Din cele de mai sus rezultă că resping particulele se ciocnesc din mediul interstelar nu funcționează, iar nava va trebui să le ia în corpul său. Acest lucru conduce la anumite cerințe pentru structura spațiale: în fața trebuie să fie ecranul (de exemplu, sub forma unui capac conic), care va proteja corpul principal de efectele particulelor și a radiației cosmice. Iar ecranul ar trebui să fie radiatorul, care direcționează căldura de pe ecran (în același timp, care servește ecranul secundar) atașat la un corp principal al navei spațiale fasciculelor termoizolante. Necesitatea unei astfel de aranjament, deoarece atomii de coliziune au energie cinetica mare, acestea sunt adânc înrădăcinate în ecran și decelerat în ea, pentru a disipa această energie sub formă de căldură. De exemplu, la viteze de zbor de 0,75, cu o energie de protoni de hidrogen este de aproximativ 500 MeV - unități de fizică nucleară, care corespunde la 8 x 10 -11 J. Va fi introdus în ecran, la o adâncime de câțiva milimetri și transmit această energie fluctuații de ecran atomi .. O umflătură astfel de particule este de aproximativ 2 x 10 10 atomi și ca multe molecule de hidrogen pe secundă per 1 cm2, adică la fiecare secundă pe 1 cm2 de suprafață a ecranului va veni 4,8 J energie transformată în căldură. O problemă este că, în spațiul trage această căldură este posibilă numai de către radiația undelor electromagnetice pentru mediul înconjurător (aer și apă nu este acolo). Acest lucru înseamnă că ecranul va încălzi până la radiația electromagnetică termică nu este egală cu puterea furnizată de particule incidente. corp radiație termică a energiei electromagnetice este determinată de legea Stefan-Boltzmann, potrivit căruia energia emisă pe secundă de la 1 cm2 suprafață ST este egală cu q = 4 unde s = 5,67 · 10 -12 J / cm2 K 4 este un Ștefan constant, și T - temperatura suprafața corpului. Stabilirea de stare de echilibru va ST 4 = Q unde Q - intrarea capacității, adică temperatura ecranului este T = (Q / s) 1/4. Substituind în această ecuație valorile corespunzătoare, descoperim că ecranul va fi încălzit la o temperatură de aproximativ 959 K = 686 ° C. Este clar că, la viteze mari, această temperatură va fi mai mare. Aceasta înseamnă, de exemplu, ecranul nu poate fi realizat din aluminiu (un punct de topire de 660 ° C), și trebuie să fie izolat de corpul principal al navei spațiale - ar fi altfel inacceptabil să se încălzi cabinele echipajului. Și pentru a facilita modul ecran termic pentru este necesar să se atașeze radiatorul cu o suprafață mare de radiație (disponibil din alumină), de exemplu, un sistem de celule de nervuri longitudinale și transversale, nervurile transversale sunt simultan funcționează ca ecrane secundare care protejează cabinele echipajului fragmentelor și bremsstrahlung particule care intră pe ecran și altele asemenea.
Dar protecția față de atomi și molecule nu este principala problemă a zborului interstelar. Astronomii, observând absorbția luminii de la stele, au descoperit că în spațiul interstelar există o cantitate semnificativă de praf. Aceste particule puternic împrăștiere și de absorbție a luminii, au dimensiuni de 0,1-1 microni și o greutate de ordinul a 10 -13 g, iar concentrația lor este mult mai mică decât concentrația de atomi este de aproximativ r = 10-12 ianuarie / cm3 judecând după densitatea lor (1 g / cm3) și indicele de refracție (n = 1,3), acestea sunt, în principal bulgări de zăpadă de spațiu congelat constând în gaz (hidrogen, apa, metan, amoniac) dopat cu particule de carbon și un metal solid. Se pare că din aceste se formează nucleele de comete care au aceeași compoziție. Și deși ar trebui să fie formații destul de slabe, la viteze apropiate de lumină, ele pot provoca un rău mare.
La astfel de viteze, efectele relativiste încep să se manifeste puternic, iar energia cinetică a corpului în regiunea relativistă este determinată de expresie
După cum se poate observa, energia creste corpul brusc cu abordări ale luminii vitezei v c: Astfel, la o rată de 0,7 la paiul cu m = 10 -13 g este energia cinetică a 3,59 J (a se vedea tabelul 1) și pătrunderea acestuia în ecran echivalent cu expunerea în aceasta aproximativ. 1 mg de TNT. La viteza cu 0.99 mote va avea o energie 54,7 J, care este comparabil cu energia unui glonț tras dintr-un pistol Makarova (80 J). La astfel de viteze se dovedește că fiecare centimetru pătrat din suprafața ecranului decorticate continuu gloanțe (și discontinuă), la 12 runde pe minut. Este clar că nici un ecran nu va supraviețui unui astfel de impact pentru câțiva ani de zbor.
Tabelul 1 Relațiile energetice
Notație: Energia epinetică a protonului în MeV K - energia cinetică de 1 kg de substanță în JT - echivalent trotil de kilogram în tone de TNT.
Pentru a evalua efectele particulelor de impact în suprafața poate folosi formula propusă de un expert în această privință F.Uipplom ([13], p.134) că mărimea craterului sunt formate
unde d este densitatea materialului de ecranare, Q este căldura specifică de fuziune.
Dar aici trebuie să ținem minte că, de fapt, nu știm cum particulele de praf vor afecta materialul ecranului la astfel de viteze. Această formulă este valabilă pentru viteze mici de impact (aproximativ 50 km / s sau mai puțin), și la viteze oklosvetovyh influențează procesele fizice ale impactului și de explozie ar trebui să apară destul de diferite și mult mai intensă. Se poate doar presupune că, din cauza efectelor relativiste și o inerție mare a materialului paiul de explozie de praf va fi dirijat în ecran, tipul de explozie cumulativă și să conducă la formarea unui crater mult mai profund. Formula de mai sus reflectă relațiile generale de energie și presupunem că este adecvată pentru evaluarea vitezelor de impact și a luminii apropiate.
Aparent, cel mai bun material pentru ecran este titanul (datorită densității scăzute și caracteristicilor sale fizice), pentru că d = 4,5 g / cm3 și Q = 315 KJ / Kr, ceea ce dă
Pentru v = 0,1 c, obținem E = 0,045 J și d = 0,00126 · 0,356 = 0,000448 m = 0,45 mm. Este ușor de a găsi drumul de până la 1 an de lumină, ecran de navă spațială se întâlnesc n = rs = 9,46 · 10 -12 10 17 = 10 iunie boabe pe cm2 și pe sroyut strat de ecran 0,448 mm 500 motes. Deci, după o cale de ani lumină a ecranului va fi șters de grosimea de 90 cm. Rezultă că, pentru zborul de la astfel de viteze, de exemplu, la Proxima Centauri (numai acolo) ecran ar trebui să aibă o grosime de aproximativ 5 metri și o greutate de aproximativ 2,25 tone. La viteze mari, lucrurile vor fi și mai rău:
Tabelul 2 Grosimea X de titan spălat timp de 1 an de lumină de drum
După cum se poate observa, atunci când v / c> 0,1, ecranul trebuie să aibă o grosime inacceptabilă (zeci și sute de metri) și masa (sute de mii de tone). De fapt, atunci nava spațială va consta în principal din acest ecran și combustibil, ceea ce va necesita câteva milioane de tone. Datorită acestor circumstanțe, zborurile la astfel de viteze sunt imposibile.
Considerat de acțiunea abrazivă a prafului cosmic nu este într-adevăr epuizează întreaga gamă de efecte, care va suferi o navă spațială în timpul zborului interstelar. Este evident că în spațiul interstelar nu este doar un fir de praf, dar, de asemenea, corpurile de alte dimensiuni și mase, dar astronomii nu le poate observa în mod direct, datorită faptului că, deși dimensiunile lor sunt mai mari, dar acestea sunt mai puțin decât ei înșiși, astfel încât acestea să nu dau o contribuție mod concret la Starlight de absorbție (particule de praf discutate anterior au un ordin de mărime al lungimii de undă a luminii vizibile, și, prin urmare, este puternic absorbi și împrăștie, și destul de ei, astfel încât astronomii uitam în principal ele).
Dar despre corpurile din cosmos îndepărtat se poate obține o reprezentare a acelor corpuri pe care le observăm în sistemul solar, inclusiv în apropierea Pământului. La urma urmei, după cum arată măsurătorile, sistemul solar se mișcă în raport cu stelele vecine în direcția Vega la o viteză de 15,5 km / s, ceea ce înseamnă că fiecare secundă scade din ce în ce mai multe volume de spațiu, împreună cu conținutul său. Desigur, nu totul aproape de Soare a venit din afară, multe corpuri sunt elemente originale ale sistemului solar (planete, asteroizi, multe dușuri de meteoriți). Dar astronomii observau de multe ori, de exemplu, zborul unor comete care au zburat din spațiul interstelar și au zburat în același loc. Prin urmare, există corpuri foarte mari (milioane și miliarde de tone), dar acestea sunt foarte rare. Este clar că se pot întâlni corpurile aproape de orice masă, dar cu probabilități diferite. Și pentru a evalua probabilitatea întâlnirii cu diferite organisme în spațiul interstelar, trebuie să găsim distribuția unor astfel de corpuri în masă.
Mai întâi de toate, trebuie să știți ce se întâmplă cu organele atunci când sunt în sistemul solar. Această întrebare este bine studiată de astrofiziciști [8] și au constatat că durata de viață a corpurilor prea mari din sistemul solar nu este foarte limitată. Astfel, particule mici și particule de praf cu mase mai mici de 10-12 g sunt pur și simplu împinse din sistemul solar prin fluxuri de lumină și protoni din Soare (așa cum se vede din cozile cometă). Pentru particule mai mari rezultatul este invers: ca urmare a așa-numitului efect Poynting-Robertson, ei cad la soare, se scufunda treptat să-l într-o spirală de timp de ordinul a câteva zeci de mii de ani.
Aceasta înseamnă că observată în sistemul solar și particulele micrometeoriți sporadice (nu au legătură cu propriile sale ploi de meteori) a intrat în ea din spațiul din jur, ca propriile sale particule de acest tip au dispărut de mult timp. Prin urmare, dependența dorită poate fi găsită din observațiile particulelor sporadice din sistemul solar propriu-zis. Aceste observații au fost mult timp realizat, iar cercetatorii au ajuns la concluzia ([12], [13]), că legea distribuției organismelor spațiale de masă este de forma N (M) = N0 / Mi Măsurătorile directe pentru sporadici în intervalul de masă de la 10 -3 la luna februarie 10 g ([13], p.127) da pentru densitatea meteor flux cu o masă M grame dependență
Rezultatele cele mai consistente au fost obținute pe această temă din măsurătorile microcraters formate pe suprafețele nave spațiale ([12], p.195), ele dau prea k = 1,1, în intervalul de masă de la 10 -6-10 5 g pentru mase mai mici, se presupune că această distribuție este, de asemenea, realizată pentru ei. Pentru particulele mai grele cantitate de curgere de 1 g de măsurători diferite dau valoarea -15 -14 10 1 / m 2 s, i ca flux asociat cu corpurile de densitate spațială relația F = rv. atunci putem găsi de aici că concentrația în cosmos a corpurilor cu o masă mai mare decât M este dată de formula
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: