлеміз, бірақ Жердің орбитасын өзгерту, кем дегенде, теориялық тұрғыдан алғанда, апатты болдырмау үшін қажетті шешім болуы мүмкін.

Бірақ адамзат мұндай өте күрделі инженерлік тапсырманы қалай жеңе алады? Глазго университетінің ғарыштық жүйелер инженері Маттео Чериотти The Convertation беттерінде бірнеше ықтимал сценарийлермен бөлісті.

Біздің міндетіміз - Жер орбитасын ығыстыру, оны Күннен қазіргі орналасқан жерінен шамамен жарты қашықтыққа, яғни Марстың қазіргі жеріне дейін жылжыту делік. Дүние жүзіндегі жетекші ғарыш агенттіктері болашақта Жерді сыртқы әсерлерден қорғауға көмектесетін шағын аспан денелерін (астероидтарды) орбиталарынан ығыстыру идеясын ұзақ уақыт бойы қарастырып, тіпті жұмыс істеп жатыр. Кейбір нұсқалар өте жойқын шешімді ұсынады: астероидтың жанында немесе оның үстіндегі ядролық жарылыс; «кинетикалық импульсті» қолдану, оның рөлін, мысалы, оның траекториясын өзгерту үшін жоғары жылдамдықтағы объектімен соқтығысуға бағытталған ғарыш аппараты атқаруы мүмкін. Бірақ Жерге келетін болсақ, бұл опциялар олардың жойқын табиғатына байланысты жұмыс істемейді.

Басқа тәсілдер шеңберінде астероидтарды қауіпті траекториядан буксир ретінде әрекет ететін ғарыш аппараттары арқылы немесе ауырлық күшінің арқасында қауіпті нысанды Жерден алып шығатын үлкенірек ғарыш кемелерінің көмегімен шығару ұсынылады. Тағы да, бұл Жермен жұмыс істемейді, өйткені объектілердің массасы мүлдем салыстыруға келмейтін болады.

Электр қозғалтқыштары

Бәлкім, бір-біріңді көретін шығарсыңдар, бірақ біз Жерді орбитамыздан ұзақ уақыт бойы ығыстырып келеміз. Күн жүйесінің басқа әлемдерін зерттеу үшін планетамыздан басқа зонд шыққан сайын, оны алып жүретін зымыран-тасығыш кішкентай (планетарлық масштабта, әрине) импульс жасайды және Жерде әрекет етеді, оны қозғалысына қарама-қарсы бағытта итереді. Мысал - қарудан оқ ату және нәтижесінде кері қайтару. Бақытымызға орай (бірақ, өкінішке орай, біздің «Жер орбитасын ығыстыру жоспары» үшін) бұл әсер планета үшін дерлік көрінбейді.

Қазіргі уақытта әлемдегі ең жоғары өнімді зымырандар SpaceX компаниясының американдық Falcon Heavy болып табылады. Бірақ Жер орбитасын Марсқа жылжыту үшін жоғарыда сипатталған әдісті пайдалану үшін бізге осы тасымалдаушылардың толық жүктемеде шамамен 300 квинтиллон ұшыруы қажет болады. Оның үстіне, осы зымырандардың барлығын жасауға қажетті материалдардың массасы планетаның массасының 85 пайызына тең болады.

Электр қозғалтқыштарын, атап айтқанда иондық қозғалтқыштарды пайдалану, зарядталған бөлшектердің ағынын босатады, соның салдарынан үдеу пайда болады, массаға үдеу берудің тиімді әдісі болады. Ал егер планетамыздың бір жағына осындай бірнеше қозғалтқыштарды орнатсақ, біздің кемпір Жер бетінде шынымен де күн жүйесі арқылы саяхатқа шыға алады.

Рас, бұл жағдайда шын мәнінде үлкен өлшемдегі қозғалтқыштар қажет болады. Оларды теңіз деңгейінен шамамен 1000 километр биіктікте, жер атмосферасынан тыс орнату керек, бірақ сонымен бірге планетаның бетіне итергіш күш жібере алатындай сенімді түрде бекітіледі. Бұған қоса, иондық сәуле секундына 40 шақырым жылдамдықпен қалаған бағытта лақтырылған кезде де, планетаның қалған 87 пайызын жылжыту үшін Жер массасының 13 пайызының баламасын иондық бөлшектер ретінде шығару керек.

Жеңіл желкен

Жарық серпін беретіндіктен, бірақ массасы жоқ болғандықтан, біз планетаны ығыстыру үшін лазер сияқты өте қуатты үздіксіз және бағытталған жарық сәулесін де пайдалана аламыз. Бұл жағдайда Жердің массасын пайдаланбай-ақ, Күннің энергиясын пайдалану мүмкін болады. Ғалымдар лазер сәулесінің көмегімен біздің жүйеге ең жақын жұлдызға шағын ғарыштық зонд жібергісі келетін Starshot жобасында қолдану жоспарланған керемет қуатты 100 гигаватт лазерлік жүйенің өзінде бізге үш қажет болады. орбитаны өзгерту мақсатына жету үшін квиниллион жыл үздіксіз лазерлік импульс.

Күн сәулесі ғарышта болатын, бірақ Жерге бекітілген алып күн желкенінен тікелей шағылысуы мүмкін. Өткен зерттеулердің бір бөлігі ретінде ғалымдар бұл үшін планетамыздың диаметрінен 19 есе үлкен шағылыстыратын диск қажет екенін анықтады. Бірақ бұл жағдайда нәтижеге жету үшін шамамен бір миллиард жыл күтуге тура келеді.

Планетааралық бильярд

Жерді қазіргі орбитасынан алып тастаудың тағы бір ықтимал нұсқасы - екі айналмалы дененің үдеуін өзгерту үшін импульс алмасудың белгілі әдісі. Бұл әдіс гравитациялық көмек ретінде де белгілі. Бұл әдіс планетааралық зерттеу миссияларында жиі қолданылады. Мысалы, 2014-2016 жылдары 67Р кометасына барған Розетта ғарыш кемесі зерттеу нысанына он жылдық сапарының бір бөлігі ретінде Жерді екі рет, 2005 және 2007 жылдары гравитация көмекшісін пайдаланды.

Нәтижесінде Жердің гравитациялық өрісі Розеттаға әр жолы жоғарылатылған үдеу берді, оған тек аппараттың қозғалтқыштарын қолдану арқылы қол жеткізу мүмкін емес еді. Жер де осы гравитациялық маневрлер аясында қарама-қарсы және бірдей үдеу импульсін алды, бірақ, әрине, бұл планетаның массасына байланысты өлшенетін әсер етпеді.

Бірақ егер сіз бірдей принципті қолдансаңыз, бірақ ғарыш кемесінен гөрі массасы бар нәрсені қолдансаңыз ше? Мысалы, дәл сол астероидтар Жердің тартылыс күшінің әсерінен траекториясын өзгерте алатыны сөзсіз. Иә, Жер орбитасына бір реттік өзара әсер ету елеусіз болады, бірақ бұл әрекетті ақыр соңында планетамыздың орбитасының орнын өзгерту үшін бірнеше рет қайталауға болады.

Біздің күн жүйеміздің кейбір аймақтары астероидтар мен кометалар сияқты көптеген ұсақ аспан денелерімен жеткілікті түрде тығыз «жабдықталған», олардың массасы даму тұрғысынан сәйкес және жеткілікті шынайы технологияларды пайдалана отырып, оларды біздің планетамызға жақындатуға жеткілікті.

Траекторияны өте мұқият есептей отырып, «дельта-в-орын ауыстыру» деп аталатын әдісті қолдануға әбден болады, бұл кезде кішкентай денені Жерге жақын жақындау нәтижесінде орбитасынан ығыстыруға болады, бұл планетамызға әлдеқайда үлкен серпін береді. Мұның бәрі, әрине, өте керемет естіледі, бірақ ертерек зерттеулер жүргізілді, бұл жағдайда бізге миллиондаған жақын астероидтық жолдар қажет болады және олардың әрқайсысы бірнеше мың жылдар аралығында болуы керек, әйтпесе біз Күннің кеңейгені сонша, жердегі тіршілік мүмкін емес болған кезде.

қорытындылар

Бүгінгі сипатталған барлық нұсқалардың ішінде гравитацияға көмектесу үшін бірнеше астероидтарды пайдалану ең шынайы болып көрінеді. Дегенмен, болашақта жарықты пайдалану неғұрлым қолайлы балама болуы мүмкін, әрине, егер біз алып ғарыштық құрылымдарды немесе өте қуатты лазерлік жүйелерді қалай жасауға болатынын білсек. Қалай болғанда да, бұл технологиялар біздің болашақ ғарышты игеруіміз үшін де пайдалы болуы мүмкін.

Дегенмен, болашақта теориялық мүмкіндік пен практикалық орындылықтың ықтималдығына қарамастан, біз үшін құтқарудың ең қолайлы нұсқасы басқа планетаға, мысалы, біздің Күннің өлімінен аман қала алатын сол Марсқа қоныс аудару болар еді. Өйткені, адамзат бұрыннан оны біздің өркениетіміздің әлеуетті екінші үйі ретінде қарастырып келеді. Сондай-ақ, егер сіз Жер орбитасының ығысуы, Марсты отарлау және планетаға өмір сүруге қолайлы көрініс беру үшін оны терраформациялау мүмкіндігін жүзеге асыру қаншалықты қиын болатынын ескерсеңіз, мұндай қиын міндет сияқты көрінбеуі мүмкін.