[Второй Выпуск!
Грегори Л. Мэтлофф
ГЛУБОКО
МЕСТО
ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРИВЕТ
Солнечная система и Вне
r
Исследования Открытого космоса
К Внешней Солнечной системе и Вне (Второй Выпуск)
Грегори Л. Мэтлофф
Исследования Открытого космоса
К Внешней Солнечной системе и Вне (Второй Выпуск)
Изданный в сотрудничестве с
Публикация Практики
Chichester, Великобритания

Грегори Л. Мэтлофф
Доцент Физики и Астрономии
Отдел Физических и Биологических Наук
Колледж Нью-Йорка Технологии
Бруклин
Нью-Йорк
США
SPRINGER-ПРАКТИКА ЗАКАЗЫВАЕТ В ОТНОСЯЩЕМСЯ К АСТРОНАВТИКЕ ТЕХНИЧЕСКОМ ПОДЧИНЕННОМ КОНСУЛЬТАТИВНОМ РЕДАКТОРЕ: Джон Мэзон Б.Ск., M.Sc., доктор философии.
ISBN 3-540-24772-6 Берлина Springer-Verlag Гейдельберг Нью-Йорк
Springer - часть Springer-науки + Деловые СМИ (springeronline.com), Библиографическая информация, изданная, Умирает, Немецкие Bibliothek Умирают, Немецкий Bibliothek перечисляет эту публикацию в Немецком Nationalbibliografie; детальные библиографические данные доступны из Интернета в <http://dnb.ddb.de>
Библиотека Контрольного числа Конгресса: 2005922498
Кроме любой ярмарки, имеющей дело в целях исследования или частного исследования, или критики или обзора, как разрешено под Авторским правом, Проектами и законом 1988 о Патентах, эта публикация может только быть воспроизведена, сохранена или передана, в любой форме или каким-либо образом, с предшествующим разрешением в письме издателей, или в случае репрографического воспроизводства в соответствии со сроками лицензий, выпущенных Агентством Лицензирования Авторского права. Запросы относительно воспроизводства вне тех сроков нужно послать издателям.
© Praxis Publishing Ltd, Chichester, Великобритания, 2005 Печатный в Германии
Использование общих описательных имен, зарегистрированных названий, торговых марок, и т.д. в этой публикации не подразумевает, даже в отсутствие определенного утверждения, что такие названия освобождены от соответствующих защитных законов и постановлений и поэтому свободны для общего использования.
Проект покрытия: Джим Вилки
Руководство проектом: Услуги Публикации Создателя, Gt Ярмут, Норфолк, Великобритания
Напечатанный на бескислотной бумаге
Эта книга посвящена всем тем провидцам и мечтателям, которые мечтали о полете вне границ поверхности Земли и путешествия к звездам. От мифа Daedalus и Икэруса, ранних конструкций самолетов Леонардо, вдохновляющей научной фантастики многих владельцев ремесла, создателям современной астронавтики, эти мужчины и женщины установили философские и технологические фонды, на которые будет разработан первый starships. Я пылко надеюсь, что часть духа этих пионеров вступила в эту книгу.
Содержание
Предисловие		xiii
Предисловие к второму выпуску		xv
Предисловие к первому выпуску		xvii
Подтверждения		xix
Вкладчики		xxi
Иллюстрации		xxiii
Столы			xxv
Введение		xxvii
1	Побуждения для полета в открытом космосе		1
1.1	Инвентарь околоземных объектов		4
1.2	Рассмотрение НЕО происхождение		6
1.3	Трудность телескопического исследования NEOs около их пункта
из происхождения		7
1.4	Автоматизированные варианты исследования		9
1.5	Направленный panspermia		10
1.6	Библиография		10
2	Царства места		13
2.1	Вопрос происхождения		13
2.2	Царства огня, воды и льда		15
2.3	Солнечный сияющий поток и планета эффективная температура		17
2.4	Эффект атмосферной оптической глубины		18
2.5	Целая жизнь атмосферы планеты		19
2.6	Сравнительная планетология: оценка lifezone		20
2.7	Вне планет: рифы места		21
2.8	Библиография		23
25
26
27
30
30
30
31
33
34
37
37
41
43
46
49
57
58
61
62
64
66
66
67
68
71
71
75
78
82
83
87
91
92
95
98
100
103
104
105
107
Содержание
Завтрашние цели
3.1
Миссия TAU: раннее экстра-солнечное исследование миссии NASA/JPL
3.2
SETIsail и ASTROsail: Предложенные исследования к центру Солнца	
сила тяжести
3.3
Проект Авроры: парус к heliopause	

3.4
НАСА Межзвездная Инициатива	

3.5
НАСА heliopause парус	

3.6
НАСА исследователь Пояса Kuiper	

3.7
Исследование к Облаку Oort	

3.8
Библиография	

Космический толчок сегодня	
4.1	История ракеты и теория	
4.2	Солнечный электропривод	
4.3	Неприведенная в действие планетарная сила тяжести помогает	
4.4	Приведенная в действие солнечная сила тяжести помогает	
4.5	Солнечный парус фотона	
4.6	Солнечный Охотник фотона: Голографические солнечные паруса	
4.7	Библиография	
Невероятное сокращение spaceprobe	
5.1	Маленькое и очень маленькое	
5.2	Нанотехнология: искусство и наука очень, очень маленький...
5.3	Нанотехнология и космический полет: Краткосрочные возможности	
5.4	Нанотехнология и космический полет: Долгосрочные возможности	
5.5	Возможные пределы нанотехнологии	
5.6	Библиография	
Ядерный выбор	
6.1	Ядерные основы	
6.2	Ядерно-электрический толчок	
6.3	Толчок ядерного пульса: Orion, Daedalus и Медуза	
6.4	Инерционное электростатическое заключение и газово-динамический сплав зеркала.
6.5	Антивещество: окончательное топливо	
6.6	Библиография	
21-ое столетие starflight	
7.1	Laser/maser приплывающие основные принципы	
7.2	Замедление Starship, используя magsail	
7.3	Превращение Thrustless	
7.4	Перфорированный легкий парус оптическая теория	
7.5	Линза Френели: метод улучшающейся коллимации лазерного луча.
7.6	Путешествие туда и обратно межзвездные рейсы, используя направлено-лазерный толчок..
7.7	Межзвездный толчок пучка частиц	
7.8	Библиография	
Содержание ix
1	На технологическом горизонте		109
1.1	Плавящий водород межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель		109
1.2	Увеличенная домкратом межзвездная ракета		113
1.3	Лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель		117
1.4	Взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя		118
1.5	Тороидальный ramscoop		120
1.6	Библиография		123
2	Экзотические возможности		125
2.1	‘Ботинки и суда: потенциал магнитного серфинга		126
2.2	'Сургуч': Подходы к антигравитации		130
2.3	‘Кипящее море’: энергия нулевых колебаний и специальная релятивистская звезда двигаются		131
2.4	‘Капусты и короли: Общая относительность и пространство-время деформируют..	134
2.5	‘Крылатые свиньи: Некоторые другие экзотические идеи		136
2.6	Библиография		137
3	Из звезд, планет и жизни		141
3.1	Короткая история экстра-солнечных усилий по обнаружению планеты		141
3.2	Методы отображения экстра-солнечные планеты		143
3.3	Экстра-солнечные планеты нашли до настоящего времени что орбита Подобные солнцу звезды....	146
3.4	Насколько обычный имеющие жизнь миры?		149
3.5	Terraforming: способ увеличить разногласия		152
3.6	Библиография		152
4	Жизнь между звездами		155
4.1	Экологические препятствия межзвездному полету, и их удалению.	156
4.2	Варианты для бортовой власти между звездами		159
4.3	Близкие системы поддержки жизни окружающей среды		160
4.4	Из worldships и межзвездных ковчегов		161
4.5	Бездействие для людей: длинный сон к Centauri		164
4.6	Библиография		165
5	Сознательный космический корабль		167
5.1	Машина фон Нойманна: компьютер может съесть Галактику?.	168
5.2	Криогенный ребенок звезды		169
5.3	Действительный путешественник звезды		169
5.4	Библиография		170
6	Встреча И		171
6.1	Действительно ли starships обнаружимы?		172
6.2	Побуждения едущих звезду инопланетян		174
6.3	Библиография		175
x Содержание
7	Межзвездные мемориальные доски сообщения		177
7.1	Побуждения для межзвездных мемориальных досок сообщения		178
7.2	Пионер 10/11 и Путешественник 1/2 мемориальные доски сообщения		178
7.3	Голографические мемориальные доски сообщения		181
7.4	Библиография		183
8	Приложение: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии		185
1 Краткая история солнечного парусного спорта фотона		185
2 История межзвездных солнечно приплывающих понятий		188
2.1 Недавнее Исследование: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ, Аврора и НАСА ISP.	190
3 парусная история фотона Laser/maser		191
3.1 Очень большие основанные на месте лазерные понятия		194
3.2 Большие оптические компоненты		195
3.3 Обращение и прослеживание		196
3.4 Большое управляемое место отражает и антенны: Понятия
и эксперименты		199
4 анализ Архитектуры: Квадратные паруса против обруча приплывают		201
5 сохранение Энергии/импульса в прекрасном солнечном парусе		202
5.1 сохранение Энергии/импульса в прекрасном солнечном фотоне
приплывите		203
5.2 Экспериментальные/эксплуатационные тесты парусного спорта фотона		204
6 понятие 1 Миссии: лунный микропарус		205
7 понятие 2 Миссии: geostorm/solar-sentinel		206
8 понятие 3 Миссии: свидание Кометы и образец ядра кометы
возвратитесь		206
8.1 выбор кометы Кандидата		207
8.2 Sailcraft проектирует параметры		208
8.3 математика кометы и sailcraft орбит		208
8.4 фаза 1 Миссии: Земной отъезд		209
8.5 фаза 2 Миссии: проворот Склонности		209
8.6 фаза 3 Миссии: орбита Кометы, соответствующая		209
8.7 фаза 4 Миссии: Станционное хранение и типовая коллекция.	210
8.8 фаза 5 Миссии: Земное возвращение		210
9 понятие 4 Миссии: свидание Нептуна, используя парус aerocapture..	211
9.1 Sailcraft проектирует параметры		211
9.2 фазы миссии столкновения pre-Нептуна		211
9.3 физика паруса aerobraking		212
9.4 isodensity планетарная модель атмосферы и
заявления к экранированию вычислений		213
9.5 Нептун aerocapture представляют		214
9.6 Тепловые эффекты во время aerocapture		215
9.7 Измененная миссия представляет		215
10 понятие 5 Миссии: исследователь Облака Oort		216
11 Библиография		217
Содержание Сицзян
Послесловие		223
Спецификация		225
Глоссарий		231
Индекс		235
Предисловие
Эта превосходная книга доктором Грегори Мэтлоффом могла быть рассмотрена как большое много дисциплинарное резюме прошлого исследования, текущих исследований и будущего исследования в астронавтике. Однако, в отличие от обычных работ, которые обычно закрываются, эта книга - открытый гид в трех главных отношениях: это содержит прогрессивные упражнения как главу, и темы секции развиваются, это предоставляет читателю много обновленных ссылок, и это ясно указывает спроектированные области исследования, которые могли стать текущим исследованием в ближайшем будущем.
Для студента включенные упражнения могли быть преобразованы в маленькие рабочие листы или портативные компьютеры, показывающие много современных символических или алгебраических систем вычисления, которые бегут на настольных компьютерах или ноутбуках. Таким образом, быстрое и прогрессивное исследование возможно - своего рода библиотека изучения, которую везет автор и библиографией в конце каждой главы. Больше чем 340 ссылок и для профессионалов и для студентов были отобраны, чтобы предоставить читателю звуковое основание для того, чтобы расшириться, его или её знание многих различных предметов имело дело с авторитетно автором, который в течение нескольких десятилетий работал активно в различных областях астронавтики. Систематическое и неторопливое исследование этой книги произведет для читателя необычно увеличенное основанное на числе представление космического полета и его существенного влияния на наше будущее глобальное общество.
Если сознательная жизнь должна в конечном счете расширяться медленно и непреклонно, и без предела, в космос, важно, что соответствующие научные менталитеты расширяются заранее в к человеческим мозгам. Эта книга - положительный вклад в начале такого возбуждения, хотя комплекс читал.
Джованни Вульпетти Международная Академия Астронавтики 1 сентября 2000
Предисловие к второму выпуску
В подготовке второго выпуска этой книги я рассмотрел Предисловие первого выпуска и размышлял над изменениями в нашем восприятии открытого космоса в течение прошлых нескольких лет. Как житель Нью-Йорка по рождению, живущий только несколько километров из более низкого Манхэттана, я стал очень знающий о недолговечности нашей цивилизации и требования для долгосрочных целей, которые могут объединить разнообразные человеческие культуры, не делят их.
Расширение деятельности человека в космос - такая цель. Мы можем узнать о происхождении и возможной цели жизни в универсальной схеме, стремиться установить контакт с нашим Галактическим, равняется или начальники, развиться в зрелых стюардов земной жизни при использовании нашей технологии, чтобы предотвратить катастрофические космические столкновения, выявить ресурсы нашей Солнечной системы в пользу всего человечества и в конечном счете расширить нашу ДНК и цивилизацию далеко вне границ Земли.
Чтобы работать для таких высоких целей, я попытался здесь произвести книгу по автоматизированному и человеческому космическому полету, который настолько современен насколько возможно. Это догоняет мой опыт как Товарища Способности в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА (MSFC) в Хантсвилле, Алабама в течение лет 1999-2001, и последующий опыт как получающий в дар НАСА и консультант. Так же как рассматривая недавние соответствующие бумаги, поставленные на международных конференциях и изданный в рассмотренной пэром литературе, второй выпуск включает Приложение, cо-созданное двумя профессиональными коллегами, Конли Пауэллом и Трэвисом Тэйлором - оба из этих господ служат старшими учеными в Системах BAE, в Хантсвилле, Алабама.
Искусство фронтона главы, произведенное моей женой, К. Удары, также включен во второй выпуск. С исключениями фронтона Главы 6 (который был подготовлен явно к этой книге) и фронтон Главы 14 (который финансировался контрактом H-29712D НАСА), все искусство фронтона финансировалось НАСА контракт NAG8-1859 MSFC, в течение срока пребывания госпожи Бэнг как 2002 НАСА Товарищ Способности MSFC. Новая Глава 14 описывает мое финансируемое НАСА сотрудничество с госпожой, Барабанит в голографические мемориальные доски сообщения для будущих межзвездных исследований. Как
Предисловие xvi к второму выпуску
описанный в более технических секциях на парусном спорте света, у голографических фильмов могут быть продвигающие заявления также.
Хотя большая часть оригинального текста была обновлена, усилие было предпринято, чтобы поддержать дух первого выпуска. Книга содержит достаточные математические и технические детали, чтобы обратиться к относящемуся к астронавтике или астрономическому профессионалу. Упражнения включены, который мог бы быть полезным для педагогов и молодых инженеров. Прежде, чем Вы сможете изобрести окончательный двигатель звезды и взлететь для Андромеды Небулы, он мог бы быть значимым, чтобы понять математическое рассуждение тех, кто продолжился Вы в этой области.
Так многие предложили, наше длительное развитие, поскольку разновидность может потребовать целостного признания факта, что мы имеем тот же самый материал как звезды, и наше расширение в космос может быть реакцией на это - starstuff возвращающийся к звездам. Весьма возможно, мы должны уехать из Земли в больших количествах, если мы должны сохранить ее. Мы до некоторой степени возвращаемся домой, возвращаясь к нашему происхождению, прежде, чем Земля была сформирована? Если мы - космическая пыль части и земная часть, мы предназначены, чтобы распространить семена Gaia к другим планетам и другим системам звезды? Чтобы сделать это, человечество должно учиться функционировать более связанным способом сосредоточенного организма, ища его плотность, признавая, что взгляд, направленный наружу, является в некотором роде нашим возвращением. Глобальное усилие будет необходимо, чтобы взять огромную технологическую, финансовую и духовную проблему космоса. Хотелось бы надеяться, мы примем вызов и оставим наш немного политический, религиозный и культурный сам, чтобы требовать нашей большой судьбы.
Предисловие к первому выпуску
В свете недавнего изменения парадигмы в НАСА может быть немного сомнения, что люди или их полномочия робота направляются к далеким пределам Солнечной системы и Галактики вне. Много книг на предмет межзвездного полета в настоящее время находятся на рынке (один из них cо-созданы один).
Но эта книга разработана, чтобы быть уникальной по крайней мере в нескольких отношениях. Во-первых, я попытался быть настолько современным насколько возможно, догоняя мой опыт как Товарищ Способности НАСА Маршальский Центр Космического полета в Хантсвилле, Алабама, где я внес в НАСА межзвездное исследование в течение лет 1999 и 2000. Результаты исследования, представленные на недавних международных конференциях в этой области, рассмотрены, так же как статьи в рассмотренной пэром литературе.
Несколько лет назад для человека было возможно познакомиться со всей недавней работой в межзвездных исследованиях; но область недавно расширилась взрываясь, и такая всесторонняя способность проникновения в суть больше не возможна, и я приношу извинения, опустил ли я Вашу любимую бумагу или двигательную установку.
Поскольку один компонент потенциальной аудитории этой книги - опытный относящийся к астронавтике или астрономический профессионал, я не смущался включать более высокую математику в рассмотрение работы различной технологии толчка открытого космоса niques и наблюдательных методов. Много упражнений, имеющих дело с уравнениями, также включены. Надеются, что разработка или профессора физики могли бы использовать их как учебные пособия, и студенческая физика или технические студенты, заинтересованные участием в исследовании открытого космоса, могли бы также исследовать их. Прежде, чем Вы сможете изобрести окончательный двигатель звезды, Вы могли бы найти ценность в получении математического средства с ранее предложенными идеями.
Поскольку многие другие предложили, наше длительное развитие, поскольку разновидность может потребовать целостного признания, что мы имеем тот же самый материал как звезды, и наше расширение в космос может быть не сознающей реакцией на это - starstuff возвращающийся к звездам. Весьма возможно мы должны уехать из Земли в больших количествах, если мы - к perserve она. Мы до некоторой степени возвращаемся домой, возвращаясь к происхождению нашего прошлого, прежде, чем Земля была сформирована? Если мы - космическая пыль части, земная часть, мы хотели распространять семена Gaia к другим планетам и другому
Предисловие xviii к первому выпуску
системы звезды? Чтобы сделать это, мы должны функционировать более связанным способом сосредоточенного поиска организма, это - судьба, признавая, что движение, направленное наружу, является в некотором роде нашим возвращением? Глобальное усилие будет необходимо, чтобы взять эту огромную технологическую и духовную проблему, и мы можем хорошо оставить наш немного политический, религиозный, культурный сам, чтобы требовать нашей большей судьбы.
Подтверждения
Если Вы находите эту работу приятной, красивой и информативной, много людей заслуживают кредита. В частности я хотел бы благодарить Бриса Кэссенти и Джованни Вульпетти, который опытно прочитал рукопись проекта, Клайва Хорвуда, Председателя Практики и Нейла Шуттлевуда Услуг Публикации Создателя. Без их усилий, publica tion этого объема было бы невозможно.
Много других людей участвовали в образовании автора в различных аспектах астронавтики, физики и астрономии. Частичный список включает Гудение Aldrin, Эдвин Белбруно, Алан Бонд, Джон Коул, Роберт Форвард, Джанкарло Джента, Мартин Хофферт, Андерс Хансон, Ле Джонсон, Юджин Маллов, Клаудио Макконе, Винченцо Милуччи, Сет Поттер, Карл Сэгэн, Сальваторе Сантоли, Питер Сченкель, Джордж Шмидт, Джеральд Смит, Джилл Тартер, Артур Упгрен и Джеффри Ван Клев. Эти люди, и другие процитированные эксперты, заслуживают большой части кредита на то, что хорошо в этой книге. Автор обнажает полную ответственность за любые ошибки.
Поэзия и кавычки прозы в начале каждой главы были отобраны, чтобы добавить призрачное качество к тексту. Цитата, используемая во введении, от Дуврского выпуска 1968 Публикаций Последних и Первых Мужчин Олафа Стэпледона и Производителя Звезды, и воспроизведена разрешением издателя.
Лорен Эисли Невидимая Пирамида (Скрибнер, Нью-Йорк, 1970) является источником для цитаты в начале Главы 1. Я благодарен Simon & Schuster в Нью-Йорке для того, чтобы предоставить мне разрешение указать из этой книги.
Цитата Главы 2 от Поисков Планеты: Эпическое Открытие Иностранных Солнечных систем, Кеном Кросвеллом (авторское право © 1997 Кеном Кросвеллом). Это переиздано с разрешением Свободной прессы, подразделением Simon & Schuster.
Классик Артура К. Кларка Обещание Места (Арфист & Ряд, Нью-Йорк, (1968) является источником для цитаты, которая возглавляет Главу 6. Разрешение указать предоставила Scovil, Chichak & Galen Literary Agency в Нью-Йорке. Кавычки, которые вводят Главы 7 и 13, от другого классика - Космическая Связь Карла Сэгэна, (Anchor/Doubleday, Город-сад, Нью-Йорк, 1973). Этой книгой, которая была произведена Джеромом Агелем, был впоследствии повторно названный Космический Карл Сэгэн
Подтверждения обмана
Связь, Карлом Сэгэном, произведенным Джеромом Агелем (авторское право © Карл Сэгэн и Джером Агель). Разрешение указать предоставил Джером Агель Нью-Йорка.
Какой лучший способ начать Главу 8 по межзвездному прямоточному воздушно-реактивному двигателю чем цитата из нового Ноля Tau Пула Андерсона (Doubleday, Нью-Йорк, 1970)? Разрешение указать предоставил Случайный Дом Нью-Йорк Inc.. Разрешение для цитаты Главы 10 из африканского Происхождения Робери Ардри предоставил сын покойного автора Даниэль Ардри.
Цитата Главы 12 с 2001: Космическую Одиссею Артуром К. Кларком, (авторское право © 1968 Артуром К. Кларком и Производством Inc. Polaris) Разрешение указать предоставили Печать Dutton, подразделение Пингвина Putnam, Нью-Йорк Inc..
Большая часть работы, обсужденной в этих страницах, особенно Приложение, происходит из исследования, поддержанного Программой Технологий Толчка В месте, которой управляет НАСА Office Космических исследований в Вашингтоне, округ Колумбия и imple mented Проектами Технологий Толчка В месте Office в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, Алабама. Программная задача состоит в том, чтобы развить технологии толчка в месте, которые могут позволить почти и временные миссии космических исследований НАСА, значительно уменьшая стоимость, массу и время прохождения.
Вкладчики
C Удары, MFA, художник, искусство фронтона главы и покрытие, к которому присоединяются к SUNY Verizon Колледж государства Империи, 8 Metrotech, Бруклин, Нью-Йорк 11201, США.
www.cbangs.com <http://www.cbangs.com>
Доктор Т. Конли Пауэлл, старший ученый, поспособствовал Приложению, Системам BAE, 310 Путешественникам Путь, Хантсвилл, Алабама, 35806, США.
Доктор Трэвис С. Тэйлор, старший ученый, поспособствовал Приложению, Системам BAE, 310 Путешественникам Путь, Хантсвилл, Алабама, 35806, США.
Иллюстрации
1.1	Совокупный процент от известных околоземных объектов		5
1.2	Геометрия для отдаленного рассмотрения маленького астрономического объекта		8
2.1	Факторы, влияющие на обитаемость планеты		21
3.1	Солнце как гравитационная линза		28
3.2	Надувной солнечный парус исследует к центру силы тяжести Солнца		29
4.1	Принцип ракеты		39
4.2	Солнечный электропривод		41
4.3	Представление неприведенного в действие планетарного демонстрационного полета		44
4.4	Геометрия демонстрационного полета астрономического объекта		45
4.5	Изменения солнечного фотона приплывают		50
4.6	Постепенный unfurlment внутренней склонности солнечный парус, поскольку это отступает от Солнца..	51
4.7	Два подхода к межзвездному солнечному парусному спорту		53
5.1	Как spaceprobes сжимаются как функция времени		63
5.2	Подход к изготовлению nanocomponent		64
6.1	Схематическая операция обобщенной ядерной ракеты		73
6.2	Схематическая операция ядерно-электрической ракеты		75
6.3	Два подхода к толчку ядерного пульса		79
6.4	Инерционный электростатический реактор сплава заключения		82
6.5	Основной лучом двигатель		85
6.6	Ловушка сочинения		86
7.1	Аспекты парусного спорта направленной энергии		92
7.2	magsail как межзвездный механизм торможения		96
7.3	Типичное magsail замедление представляет		97
98
99
101
103
106
110
112
113
117
118
121
127
128
128
132
144
144
150
162
179
186
195
197
197
198
198
200
202
202
203
205
213
214
Иллюстрации
Заявление превращения thrustless 	
Thrustless электродинамическое превращение	
Перфорированный солнечный парус 	
Линза Френели во внешней Солнечной системе 	
Ускорение межзвездного космического корабля передачей импульса 	
Плавящий протон межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель	
Плавящее протон межзвездное ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя против скорости	
Увеличенная домкратом межзвездная ракета 	
Лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель	
Взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя	
Тороидально-магнитный ramscoop	
Поток произведен в проводнике в движении относительно магнитного поля
Двойной маятник, разработанный, чтобы продемонстрировать потоки	
Два метода производства однонаправленного электрического тока в месте 	
Два гипотетических ZPE-продвигаемых starships	
Оптический интерферометр	
Использование затемняющего диска	
Диаграмма Херцспранг-Рассела	
Среда обитания Места Модели III О'Неилла	
Пионер 10/11 мемориальная доска сообщения	
Различный солнечный фотон пересекает под парусом архитектуру 	
Паралинза О'Меры 	
Обращение колебания против расстояния (AU)	
Обращение колебания против расстояния (световые годы)	
Время объединяло профиль лазерного луча в 10 AU 	
Процент лазерного инцидента власти на парусе против расстояния 	
Схематичный из мембранного эксперимента антенны 	
Фактор легкости квадратного паруса против области паруса	
Фактор легкости обруча приплывает против области паруса	
Солнечная парусная энергия и сохранение импульса 	
Конфигурация лунного микропаруса 	
Нептун aerocapture передает геометрию 	
Исследователь Облака Oort 	
Столы
2.1	Альбедо Облигации планеты Солнечной системы		17
3.1	Свойства углерода микросвязывают парус, покрытый алюминиевым рефлексивным слоем	31
4.1	Определенные импульсы небольшого количества химического ракетного топлива		40
4.2	Periapsis параболические скорости и угловые отклонения для неприведенного в действие демонстрационного полета Юпитера		46
6.1	Ценности конверсионной эффективности массовой энергии		74
7.1	Фракционный спектральный коэффициент отражения, поглощение и передача алюминиевого легкого паруса		102
8.1	Оцененные массовые отношения RAIR по сравнению с Пауэллом (1975) результаты		116
8.2	Работа взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя сплава по сравнению с ракетой сплава		119
10.1	Подтвержденные ‘нормальные extrasolar солнечные системы’		147
10.2	Подтвержденный ‘близкий Юпитер’		148
10.3	Confirmed‘eccentric Юпитер’		149
10.4	Самые близкие соседние звезды, которые могли бы обладать пригодными для жилья планетами		151
1	Короткопериодные кометы с перигелиями <1.00 AU		207
Введение: новые царства места
Целый мир? Целая Вселенная? Наверху, мрак представлял звезду. Один tremu lous стрелка света, спроектированного, сколько тысячи лет назад, теперь ужалил мои нервы с видением, и мое сердце со страхом. Поскольку в такой Вселенной как это, чем значение могло там быть в нашем случайном, нашем хилом, нашем недолговечном сообществе?
Олаф Стэпледон, Производитель Звезды (1937, 1968)
Х. Г. Уэллсу, Жюлю Верну, Олафу Стэпледону и другим ранним владельцам научной фантастики, Вселенная была местом удивления, величественности и бесконечных возможностей. Человеческие желания и побуждения казались затмеваемыми незначительности реальным масштабом Создания.
Сегодня, с несколькими десятилетиями исследования космоса под нашими коллективными поясами, много людей берут несколько другой подход. Да, космос огромен, и наша Земля является маленькой, и отдельная человеческая продолжительность жизни - поскольку ничто при сравнении с миллиардом летних эволюционных периодов времени не должно было понять жизнь звезды или галактики.
Но мы шли на Луне, и наши исследования приземлились на четырех соседних мирах и двигались по кругу или полетели другими. Фактически, четыре крошечных эмиссара человечества оставили царство планет и будут дрейфовать между звездами для почти вечностей времени.
Люди - дети Вселенной, с таким большим правом на существование как что-нибудь или кто - либо еще. Как описано Льюисом (1996), в месте есть невыразимое богатство, и мы можем найти их. Полезные ископаемые и изотопы от Луны, астероидов или комет могли бы реконструировать наши жизни в столетиях, чтобы прибыть. Странные формы жизни ниже сухой почвы Марса и замороженных океанов луны Юпитера, Европа может навсегда изменить способ, которым мы касаемся Вселенной или других разновидностей. Однажды мы почти наверняка столкнемся с нашим, равняется или начальники в обширном царстве Галактического места.
Но прежде, чем мы можем захватить для этого богатства в изумительном космическом корабле, который могут построить будущие поколения, мы должны догадаться и проект что Calder (1978)
Введение xxviii: новые царства места
называемый ‘космическими кораблями ума’. Это - функция этой книги - чтобы познакомить потенциальных проектировщиков судов открытого космоса с методами их ремесла и выполнениями их предшественников. Но прежде, чем мы можем рассмотреть наши первые ‘умственные космические корабли, у нас должна быть разумная картина масштаба того огромного нового театра для деятельности человека: космос.
МАСШТАБ МЕСТА
Очень легко стать укрощенным расстояниями между планетами, уже не говоря о чрезвычайно больших расстояниях между звездами. Возможно хороший первый шаг должен рассмотреть расстояния нашим самым близким астрономическим соседям и связать их с общими человеческими понятиями пространства и времени.
Рассмотрите сначала нашу прекрасную и мягкую планету Землю, которая является удобной отправной точкой для нашего космического рейса. Экваториальный радиус нашей почти сферической планеты составляет приблизительно 6 400 км. Мы приплыли вокруг 40 000 км нашей планеты circumfer ence приблизительно через три года, и окружили это воздушным шаром через меньше чем месяц.
Самый быстрый эксплуатационный коммерческий авиалайнер - англо-французское Согласие (e) - могло путешествовать приблизительно в 2 000 км hr_1. Так как такие сверхзвуковые авиалайнеры должны остановиться для того, чтобы заправить горючим каждые несколько часов, Конкорд потребовал бы скорее, чтобы больше чем один день плавал вокруг мира.
Но мы можем конечно добиться большего успеха чем это. Если мы уедем из Мыса Канаверал на борту Шаттла, то мы будем введены в низкую Земную орбиту (ЛЕО) со скоростью приблизительно 8 км/сек ~ '. Космические корабли в ЛЕО требуют, чтобы приблизительно 90 минут закончили одну орбиту и плавали вокруг земного шара.
У нашего самого близкого астрономического соседа - одного естественного спутника нашей планеты, Луны - есть радиус приблизительно 1 700 км и масса 1/81 та из Земли. Луна требует, чтобы приблизительно 29 дней вращались вокруг Земли в кратком пути на среднем расстоянии приблизительно
380,1	км, или 30 Земных диаметров.
Если мы добавляем другую продвигающую стадию к нашему космическому кораблю ЛЕО, мы можем оставить Земную орбиту приблизительно в 11 км/сек ~ 'на следе ведомой астронавтами Аполлона. Если направлено к Луне, такое межпланетное ремесло замедляется, поскольку это поднимается выше от ЛЕО. Кинетическая энергия судна продана для потенциальной энергии. Космические корабли текущей технологии требуют, чтобы несколько дней достигли Луны, и приблизительно неделя для путешествия туда и обратно.
Самая близкая планета к Земле - Венера, которая направлена к Солнцу из нашей планеты. В их самом близком друг к другу Венера и Земля отделены примерно до 42 миллионов км, но из-за огромного атмосферного давления Венеры и поверхностной температуры, люди не будут следовать за нашими роботами на поверхность этого мира запрещения в ближайшем будущем. Но если наш межпланетный космический корабль будет передавать Луну и следовать за длинным, перекручивание ‘эллипс минимальной энергии’ Венере, то это прибудет в близость той планеты приблизительно после шести месяцев.
Марс более интересен, и является более подходящей целью для ранней экспедиции людьми. С тонкой атмосферой, замороженной водой в ее полярных заглавных буквах и возможной жизни окаменелости, эта планета приближается к Земле к в пределах приблизительно 75 миллионов км. Наш interpla-
Введение: новые царства места xxix
космический корабль netary может отбыть из ЛЕО и достигнуть окрестностей Марса приблизительно через девять месяцев. Оставляя время для планет, чтобы перестроить и некоторый марсианский поверхностный отдых и выздоровление для команды, у экспедиции туда и обратно в Марс, используя текущую технологию будет продолжительность приблизительно трех лет. В течение 16-ого столетия команда Мэджеллэна приплыла вокруг Земли приблизительно через три года.
Так как Марс о пределе для человеческих экспедиций, используя текущую технологию, наша гипотетическая экспедиция Марса могла бы быть соответствующим местом, чтобы ввести новую единицу расстояния: Астрономическая Единица (AU). AU о равном 150 миллионам км - среднее разделение между Солнцем и Землей. Среднее расстояние Марса от солнца - 1.52 AU.
Фотон света, излучаемого от поверхности нашего Солнца и едущий в
300,1	км s ~ 'занимает приблизительно восемь минут, чтобы достигнуть Земли, и дополнительные четыре минуты, чтобы достигнуть Марса. Наш космический корабль на его девятимесячной односторонней поездке к Марсу больше не кажется настолько быстрым.
Осуществление Я 1. Вообразите космический корабль способным к перемещению в прямую линию между планетами в 10kms_1. Оцените, что минимальное одностороннее время прохождения для ремесла достигает Венеры или Марс, начинающийся с Земли, не включая время, требуемое для ускорения и замедления.
Вне Марса мы сначала находим орбиты большинства астероидов - скалистые, гора измеряла остатки раннего формирования Солнечной системы. Тогда мы приезжаем в царство гигантских планет: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Среднее расстояние Нептуна от Солнца - приблизительно 30 AU. Последний из известных миров Солнечной системы, крошечного Плутона, вращается вокруг Солнца каждые 250 лет в эксцентричной орбите со средним расстоянием от Солнца 39.4 AU.
Но планеты и астероиды не вся история. Вне самой дальней планеты и простирающихся десятков тысяч Астрономических Единиц в космос дом тех астрономических айсбергов, которые мы называем кометами. В необъятности места extraplanetary даже 150 миллионных км AU становится бесконечно малым.
Самое быстрое ремесло, начатое людьми, является Путешественником 1, который использовал силу тяжести, помогают маневру в Юпитере оставлять Солнечную систему приблизительно в 3.5 AU ежегодно (приблизительно 17 км/сек ~ '). Самый близкий звездный сосед нашего Солнца, тройная звезда a/Proxima Centauri, является приблизительно 270 000 AU от Солнца. Если Путешественник был направлен на той звезде (который это не), что бесстрашный робот прошел бы через систему Centauri приблизительно через 77 000 лет. Но свет пересекает приблизительно 60 000 AU ежегодно. Приблизительно через 4.3 года фотон, испускаемый нашим Солнцем, достигает Centauri, и система звезды - поэтому 4.3 световых года от Солнца.
Даже световой год бледнеет, поскольку мы двигаемся далеко в межзвездное пространство. Наша Галактика Млечного пути содержит несколько сотен миллиарды звезд, и составляет приблизительно 100 000 световых годов в диаметре. Соседние галактики отделены сотнями тысяч или миллионы световых годов. Вселенная, которая содержит миллиарды галактик, является возможно 20 миллиардами световых годов через.
Введение xxx: новые царства места
Осуществление Я 2. Вычислите диаметр Галактики Млечного пути и широту всей Вселенной в Астрономических Единицах.
Эти огромные универсальные расстояния не должны коснуться нас теперь, что касается очень долгого времени, чтобы прибыть, радиус 10 или 12 световых годов от Солнца будет пределом человеческого исследования. Если мы можем учиться пересекать эти все еще огромные расстояния в шкале времени десятилетий или столетий вместо тысячелетий, много солнечных систем откроются для нас, даже в этом крошечном фрагменте универсальной необъятности.
БИБЛИОГРАФИЯ
Calder, N., Космические корабли Мышления, Викинга, Нью-Йорка (1978).
Льюис, Дж. С., Добывая Небо, Аддисон-Уэсли, Чтение, Массачусетс (1996).
1
Побуждения для полета в открытом космосе
Если человек спускается, я не полагаю, что у него когда-либо снова будут ресурсы или сила, чтобы защитить лес подсолнечника и одновременно следовать за дорогой знака через области звезды. Это теперь или никогда для обоих, и цена очень высока.
Loren Eisley, Невидимая Пирамида (1970)
Когда каждый пытается предсказать будущее космического полета, мы сталкиваемся с той же самой дилеммой, испытанной провидцами во всех областях. Чтобы смоделировать, какие люди могут (или не может) делают в некоторый момент в неопределенном будущем, мы должны исследовать то, что это, это заставляет людей пройти определенные пути. Всегда сомнительный, такая 'футурология' является еще более трудной сегодня, поскольку человеческая цивилизация кажется сбалансированной на пороге преобразования от государств независимой страны до глобального юридического лица. Что могло бы поощрить это появляющееся глобальное юридическое лицо расширять свое царство операций от дружественных, солнечных отапливаемых помещений около Земли к иностранной, холодной пустоте вне планет и между звездами?
Много авторов рассмотрели этот вопрос в работах беллетристики и факта. Некоторые предлагают, чтобы ответ был найден в истории. Почти 3 000 лет назад, lonian потомки цивилизации Бронзового века Minoan/Mycenean, сосредоточенной в Эгейском море, начали расширяться вне восточных берегов того моря в дикие степи современной России. Прежде 600 до н.э, один один lonian город (Милет) установил больше чем 60 колоний вдоль берегов Черного моря. В течение той же самой эры другие Дорические греческие города колонизировали Сицилию и южную Италию, основывая города, которые стали ядрами современных Сиракуз и Неаполя.
В приблизительно то же самое время Жители Полинезии начинали свою эпическую сагу колонизации среди широко брошенных Тихоокеанских островов. Эти люди пересекли намного большее пространство океана, чем сделал их греческий contempories и, невероятно, они достигали этого исследования без преимущества грамотности. Вместо письменных парусных инструкций полинезийские навигаторы пересекли водянистую пустоту при помощи эпических стихов, которые сообщали им о положениях звезды и руководстве ветра.
2 Побуждения для полета в открытом космосе
[Ch. 1
Могут эти земные социологические модели и другие служат нам в предсказании будущего космического полета? Вероятно не, к сожалению. Независимо от того, насколько современные люди могут желать избежать своего переполненного мира таким образом наших древних предков, мигрирующих от переполненных островов и городов - государств, мы расстроены фактом, что самые близкие Подобные земле миры составляют много отдаленных триллионов километров. Не - автоматизированные исследователи космоса и colonisers должны поэтому взять с собой немного Земли, просто чтобы выжить. В столетиях будет измерена продолжительность рейсов к таким оазисам в месте, и стоимость даже скромного предприятия к другой звезде приблизит текущий американский Валовой национальный продукт. Межзвездный (или даже interpla netary) колонизация кажется предназначенной, чтобы никогда не играть роль в переселении лишенных миллиардов Земли или освобождении мирового популяционного хруста. Только в том самом отдаленном будущем, когда старение, раздувая обещания Солнца глотать Землю и остальную часть внутренней Солнечной системы там будет достаточным стимулом для межзвездной колонизации существенной фракцией земного населения.
Если межзвездная колонизация не может служить краткосрочным водителем, чтобы продвинуть нас в пустоту, что относительно исследования? Все мы знаем о Золотом Веке Explora tion и подобные эры, когда любопытство продвигало людей, далеких от их родин. И все мы понимаем, что возможность жизни на Марсе (хотя потухший и примитивный) могла бы быть искрой, которая зажигает эру человеческих миссий к Красной планете в течение 21-ого столетия. Возможно желание исследовать биологические возможности отдаленных комет могло бы быть достаточным, чтобы продвинуть занятые человеком суда к внешним краям Солнечной системы и вне.
К сожалению, однако, продвигающаяся технология показывает, что межзвездное исследование людьми, возможно, не также скоро появляется из эпопеи научной фантастики. Почему посылают человеческую команду на рейсе, который мог бы потреблять десятилетия или столетия, если мы можем получить ту же самую информацию от намного менее массивного робота, который более надежен и терпим к одиночеству чем человек, и не как склонный к скуке? Самый успех роботов, таких как Путешественник 1/2 и Первооткрыватель/Временный житель Марса смягчает против посылки человеческих команд на рейсах исследования далеко в пустоту.
Если убеждения колонизировать или исследовать новые земли не достаточны, чтобы расширить диапазон деятельности человека далеко вне Земли, что тогда торговли? Могли бы мы месторождение пояс астероида, луны Юпитера и замороженные кометы Облака Oort для материалов, драгоценных для человеческой цивилизации? Мог бы обменять суда крест-накрест Солнечная система в 22-ом столетии в той же самой манере, что парусные суда окружали земной шар в прошедших столетиях? И эти те же самые суда могли бы быть ядром общества, достаточно предприимчивого, чтобы рисковать вне Солнца?
Много авторов - начинающийся в 1970-ых с работы покойного Джерарда К. О'Неилла - теперь считали потенциальную роль космических ресурсов в devel opment жившей места цивилизации базируемой в околоземном или находящемся между Землей и Луной месте. Хотя мы только что начали инвентаризировать ресурсы нашей Солнечной системы, кажется очевидным, что космические торговцы не должны рисковать этим далеко от Земли. Почему месторождение, которым главный астероид пояса или еще более отдаленная комета, когда все ресурсы мы будем нуждаться в течение многих тысячелетий, должны быть найдены ниже лунной поверхности или среди близких Земных объектов (NEOs), те астероидные и кометные тела, которые приближаются к Земле близко?
Побуждения для полета в открытом космосе 3
Поэтому, кажется, что желания полезной площади, чистого знания и коммерческой выгоды, возможно, не достаточные побуждения, чтобы оправдать краткосрочное человеческое исследование, далекое от Солнца. Но один очень сильный повод все еще остается, что может в конечном счете вызвать расширение глобальной человеческой цивилизации в экстра-планетарное царство - выживание.
В течение многих десятилетий геолог и палеонтологи ломали голову над явлением массового исчезновения. Согласно окаменелости рекордное, земное биологическое развитие - вообще медленный и устойчивый процесс. Формы жизни несоизмеримых классов - трилобиты, динозавры и млекопитающие - медленно развиваются, видоизменяются и исходят постепенно, чтобы заполнить доступные экологические ниши. Но тогда Природа Матери внезапно и неожиданно имеет дело дикая карта! Кое-что случается, и случается быстро - случай всей планеты, который опрокидывает экологическое равновесие, отдавая тысячи потухших разновидностей и предлагая возможность оставшимся в живых ‘принять Землю’.
Подсказки к природе этих текущих планетарных катастроф были раскрыты в 1970-ых исследовательской группой отца-сына от университета Калифорнии в Беркли. Физик Луис Альварес и его сын геолога Уолтер исследовали слой глины в Gubbio в Umbria, Италия, которая отделяет конец Меловой эры, 65 миллионов лет назад и начала Третичного.
Очень к их изумлению, иридиевое содержание в отложениях Меловой/Третичной границы было очень поднято. Последующие исследования командой Alvarez и другими указали, что это иридиевое повышение - международное явление.
Иридий не общий элемент корки Земли, но поднятые уровни этого элемента найдены в метеоритах, остатках космических астероидных или кометных объектов, которые иногда воздействуют на Землю. Много геологов были выиграны теорией космического случая, который закончил господство динозавров в завершении Мела, но не все были убеждены. Свидетельство было в лучшем случае обстоятельным, пока ‘курящее оружие’ не было обнаружено. Это было в большой степени разрушенными остатками большого кратера воздействия в Юкатане, Мексика, которая является приблизительно 65 миллионами лет и была очевидно произведена объектом приблизительно 10 километров в диаметре.
Компьютерные модели (и Голливуд специальные эффекты) с тех пор использовались, чтобы предсказать и моделировать эффекты большого астероидного или кометного воздействия на экологию Земли. Начальные эффекты включают огромную шаровую молнию, сопровождаемую водородом - подобный бомбе атомный гриб (без радиоактивности бомбы). Огненные бури пожрали бы всю растительность в пределах сотен километров ноля основания, если бы воздействие произошло на земле. Более вероятное океанское воздействие привело бы к 500-метровым высоким цунами, которые могли бы пересечь океаны планеты на скоростях 1 000 километров в час, вызывая обширное разрушение и модификацию береговой линии.
Некоторые размышляли, что сила большого воздействия могла бы вызвать вулканические извержения и землетрясения вдоль линий ошибки, где корковые пластины Земли пересекаются, значительно увеличивая опустошение. Но экология Земли могла бы возвратить rela tively быстро если бы не ‘эффект’ зимы кометы. Огромные количества пыли, поднятой огненными бурями, несло бы стратосферическое обращение вокруг планеты. У этого савана аэрозоля могло бы быть верхнее атмосферное время места жительства, измеренное в годах.
4 Побуждения для полета в открытом космосе
[Ch. 1
В течение нескольких лет после главного космического воздействия лето будет отсутствовать по очень или большая часть Земли из-за ослабленной пылью интенсивности солнечного света. Растительность будет увядать и умирать, сопровождаемая массовой смертью голоданием травоядных животных, которые питаются заводами. Плотоядные животные не будут долгое время выживать, поскольку их поставка продовольствия истощается.
Большинство больших животных Земли исчезло с концом Creataceous. Возможно ранние млекопитающие выжили, потому что они были очень маленькими или возможно потому что они могли зимовать, пока климат не нагревал. Намного меньший чем их кузены динозавра и способный полететь в изолированные области, случайно защищенные от худшего из опустошения, некоторые ранние птицы, также пережившие.
К счастью для нас оставшиеся в живых, земные воздействия объектами в диапазоне размера мультикилометра - нечастые события, происходящие с промежутками в десятки миллионов лет. Но воздействия объектами до нескольких сотен метров в диаметре являются намного более частыми. Мы могли бы ожидать, что такой 'убивающий город' астероид или ядро кометы ударят Землю однажды в столетие, со взрывчатым воздействием, примерно эквивалентным той из водородной бомбы на 20-мегатонны.
Новое такой случай произошло около Tunguska, редко населенной области Сибири, в 1908. Потеря жизни и материального ущерба была минимальна, но миллионы умрут, если бы 'цель' была очень немного различна, и космический снаряд ударил Москву.
Земля испытала много попаданий начиная со случая Tunguska. Мы вероятно должны для другого воздействия прежде, чем 21-ое столетие будет очень далеко продвинуто. Из-за роста в народонаселении с 1908 и последовательном распространении жилья, мы не можем ожидать быть как удачливый следующий раз.
Но есть одно главное различие между современным миром и тем из 1908 или наших Меловых предшественников эры. В течение самого первого раза земная разновидность развилась, который способен к картографии меньших тел Солнечной системы, исследование их и отклонение тех, которые угрожают Земле. Желание защитить Землю от соседних объектов, которые угрожают всему человечеству, может побудить нас становиться межпланетной цивилизацией. Истинная межзвездная способность может развиться, поскольку наша глобальная цивилизация исследует те маленькие тела на краях Солнечной системы, которые кормят население NEOs.
1.1	ИНВЕНТАРЬ NEOs
Только крошечная фракция NEOs была обнаружена, уже не говоря об изученном подробно. Джон Ремо недавно оценил, что есть приблизительно 20 NEOs сверх 5 км в диаметре, примерно 400 в 2-километровом диапазоне, 2 000 в 1-километровом диапазоне, и приблизительно 6 000 с диаметром приблизительно 0.5 км. Он оценивает, что есть приблизительно 100 000 NEOs в 0.1-километровом диапазоне.
Воздействие на Землю 5 км, измеренных НЕО, создало бы глобальное массовое исчезновение, такое как тот, который обрекал динозавры. Намного более частые Tunguska-размерные события, эквивалентные в разрушительной власти к большой водородной бомбе, следуют из воздействия NEOs в 0.1-километровом диапазоне размера.
В его газете 1998 в Журнале британского Межпланетного Общества, Грегори
Секунда. 1.1]
Инвентарь NEOs 5

обозначены меньше чем ценности.
Мэтлофф оценивает Планетарные данные Общества от НЕО Новостей, чтобы исследовать источник известного НЕО популяционная фракция, для которой были вычислены разумно точные орбиты. Как показано в иллюстрации 1.1, у больше чем половины известного NEOs есть оригинальности сверх 0.55, и приблизительно у 30 % есть склонности сверх 30 °. Примерно 50 % известного NEOs находятся в большем количестве кратких орбит чем большинство главных астероидов пояса; приблизительно 30 % находятся в орбитах, более склонных к эклиптическому, чем большинство главных астероидов пояса. Мы можем разумно завершить, поэтому, что НЕО население имеет и кометное и астероидное происхождение.
Если Земле угрожает нависшее воздействие НЕО астероидного происхождения, лучшая защита могла бы быть запуском особенно измененных баллистических ракет. После rendezvousing с объектом оскорбления (мы надеемся, в открытом космосе вне орбиты Луны), ракеты были бы предписаны зажечь свои ядерные боеголовки. Хотелось бы надеяться, многократные ядерные взрывы были бы достаточны, чтобы подтолкнуть НЕО немного от его предыдущего пути, таким образом преобразовывая воздействие броского плаката на Землю в попадание.
6 Побуждений для полета в открытом космосе
[Ch. 1
Однако, если приближение НЕО - темное потухшее ядро кометы, ядерные взрывы не могли бы быть эффективными. Вместо этого таким образом Сапожника Кометы - Налог 9, который воздействовал на Юпитера в 1994, кометное НЕО могло бы быть 'рождено детеныша' ядерными взрывами во многие радиоактивные фрагменты, каждого на Перехватывающей землю траектории. Намного более нежные солнечные методы паруса могли бы быть необходимыми, чтобы постепенно изменить траекторию оскорбления НЕО в течение нескольких десятилетий.
Чтобы защитить Землю от приближения к NEOs, мы должны очень точно определить орбиты этих объектов и возможно посетить некоторых из них, чтобы определить их свойства включая состав и предел прочности. Но начиная с членов НЕО у населения есть динамическая целая жизнь, намного меньшая чем целая жизнь Солнечной системы, согласно Williams (1998), земная цивилизация, действительно полная решимости защитой Земли, должна исследовать происхождение NEOs и возможно отклонить астрономические тела прежде, чем они присоединятся к этому населению.
1.2	РАССМОТРЕНИЕ НЕО ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Мы можем ожидать, что большинство астероидов будет долго оставаться в их устойчивой области между орбитами Марса и Юпитером. Но Мудрости (1982) продемонстрированный, некоторые астероиды, приближающиеся к Юпитеру, могла бы изменить их орбитальные оригинальности гигантская планета. Близко столкновения между астероидом и Марсом могли бы далее изменить траекторию объектов, заставляя это стать НЕО. Более свежая работа Belbruno и Marsden (1997) продемонстрировала, что кометы, проходящие около Юпитера, могут также быть встревожены, чтобы присоединиться НЕО население. (Мы ожидаем, что близко сталкивается между кометами, и другие гигантские планеты могли бы также накормить объекты в НЕО население.) Как обсуждено Карлом Сэгэном и Энн Друьян, волнения к Облаку Oort (область тысяч миллионов комет, расширяющих световой год или больше от Солнца) мимолетной звездой, могли conceiveably отклонять тысячи комет во внутреннюю Солнечную систему.
Но Солнечная система - обширное место. Можно было бы думать, что эта самая необъятность могла бы защитить Землю от кометного или астероидного объекта, который был отклонен к Земле.
Чтобы исследовать эту гипотезу, мы следуем за логикой Matloff и Парков (1988). Рассмотрите объект, двигающий Солнце в параболической орбите со скоростью Fpara. Масса Солнца - Msun, и система координат направлена положительная направленный наружу от Солнца. Применяя элементарный kinematics, скорость объекта к Солнцу может быть оценена от:
^para «-1.4 (GMSun) 1/2^enf	(1.1)
где Г - гравитационная константа, и ^cent - расстояние объекта от центра Солнца.
Если орбитальное волнение происходит во время t = 0, когда объект - ^init от центра Солнца, и объект - ^fin от центра Солнца во время t, замену
Секунда. 1.3]
Трудность телескопического исследования NEOs 7
^pat-a = dRcent/dz может использоваться, чтобы объединить уравнение (1.1):

(1.2)
Если предполагается, что Rinit ^ Rfin, что MKS (метр, килограмм, секунда) ценности используются для Г, и что Msun вставлен (см. Приложение), и мы заменяем число метров в Астрономических Единицах (AU) и число секунд через год, мы получаем время в годах, требуемых для объекта упасть к внутренней Солнечной системе от начального положения Rinit, au Астрономические Единицы от Солнца:
Комета или астероид, отклоненный в параболическую орбиту Юпитером в 5.2 AU от Солнца, требуют, чтобы меньше чем год достиг внутренней Солнечной системы. Поэтому, предупреждение времени для планетарной катастрофы могло бы быть маленьким действительно!
Осуществление 1.1. Утвердите все шаги в происхождении уравнения (1.3). Тогда оцените, что времена для комет, отклоненных Сатурном, Ураном или Нептуном в параболические солнечные орбиты достигают внутренней Солнечной системы.
1.3	ТРУДНОСТЬ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ NEOs ОКОЛО ИХ ПУНКТА ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Как альтернатива автоматизированным или человеческим занятым исследовательским миссиям к NEOs около их пункта происхождения, мы могли бы рассмотреть отдаленное исследование, используя земные или Орбитальные землей телескопы. Это является очень трудным, как показано следующим вычислением.
Так как количество солнечной энергии, достигающей Земли в секунду за область единицы (солнечная константа), является приблизительно 1 400 Wm ~2, солнечной энергией в секунду за квадратный метр, достигающий астрономического объекта, Rau от Солнца - приблизительно 1 400 R^2. Если объект является сферическим и имеет фракционный reflectivity КАСАТЕЛЬНО и радиус метров РАДИУСА, количество солнечной энергии, отраженной от объекта, является (КАСАТЕЛЬНО) (-кrad2) 1 400 R~u2. Если объект - hemispherically симметрический изотропический отражатель, и это - Reau от Земли, отраженной легкой энергии в секунду от объекта, входящего в околоземный телескоп радиуса, метры Rtele вычислены как:

(1.3)
Wtele = 700 КБ (КАСАТЕЛЬНО)
(РАДИУС) (Rtele)
(1.4)
1.1	X 1011 RauRe, au
Фактор 1.5 x 1011 следствий преобразования Астрономических Единиц к метрам. telescope/celestial-object геометрия, принятая в происхождении уравнения (1.4), получена в итоге в иллюстрации 1.2.
8 Побуждений для полета в открытом космосе
[Ch. 1
2 РАДИУСА

Иллюстрация 1.2. Геометрия для отдаленного рассмотрения маленького астрономического объекта reflectivity КАСАТЕЛЬНО.
От уравнения (1.4) мы оцениваем легкую энергию в секунду, входя в телескоп апертуры на 10 м., расположенный на или около Земли от 10%-ого рефлексивного, 1-километрового радиуса астрономическое тело, расположенное 5AU и от Солнца и от телескопа как 1.57 x 10~15 W. Если телескоп на 10 м. расположен вне атмосферы Земли - разрешение эффектов исчезновения быть проигнорированным - отраженная солнечная энергия от астрономического объекта, достигающего каждого квадратного метра телескопа в секунду (также названный полученным потоком,/rec),
1.1	x 10~18Wm~2.
Осуществление 1.2. Утвердите происхождение уравнения (1.4). Вычислите Wtele and/rec для многих размеров телескопа, ценностей расстояния, астрономических размеров объекта и reflectivities.
От уравнения (3.1.13) из Кухни (1991), возможно связать независимый датчик (или bolometric) очевидная величина mbol любого астрономического объекта, наблюдаемого выше атмосферы Земли к полученному потоку:
/rec = 2.5 x 10~8 x 10 “04mb" lWm_2	(1.5)
Замена в уравнении (1.5) показывает что очевидная bolometric экстра-атмосферная величина нашего гипотетического объекта от который поток
5.1	x 10~18 Wm2 получен, приблизительно 24.
Бросая вызов, обнаружение 24-ых объектов величины обычно accom plished в соответствии с инструментами, такими как Космический телескоп Хабблa. Но проблема
Секунда. 1.4]
Автоматизированные варианты исследования 9
telescopically решение мелких деталей относительно поверхности маленького, отдаленного объекта является другим вопросом.
Угол в подимел тенденцию нашим гипотетическим маленьким астрономическим объектом, равен (2RAD / Reau/1.5 x 1011) радианы. Применение стандартной формы Критерия Рэлея (как выражено в Главе 1 Кухни (1991)).
в =	2RAD-= 122A	(1.6)
Reau X 1.5 X 10 2Rtele	V J
где A - длина волны света, полученного телескопом от астрономического объекта - рассматриваемый объект подимеет тенденцию приблизительно 2.7 x 10~9 радианов, или приблизительно 0.000 5 arcsec. Принимая 0.5^m длина волны желтый свет, радиус апертуры телескопа приблизительно 100 м. обязан решать астрономический рассматриваемый объект. Основанный на месте интерферометр, кажется, требуется, в противоположность телескопу единственного зеркала.
1.4	АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ВАРИАНТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Как альтернатива телескопическому наблюдению от близости Земли, наша будущая жившая места цивилизация может желать исследовать отдаленные объекты кометных или астра - oidal происхождение, используя автоматизированные исследования. Такие исследования должны быть очень интеллектуальными и очень автономными из-за временной задержки коммуникации, вызванной ограничением скорости света. В 5-AU разделении время поездки для радио-сигнала на космический корабль составляет приблизительно 40 минут.
Другой проблемой, воздействующей на проект исследований открытого космоса, является надежность. Так как услуги ремонта могут быть миллиардами или триллионами километров, роботы отдаленного, открытого космоса должны быть чрезвычайно надежными и иметь по крайней мере ограниченную способность саморемонта.
Отслеживание маленького робота в необъятности внешней Солнечной системы или вне является также существенной проблемой. Обязательство за периоды десятилетий большим радио-телескопом, такие как блюдо на 300 м. в Arecibo, Пуэрто-Рико, будет необходимо, чтобы отследить и общаться с отдаленным исследованием.
Как описано Jaffe и др. (1980) в их исследовании проекта Лаборатории Реактивного движения НАСА исследования к 1 000 AU от Солнца, ограничения власти исследования строго ограничат нормы передачи данных как увеличения расстояния исследования. Так как земная технология продолжит продвигать в течение десятилетий исследования долго миссию, координаторы коммуникации исследования могут скоро чувствовать, что они имеют дело с изворотливыми, отдаленными старинными вещами, а не судном исследования. Возможно далеко-будущий открытый космос - исследования могли развиться в полете, чтобы держать частичный темп с продвижением дома.
Одна альтернатива суперинтеллектуальным, автономным миниатюризированным исследованиям могла бы быть местоположением центра команды на борту укомплектованного космического корабля, расположенного в пределах нескольких сотен тысяч километров исследуемого объекта. Автоматизированные исследования, развернутые большим ремеслом, могли быть под прямым управлением, поскольку они исследуют поверхность маленького астрономического тела при исследовании.
10 Побуждений для полета в открытом космосе
[Ch. 1
1.5	НАПРАВЛЕННЫЙ PANSPERMIA
Это возможное побуждение для автоматизированных миссий открытого космоса технически выполнимо, хотя тревожащий ethically. Наша технология развилась к сути, в котором мы могли запустить автоматизированный межзвездный космический корабль на очень долговременных миссиях. Требуя десятков тысячи или сотен тысяч лет достигнуть соседнего луга молодая звезда или более отдаленная формирующая звезду область, такое ремесло могло нести nano полезные грузы сушивших сублимацией генетически приспособленных микроорганизмов. Для удивительно низкая цена, земная жизнь могла распространить свою ДНК всюду по Вселенной.
Технология для таких направленных panspermia миссий почти под рукой. Accel eration крошечного (масса микрограмма) panspermia капсулы мог быть достигнут текущими парусами солнечного фотона технологии не больше, чем метр в диаметре. Decelera tion около молодой звезды использовал бы парус солнечного фотона как механизм замедления; замедление в формирующих звезду туманностях было бы достигнуто бременем вопроса.
Так же как описывая физическую и биологическую технологию panspermia миссий, Mautner (1996) затронул этические рассмотрения. Технологическая цивилизация, находящаяся под угрозой исчезновения, могла бы выбрать отбирать свое самое близкое астрономическое ржание bours так, чтобы жизнь его планеты могла пережить цивилизацию запуска и возможно ее планету также. Но люди могут разумно выступить против panspermia, потому что он беспорядочно распространяет жизнь через Вселенную, и восстановленные микроорганизмы могли бы разрушить или строго изменить молодой, естественно развивающиеся экосистемы в окружающей среде, с которой сталкиваются.
Из-за быстрого прогресса в земной биотехнологии и краткосрочной выполнимости солнечных парусов, способных к запуску полезных грузов на экстра-солнечных траекториях, panspermia этика, не предмет для отдаленного будущего. Если международные агентства не обсуждают advisibility и желательность распространения земной ДНК всюду по Вселенной, даже такие группы, как фонды или маленькие университеты могут односторонне начать процесс направленного panspermia в ранние десятилетия 21-ого столетия.
1.6	БИБЛИОГРАФИЯ
Belbruno, E. и Marsden, Б. Г., ‘Резонанс, Прыгающий в Кометах, Астрономический Журнал, 113, 1433-1444 (1997).
Finney, Б. Р. и Джонс, Э. М., ‘Путешественники в Океанское Место’, в Межзвездном Перемещении и Человеческом Опыте, редакторе Б. Р. Финни и Э. М. Джонсе, университете Чикагской Прессы, Беркли, Калифорния (1985), стр 164-179.
Хансон, A., Марс и Развитие Жизни, 2-ого edn., Wiley-практика, Chichester, Великобритания (1997).
Jaffe, Л. Д., Ivie, P., Льюис, Дж. К., Lipes, R., Нортон, Х. Н., Stearns, Дж. В., Стимпсон, Л. Д. и Weissman, P., ‘Межзвездная Миссия Предшественника’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 33, 3-26 (1980).
Kitchin, К. Р., Астрофизические Методы, 2-ой edn., Адам Хилджер, Нью-Йорк (1991).
Секунда. 1.6]
Библиография 11
Ли, Р. Б., ‘Модели Человеческой Колонизации: Сан, греки, и Викинг’, в Межзвездном Перемещении и Человеческом Опыте, редакторе Б. Р. Финни и Э. М. Джонсе, университете Чикагской Прессы, Беркли, Калифорния (1985), стр 180-195.
Matloff, Г. Л., ‘Применение Международной космической станции (ISS) и Технологии Солнечного паруса к Исследованию и Диверсии Маленьких, Темных Околоземных Объектов (NEOs)’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1998), стр 79-86. Также изданный в Протоколах Astronautica, 44, 151-158 (1999).
Matloff, Г. Л., ‘Околоземные Астероиды: Наше Следующее Межпланетное Предназначение, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 267-274 (1998).
Matloff, Г. Л. и Парки, K., ‘Межзвездная Сила тяжести Помогает Толчку: Исправление и Новое Заявление’, Журнал британского Межпланетного Общества, 41, 519-526 (1988).
Mautner, М. Н., ‘Направленный Panspermia. 3. Стратегии и Побуждение для Звезды Отбора - Формирующиеся Облака, Журнал британского Межпланетного Общества, 50, 93-102 (1996).
Mautner, М. Н. и Matloff, Г. Л., ‘Оценка Межзвездных Методов для Отбора Новые Солнечные системы, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 273-278.
Mileikowsky, C., ‘Как и Когда Мог мы быть Готов Послать 1 000-килограммовое Исследование Исследования с Курсирующей Скоростью 0.3 c к Звезде’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 335-344 (1996).
Ostro, S. и Sagan, C., ‘Космические Столкновения и Галактические Цивилизации, Астрономия и Геофизика, 39, 422-424 (1998).
Ремо, Дж. Л., ‘Подход к Оценке Технологической Стоимости/Выгоды Критического и Подкритического Космического Предотвращения Воздействия’, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 461-470 (1998).
Sagan, C. и Druyan, A., Комета, Случайный Дом, Нью-Йорк (1985).
Williams, я. P., ‘Подкритические События: Происхождение Молотковых дробилок, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 445-450 (1998).
Мудрость, J. ‘Происхождение Промежутков Kirkwood: Картография для Астероидного Движения Около 3/1 Соизмеримости’, Астрономический Журнал, 85, 1122-1133 (1982).

2
Царства места
Прежде, чем храбрые исследователи пересекают под парусом моря в поисках новых и экзотических земель, они должен сначала готовиться, рассматривая их собственную страну. Его свойства еще могут вновь появиться, где и помогают им понять новые открытия. У родины могли бы быть холмы и долины, леса и пустыни, реки и озера - особенности, которыми могло бы также обладать иностранное государство. Или дома или за границей, эти особенности вероятно повиновались бы тем же самым конституциям.
Кен Кросвелл, Поиски Планеты (1955)
Прежде, чем люди передают или своих эмиссаров робота или непосредственно к рейсам глубоко в пропасть, стоит для них рассмотреть то, что известно об их домашней Солнечной системе. Даже при том, что каждый набор звездных миров, с которыми мы сталкиваемся, будет уникальным и отдельным в некотором отношении, те же самые законы применяются всюду по космосу. Что мы знаем о свите Солнца миров, спутники, астероиды, кометы, области и частицы могут служить моделью для того, что мы сталкиваемся с вращением вокруг других звезд.
2.1	ВОПРОС ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Размышление потока относительно происхождения нашей Солнечной системы обрисовано в общих чертах во многих текстах астрономии (см. например, Чэйссон и Макмиллэн, 1996). Все свидетельство поддерживает гипотезу, что формирование солнечной системы - естественное последствие формирования звезды. Даже перед недавними наблюдательными открытиями экстра-солнечных планетарных систем, астрономы были убеждены, что планетарные системы совсем не необычны.
Приблизительно 5 000 миллионов лет назад, прохладный, вращающийся газ и облако пыли или туманность заполнили нашу область Млечного пути. Главным образом водород и гелий с маленькой пропорцией более массивных элементов и углеродистых частиц пыли, эта туманность должен
14 царства места
[Ch. С
измерили измерения во фракциях светового года и водородных удельных весов атома в окрестности 1 000 за кубический сантиметр.
Целую вечность эта первобытная туманность, возможно, существовала, и она, возможно, все еще присутствовала сегодня, если соседняя звездная катастрофа не вызвала формирование звезды в своем интерьере.
Возможно в пределах этого, или возможно в пределах нескольких световых годов первобытной туманности, массивная звезда сформировалась. Такие звезды развиваются быстро, переезжая от устойчивой, жгущей водород главной последовательности после периода миллионов лет. Как это в возрасте, массивная звезда расширилась, чтобы стать супергигантом, который охватил бы орбиту Марса, если бы это заменяло Солнце. Исчерпав ее водородное топливо, массивная звезда потребляла гелий, углерод и более тяжелые элементы, поскольку это преобразовало все больше своего материала в энергию и тяжелых элементов, которые снизились как инертный пепел к его ядру. В течение миллионов лет радиационное давление самопроизведенных фотонов звезды уравновешивало силу тяжести и препятствовало ей разрушаться.
Наконец, топливо ушло, и огромная звезда начала разрушаться. Температуры и давления повысились в инертном ядре, поскольку внешние слои упали внутрь. Целый новый ряд термоядерных реакций внезапно стал возможным в ядре, и звезда отскочила в огромном взрыве.
В мерцании глаза масса, равная тысячам Земель, была преобразована в энергию, поскольку ядерная печь умирающей звезды потребляла элементы столь же массивные как железо, чтобы произвести все элементы в периодической таблице до и включая уран. В течение краткого времени, прежде, чем это исчезло к забвению, свет, излучаемый сверхновой звездой, возможно, бросил вызов объединенной люминесцентной продукции всех звезд в Галактике.
Туманность испытала бы эту звездную смерть двумя способами. Во-первых, заголовки тяжелых элементов, произведенных сверхновой звездой, 'лакировали бы' туманность с элементами столь же массивными как уран. Во-вторых, расширяющиеся газы - пред viously часть внешних слоев супергиганта - были бы соединение turbulently с веществом туманности.
Осуществление 2.1. Рассмотрите неразваленное сферическое межзвездное облако с начальной плотностью 108 водородных атомов за кубический метр (Дворецкий и др., 1978). Покажите, что радиус облака - «1013 км (приблизительно 1 световой год), если у этого есть масса Солнца (С x 103 ° кг).
Бурные водовороты вращались бы всюду по первобытной туманности, возможно напоминая водовороты замедленной съемки. Согласно Heiles (1976), часть межзвездного облака разрушится к сглаженному диску, напоминающему первобытную Солнечную систему, если центробежное ускорение на его краю будет большим чем, или о равном, гравитационное ускорение:
^Cloud^cloud - ^CH	(С.1)
R Облако
где wcloud - часть облака, угловая скорость, ^cloud является радиусом части облака,
Секунда. C.C]
Царства огня, воды и льда 15
Mcloud - масса части облака, и Г - гравитационная константа. Как облако - крах части, чтобы сформировать диск младенческой солнечной системы, сохранен угловой момент (за массу) wcloud^Cloud. Начальный угловой момент части облака передан вращению протозвезды и вращению/революции protoplanets. Сохранение углового момента состоит в том, почему большинство планет Солнечной системы вращается вокруг их оси в том же самом направлении, поскольку они вращаются вокруг Солнца.
Осуществление 2.2. Чтобы продемонстрировать эффект передачи углового момента от протозвезд до protoplanets, полагайте, что облако в Осуществлении, C.1 разрушается, чтобы сформировать Подобную солнцу звезду с радиусом 7 x 105 км, который не передает его угловой момент его планетарной системе. Предположите, что расписание дежурств неразваленного облака tional скорость является 0.5kms ~ '(о равном его внутренней скоростной дисперсии 0.5-1 км s ~' (Ларсон, 1973)). Сначала равняйте облако и протозвезду угловые импульсы, используя wcloud^Cloud = wprotostar^protostar. Тогда вычислите вращательную скорость протозвезды (vratate) использующий WprotoStar = Vrotate / ^ протозвезда. Сравните вращательную скорость этого про tostar с тем из Солнца, которое может быть вычислено, деля окружность Солнца ее вращательным периодом (приблизительно 30 дней). Какое различие планетарная система делает во вращательной скорости звезды. Рассматриваемая звезда не могла выжить, если она не передала большую часть своего углового момента кое-чему!
Передача углового момента межзвездного облака к protoplanets не единственное изменение в природе разрушающегося облака. Температура, давление и плотность растут в центральном уплотнении - протозвезде - пока тот объект не в состоянии выдержать термоядерное горение водорода (с гелием и энергией как продукты реакции) в области около ядра младенческой звезды. Концы краха как радиационное давление выпущенной энергии уравновешивают самотяготение материала, разрушающегося к центру новой звезды.
Испускаемая радиация и звездный ветер вытекают из младенческой звезды. Эти факторы способствуют испарению небулярной пыли и газа от внутренних пределов новой солнечной системы. Первобытные атмосферы водорода/гелия внутренних планет (Ртуть, Венера, Земля и Марс в случае нашей Солнечной системы) также испарились бы (в течение тысяч к миллионам лет) под влиянием эмиссии молодой звезды.
2.2	ЦАРСТВА ОГНЯ, ВОДЫ И ЛЬДА
Поскольку молодая звезда успокаивается, чтобы начать ее длинную карьеру как устойчивая, главная последовательность, жгущая водород звезда, фрагменты льда и скалы (planetesimals) путешествуют внутренняя Солнечная система, иногда воздействуя на внутренние планеты. Океаны формируются из этих воздействий, также, как и первобытные, неокисляющие атмосферы.
16 царства места
[Ch. С
Однако, когда мы рассматриваем внутренние планеты нашей Солнечной системы, мы находим большое разнообразие атмосферной окружающей среды. Крошечная Ртуть - пустыня cratered, очень напоминая Луну. Венера, когда-то думал, чтобы быть почти близнецом Земли, печет ниже очень кислой атмосферы углекислого газа с высоким давлением. Сухие, замороженные показы Марса, мучающие намеки прошлых влажных эр, когда поверхностная жизнь, возможно, присутствовала. Только наша Земля, с ее мягкой богатой кислородом атмосферой и богатыми океанами, является местожительством примерки для широко распространенной жизни.
Поскольку мы рассматриваем любую другую планетарную систему для признаков жизни, образцы нашей собственной Солнечной системы могут служить моделью. Хотя размер планеты, масса, геология и atmo сфера играют существенные роли в определении обитаемости, доминирующий фактор - сияющий поток, полученный планетой от ее первичной звезды. Как определено Пособием и Асимовым (1964), идеальная область, чтобы искать имеющие жизнь миры вокруг отдаленной звезды является ‘ecosphere’ - область, ограниченная на внутренней части пунктом, в котором океаны Подобной земле планеты кипели бы, и на внешней стороне пунктом, в котором заморозятся океаны. Широко распространенная жизнь на поверхности планеты могла существовать только в промежуточной 'водной' зоне, ограниченной на внутренней части царством 'огня' и на внешней стороне царством of‘ice’. Пособие вычислило, что внутренняя ecosphere граница для звезды G0 как Солнце - приблизительно 0.9 AU, и внешняя граница - приблизительно 1. CAU. У более яркой звезды F0 есть ecosphere 1.8-C.6AU от центра звезды, и ecosphere более тусклой звезды K0 - 0.60-0.66 AU от первичной звезды.
Много авторов расширились на и усовершенствовали раннюю работу Пособия над пределами ecosphere. Например, Kasting и др. (1993) более консервативно вычислил непрерывно пригодные для жилья ecosphere измерения Солнца как 0.95-1.15 AU. Wiegert и Holman (1997) спорили, используя компьютерные моделирования, что у определенных двойных звезд, включая Centauri (самый близкий межзвездный сосед солнца) могли быть устойчивые планетарные орбиты в пределах ecosphere обеих звезд.
Границы ecosphere, возможно, не являются постоянными за длительные периоды времени. Хансон (1997) аргументы обзоров, что поверхностная жизнь Марса, возможно, сформировалась рано в истории Солнечной системы. Прямое автоматизированное исследование и возможный укомплектовало expedi tions в течение следующих нескольких десятилетий, должен показать, присутствует ли фоссилизируемая жизнь на том враждебном мире, или отступила ли марсианская жизнь даже метрополитен.
Границы Ecospheric подвергаются расширению, если мы рассматриваем несолнечные источники высокой температуры. Как рассмотрено Коробейником (1999), наблюдения от исследования Галилео показали, что Европа - спутник Юпитера больше чем 5 AU от Солнца - может обладать жидким водным океаном с большим объемом чем та из Земли. Вероятный источник высокой температуры для этого возможного местожительства жизни - периодические взаимодействия между Европой Лунного размера и гигантом Юпитер.
Маленькое меньшинство bioastronomers утверждало, что жизнь во Вселенной является абсолютно вездесущей. Согласно Wickramsinghe и др. (1997) exo биологи должны даже рассмотреть межзвездные облака и кометы как возможные местожительства бактериальной жизни. Davies и др. (1985) представляют контрдовод 'представления большинства' этому тезису.
Секунда. C.3]
Солнечный сияющий поток и планета эффективная температура 17
2.3	СОЛНЕЧНЫЙ СИЯЮЩИЙ ПОТОК И ПЛАНЕТА ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Чтобы оценить потенциальную обитаемость планеты, первый шаг должен определить планету, эффективную (абсолютно чёрное тело) температура, из-за сияющего потока от инцидента звезды планеты на планету и поглощенный. В этом вычислении мы следуем за рассуждением Brandt и Hodge (1964).
Солнечный инцидент потока на поверхность, нормальную к Солнцу - солнечной константе - определен как:
^ =-Кг0 Wm-c	(C.C)
где Rau - расстояние к Солнцу, в Астрономических Единицах. Фактор '1 400' в уравнении (C.C) будет меняться в зависимости от спектрального класса первичной звезды. Согласно Пособию
(1)	, этот фактор должен быть заменен 6, C40, C, 900, 735, 395, C00 или 83, если бы G0-Солнце класса было соответственно заменено F0, F5, G5, K0, K5 или звездой главной последовательности M0.
Количество сияющей энергии в секунду, поглощенную почти сферической планетой с радиусом метров Rplanet, выражено как:
Pplanet, поглощенный
(1 - BA) SCжК
Cplanet W
(C.3)
где BA - альбедо Облигации планеты (количество света, отраженного во всех указаниях/количестве легкого инцидента на планете). Последний термин в уравнении (C.3), жКрlanetC, является площадью поперечного сечения планеты. Альбедо Облигации Земли и других больших планет в нашей Солнечной системе перечислены в Положительном герое и Ходоке (197C) и во многих других источниках, и воспроизведены в Столе C.1.
Поскольку планета - сферический объект, сияющий поток, испускаемый планетой, может быть выражен как
^planet, испустите = (1 - BA) ^ Wm-C	(C.4)
Затем, применяя закон Штефана-Болцманн, абсолютно чёрное тело планеты или эффективный
Стол 2.1. Альбедо Облигации планеты Солнечной системы.
От Положительного героя и Ходока (197C).
Земные планеты
Альбедо
Подобные Юпитеру планеты
Альбедо
Ртуть
0.06
Юпитер
0.73
Венера
0.71
Сатурн
0.76
Земля
0.33
Уран
0.93
Марс
0.17
Нептун
0.84
18 царства места
[Ch. C
температура может быть выражена как:
эффективность =
(1 - BA)
4a
Sc
1/4
Келвин (K)
(C.5)
где Stefan-постоянной-Больцмана (5.67 x 10-Wm-"k").
Если мы затем заменяем в уравнение (C.5) ценностью альбедо Облигации для Земли от Стола C.1, определения солнечной константы от уравнения (C.C) для Земли в 1 AU от Солнца и численного значения a, мы оцениваем ценность эффективной температуры Земли как C53 K.
Осуществление 2.3. Вычислите эффективные температуры для Венеры (в 0.7CAU от Солнца) и Марс (в 1.5C AU от Солнца). Тогда повторите эти вычисления, чтобы определить то, что случилось бы с эффективными температурами планеты, если бы Солнце было заменено F5, G5 или звездой K0.
Отметьте, что эффективная Земля или температура абсолютно черного тела значительно ниже точки замерзания воды (C73K). Факт, что у Земли есть жидкие океаны вообще, имеет много дел с атмосферой планеты, как обсуждено ниже.
2.4	ЭФФЕКТ АТМОСФЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГЛУБИНЫ
Планетарные температуры как вычислено выше увеличены сияющими поглотительными эффектами планетарных атмосфер. Сияющее поглощение в атмосфере планеты характеризовано оптической толщиной (OT). Согласно Кондрэтиеву (1969), OT для любой длины волны света на уровне z в атмосфере планеты является интегралом по оптической длине пути между z и бесконечностью продукта атмосферного коэффициента ослабления для той длины волны и воздушной плотности.
От Jastrow и Rasool (1965), поверхностная температура планеты связана с ее атмосферным инфракрасным OT и эффективной температурой абсолютно черного тела:
(3 \1/4
Tsurface = (1 + 4 OTir\Teff K	(C.6)
Jastrow и Rasool перечисляют инфракрасную оптическую толщину как 0, 55.4, 1.4, 0.6 и 4.3 для Ртути, Венеры, Земли, Марса и Юпитера. Заменяя уравнением (1.4) для инфракрасного OT Земли и нашей ранее расчетной эффективной температуры абсолютно черного тела K C53 в уравнение (C.6), средняя поверхностная температура Земли вычислена, чтобы быть приблизительно 300 k.
Секунда. C.5]
Целая жизнь атмосферы планеты 19
Осуществление 2.4. Вычислите поверхностную температуру Венеры и Марс, используя результаты Осуществления C.3, OT, представленный выше и уравнение (C.6).
Физически, увеличивающие температуру эффекты атмосферы планеты идентично Парниковому эффекту. Различные инфракрасно абсорбирующие газы в атмосфере планеты (COC, HCO, O3, CH4 и NOx для Земли и COC для Венеры) ловушка повторно излучали инфракрасную радиацию от поверхности планеты, таким образом увеличивая atmo сферическую температуру. Парниковый эффект на Венере происходит из-за естественных причин. Часть глобального потепления на Земле происходит из-за антропоморфических эффектов, particu larly COC эмиссия ископаемым топливом.
2.5	ЦЕЛАЯ ЖИЗНЬ АТМОСФЕРЫ ПЛАНЕТЫ
Ничто не навсегда - не даже атмосфера большой планеты. Мы можем грубо оценить целую жизнь элемента атмосферы планеты после аргументов Jastrow и Rasool (1965), консервативно предполагая, что предавание земле планетарных средних и астероидных/кометных воздействий не увеличивает это атмосферная концентрация constitu ent после формирования планеты.
Мы сначала определяем высоту однородной атмосферы атмосферы в exosphere (граница между атмосферой и местом):
Ведьма = 10-3-kTex-км	(C.7)
г mcon
где k является Постоянная Больцмана (1.381 x 10-C3 Джоуля/степени K), Tex - exo сферическая температура в степенях, K, mcon является молекулярной массой атмосферного избирателя в кг, и г - гравитационное ускорение планеты в exosphere в миллисекунде-C.
Для Земли exospheric температура составляет приблизительно 1 500 k. Так как exosphere Земли на только несколько сотен километров выше основания, г = 9.8 миллисекунд 1. Высота однородной атмосферы атомарного кислорода (с атомной массой 16 и mcon =
1	x 1.67 x 10-C7 = C.67 x 10-C6kg), поэтому 79 км. Для планет кроме Земли г = MplanetG/Rplanet, где Mplanet - масса планеты, Rplanet, является своим радиусом, и Г - гравитационная константа.
Температуры Exospheric оценены Jastrow и Rasool (1965) для планет кроме Земли. Для Венеры, Марс и Юпитера, Tex соответственно о C, 600 K, 1,100K и 130 КБ.
Осуществление 2.5. Оценочный г в поверхности планеты с дважды массой Земли и дважды радиусом Земли. Тогда вычислите exospheric высоты однородной атмосферы для атомарного кислорода и атомного водорода (атомная масса 1) для этой планеты если Tex = 1,100K и 1 500 k.
C0 царства места
[Ch. C
От статистической механики Jastrow и Rasool затем определяют скупую тепловую скорость молекул атмосферного элемента в exosphere планеты:
Vcon, av = c (^ Y/Cms-1	(C.8)
V 'Kmcon J
Приблизительная целая жизнь газового элемента в exosphere планеты определена затем Jastrow и Rasool как:
f	4Hex exp (Король/Ведьма) s	/C 9 ^
x ~ V	R/H	(C.9)
V доводов "против", av Король! Ведьма
где Король - exospheric радиус планеты.
Осуществление 2.6. exosphere земли не будет убегать в космос в ближайшем будущем! Сначала используйте уравнение (C.8), чтобы утвердить это, скупая тепловая скорость для exo сферического атомарного кислорода составляет приблизительно 36 миллисекунд 1. Тогда замените Ведьмой = 79 км и Королем «6, 500 км в уравнение (C.9), чтобы оценить целую жизнь атомарного кислорода в exosphere Земли как приблизительно 6 x 10C5 год. Тогда повторите осуществление для атомного водорода.
Уравнение (C.9) фактически недооценивает целую жизнь планетарной атмосферы, потому что большая часть атмосферы планеты ниже exosphere. Неопубликованный correc tions к уравнению (C.9) Ричардом Стюартом, которые процитированы Jastrow и Rasool
(2)	, покажите, что целая жизнь планетарного элемента атмосферы типично приблизительно в 106 раз больше чем обозначенный уравнением (C.9) для земных планет Венера, Земля, и Марс.
2.6	ПЛАНЕТОЛОГИЯ COMPARITIVE: ОЦЕНКА LIFEZONE
Как обрисовано в общих чертах в иллюстрации C.1, понимание уравнения (C.9) позволяет нам ценить, почему некоторые миры имеют жизнь, и другие не делают. Большая exospheric температура приводит к крупномасштабной высоте. Поскольку показательный фактор в уравнении - наиболее быстро изменение, высокая exospheric температура приведет к более быстрому спасению атмосферы планеты. Если планета массивна или если мы рассматриваем очень массивные atmo сферические газы, уменьшения высоты однородной атмосферы, показательный фактор быстро увеличивается, и целая жизнь атмосферы увеличена. У газового гигантского мира, такого как Юпитер или Сатурн будет большой exospheric радиус, который быстро увеличивает показательный фактор и целую жизнь атмосферы. Рассмотрите затем почти душный мир, такой как Луна или Ртуть. Так как крохотная атмосфера всей планеты - exosphere, фактор исправления, который увеличивает целую жизнь атмосферы в уравнении (C.9), не должен быть применен.
Чтобы увеличить суровость preceeding анализа и включать миры, такие как Европа, некоторая аналитическая модификация, чтобы составлять несолнечные планетарные согревающие эффекты поверхности требуется. Это могло быть достигнуто включением дополнительного
Секунда. C.7]
Вне планет: рифы космического C1
ecosphere - между кипением и точками замерзания воды

s = Центральная звезда
f = Водные замораживания на Подобном земле мире
b = Водное кипение на Подобном земле мире
eco = ecosphere
(несолнечные источники высокой температуры могут простираться
ecosphere дальше в космос)
Размер планеты
Маленькие планеты теряют свою атмосферу быстро

Большие планеты никогда не теряют свою первобытную атмосферу водородного гелия
Иллюстрация 2.1. Факторы, влияющие на обитаемость планеты.
температурный термин приращения в уравнении (C.6), чтобы составлять периодическое, архитектурное или местное геотермическое нагревание поверхности планеты.
Один финал в стороне представлен, чтобы далее подчеркнуть власть планетарных-tmo-вычисления целой жизни сферы. В начале 1990-ых автора попросили консультироваться относительно романа научной фантастики, cо-созданного Аполлоном с 11 Гудениями астронавта Aldrin (Б. Олдрин и Дж. Барнес, Encounfer wifh Тибр, (Warner, Нью-Йорк, 1996)). В целях заговора авторы потребовали существования Подобных Юпитеру планет, вращающихся вокруг приблизительно 1 AU от двух главных а Centauri солнца. Сомневаясь относительно долгосрочной целой жизни атмосферы водорода/гелия, что близко к Подобной солнцу звезде, автор применял аргументы, приводящие к уравнению (C.9); и очень к его удивлению, узнал, что такая атмосфера близких гигантов устойчива в течение миллиардов лет. Хотя эти результаты никогда не издавались, они эффективно предсказали открытие позже в десятилетие ‘горячего Юпитера’ вращение вокруг Подобных солнцу звезд (обсужденный далее в Главе 10).
2.7	ВНЕ ПЛАНЕТ: РИФЫ МЕСТА
Хотя одно исследование от Земли (Моряк 10) полетело Ртутью, и некоторые обрабатывают, посетили внешние планеты, большая часть нашего исследования до настоящего времени была в пределах
CC царства места
[Ch. C
окрестности Венеры, Земля и Марс. Поскольку мы рискуем дальше от ecosphere Солнца, окружающая среда, с которой мы сталкиваемся, становится все большим количеством иностранца. Двигаясь дальше от Солнца, мы сначала приезжаем в гигантские планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. С их первобытными в значительной степени неповрежденными атмосферами эти холодные и отдаленные гиганты можно было бы считать лабораториями ранней истории Солнечной системы.
Расположенный главным образом между Марсом и Юпитером, но с участниками ближе к Земле и дальше от Солнца, класс подпланетарных объектов, названных астероидами. Астероиды присутствуют в скалистых, каменных и богатых углеродом вариантах, и у некоторых есть меньшие спутники. Хотя их происхождение далеко от универсально согласованного, кажется вероятным, что они - остатки неудавшейся планеты, которая не могла соединиться из-за их близости к гиганту Юпитер. Как большие планеты, большинство астероидов вращается вокруг Солнца близко к тому же самому самолету - эклиптическое. Исследование астероидов становится существенным из-за реализации, которую эти объекты иногда разбивают в Землю, со страшными последствиями.
Приблизительно между 30 и 50 AU от Солнца Пояс Kuiper, область замороженных тел, состоящих главным образом из воды, метана и льдов аммиака, и с типичными размерами 100-1 000 км. Хотя наше исследование Пояса Kuiper только началось, астрон omers ожидают, что тысячи тел будут населять эту область. Эмма Бэйкс (C000) НАСА Исследовательский центр Ames разработала научные оправдания за краткосрочное в sifu исследовании Пояса Kuiper. Наибольший известный объект Пояса Kuiper, Плутон планеты, вращается вокруг Солнца в самой эксцентричной орбите всех планет на скупом расстоянии 39.3 AU от Солнца. Орбита плутона склонна 17. C ° к эклиптическому - больше чем любая другая планета Солнечной системы. Сопровождаемый его гигантским спутниковым Charon, Плутон - заманчивая цель для ранних планировщиков миссии места столетия C1st.
Вне Пояса Kuiper ‘cometoids’ - царство истинных комет - Облако Oort. Хотя кометы нагреваются и показывают хвосты на 10 миллионов км, когда они проходят близко к Солнцу, эти жители Облака Oort проводят большую часть своего времени как замороженные айсберги, с измерениями приблизительно 10-C0km. С центральным скалистым ядром и переменными слоями (метан, аммиак и вода) лед и пыль, приблизительно триллион комет Облака Oort тратит большую часть вечности в сферическом ореоле, расширяющем возможно 100 000 AU от Солнца. Кометы могли бы быть направлены По направлению к Солнцу влиянием мимолетной звезды, или возможно повторными столкновениями с полями тяготения гигантских планет. Эффекты воздействий кометы были выдвинуты на первый план в 1994, когда Сапожник Кометы - Налог 9 врывался о фрагментах C0 после захвата полем тяготения Юпитера. После того, как эти фрагменты размера километра воздействовали на планету, шрамы были долго видимы во внешней атмосфере Юпитера. Как астероиды, кометы иногда воздействуют на Землю. Желание нашего долгосрочного выживания, так же как голод для чистого знания, будет вести наше исследование этих отдаленных объектов.
Среда между планетами является родиной довольно хаотического солнечного ветра. Очень переменный, со средней плотностью приблизительно 10 атомных ядер за кубический centi метр и скорость, направленную наружу от Солнца нескольких сотен километров в секунду, солнечный ветер начинает сталкиваться с межзвездной средой в heliopause, определил местонахождение приблизительно 100 AU от Солнца. В течение столетия C0th только Пионер исследований 10/11 и Путешественник 1/C был начат с траекториями, позволяющими им убежать
Секунда. C.8]
Библиография C3
heliosphere ('солнечное' место). Когда все еще активные Путешественники пересекают heliopause
граница в первые десятилетия двадцать первого столетия, они станут нашим первым
истинные эмиссары к Галактике.
2.8	БИБЛИОГРАФИЯ
Печет, E., ‘Случай Науки для того, чтобы На месте Пробовать Объектов Пояса Kuiper, представленных в STAIF C000 Конференция, университет Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, C000.
Brandt, Дж. К. и Hodge, П. В., Солнечный Sysfem Asfrophysics, McGraw-холм, Нью-Йорк (1964).
Дворецкий, Д. M., Newman, М. Дж. и Тэлбот, Р. Дж., младший, ‘Межзвездный Материал Облака: Contribu tion к Планетарным Атмосферам, Наука, 201, 5CC-5C4 (1978).
Чэйссон, E. и Макмиллэн, S., Asfronomy Сегодня, редактор Cnd, Прентис Хол, NJ (1996).
Коробейник, К. R., ‘Исследуя Третье Измерение Европапы’, Наука, 283, 338-339 (1999).
Davies, Р. Э., Delluva, утра и Koch, Р. Х., ‘Никакое Действительное Свидетельство Не Существует для Межзвездных белков, Бактерий, и т.д.’, в Серч форе Эксфрэферресфриэле Лайфе: Recenf Developmenfs, Доктор медицины редактора Пэпэджиэннис, Д. Reidel, Бостон, Массачусетс (1985), стр 165-169.
Пособие, С. Х., Habifable Planefs для Человека, Блэйсделла, Нью-Йорк (1964).
Пособие, С. Х. и Асимов, я., Planefs для Человека, Случайного Дома, Нью-Йорка (1964).
Положительный герой, Р. M. и Ходок, Дж. К. Г., Afmospheres, Прентис Хол, Энглвудские Утесы, Нью-Джерси (197C).
Хансон, A., Марс и fhe Developmenf Жизни, Cnd edn., Wiley-практика, Chichester и Нью-Йорк (1997).
Heiles, C., ‘Межзвездное Магнитное поле’, Ежегодные Обзоры Asfronomy и Asfrophysics, 14, Ежегодные Обзоры Inc., Альт Palo, Калифорния (1976), 1-CC стр.
Jastrow, R. и Rasool, S. Я., ‘Планетарные атмосферы, в Infroducfion fo Космические исследования, редактор В. Н. Хесс, Гордон и Нарушение, Филадельфия, Пенсильвания (1965), Глава 18.
Kasting, Дж. Ф., Whitmire, Д. П. и Reynolds, Р. Т., ‘Пригодные для жилья Зоны Вокруг Главных Звезд Последовательности, 101-летний Икэрус, 108-1C8 (1993).
Я Кондрэтиев, K., Radiafion в fhe Afmosphere, Академический, Нью-Йорк (1969).
Ларсон, Р. Б., ‘Процессы в Разрушающихся Межзвездных Облаках, Ежегодные Обзоры Asfronomy и Asfrophysics, 141, Ежегодные Обзоры Inc., Альт Palo, Калифорния (1973), стр. C19-C38.
Wickramsinghe, Н. К., Hoyle, F., Al-муфтий, S. и Валлис, Д. Х., ‘Инфракрасные Подписи Предварительной биологии - или Биологии’, в Asfronomical и Биохимическом Происхождении и Поиске fhe Жизни в fhe Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 61-76.
Wickramsinghe, Н. К. и Hoyle, F., ‘Инфракрасное Свидетельство для Panspermia: Обновление’, физика Asfro и Космические исследования, 259, 385-401 (1998).
Wiegert, П. А. и Holman, М. Дж., ‘Стабильность Планет в Алфе Синтори Систем’, Журнал Asfronomical, 113, 1445-1450 (1997).

3
Завтрашние цели
’Это теперь очень околдовывающее время ночи, когда кладбища зевают,
И сам ад выдыхает инфекцию к этому миру.
Уильям Шекспир, Гамлет (c.1602)
Как рассветы 21-ого столетия, человечество начинает выздоравливать от его вечернего страха. Очень скоро мы бросим вызов холодным и бесплодным тратам, которые простираются бесконечно между звездами. Это могут быть столетия все же прежде, чем храбрые группы человеческих исследователей войдут в это царство запрещения; но наши роботы продолжатся нас.
Большинство из нас - ученые и дилетанты подобно - думает о месте между звездами как довольно однородный почти вакуум. Но полезно для планировщиков миссии разделить пустоту на многие отдельные области, каждого с их собственными проблемами и oppor tunities.
Возможно первый инженер, который разовьет схему классификации зон экстра-солнечного места, был Крафт - бумагой Ehricke, в 1971. Согласно Ehricke, мы можем разделить экстра-солнечное место на многие концентрические зоны, сосредоточенные на Солнце.
Сначала солнечная магнитосфера, которую мы могли бы сегодня назвать heliosphere. Это - область, в которой движения плазменных потоков определены прежде всего магнитным полем Солнца. heliosphere расширяет возможно 100 AU от Солнца. С Пионерами 10/11 и Путешественники 1/2 (то, которые были изгнаны из силы тяжести планеты гиганта использования Солнечной системы, помогает), человечество начало исследование внешних пределов этой зоны. Возможно самые интересные объекты в пределах далекого heliosphere - гигант cometoids Пояса Kuiper.
Затем околосолнечная зона, область перехода между межпланетными и межзвездными влияниями. Эта область может расширить несколько тысяч AU от Солнца и содержит центр силы тяжести Солнца 550 AU и более близких членов Облака Oort. Исследовать эту область в пределах человеческой целой жизни требует выходных скоростей Солнечной системы, приблизительно в 10 раз больше чем таковые из Пионера 10/11 и Путешественник 1/2, и развитие различных продвинутых вариантов толчка в настоящее время на рисунке
26 Завтрашних целей
[Ch. 3
правление - ядерный электропривод, солнечные паруса и солнечно-тепловой двигатель. (Ядерный электропривод и солнечный парус рассматривают в больших деталях в следующих главах. Солнечно-тепловой двигатель использует сосредоточенный солнечный свет, чтобы нагреть водородное топливо к выхлопной скорости, больше чем 10kms-1 - дважды тот из основных двигателей Шаттла. См. Salkeld и др. (1978) для введения в этот propul sion система, и Maise и др. (1999) для его заявления к ранним экстра-солнечным исследованиям.) Автоматизированное исследование околосолнечной зоны могло бы начаться в течение нескольких десятилетий.
Наконец, мы приезжаем в солнечный gravisphere, в котором мы ожидаем посчитать отдаленных членов Облака Oort связанными гравитационно с Солнцем и вращением вокруг нашей звезды каждые 10 000-100 000 лет. Эта область расширяет возможно 60 000 AU (1 световой год) от Солнца. Исследование к 10 000 AU в человеческой целой жизни требует другого фактора
1	увеличение относящейся к космическому кораблю скорости. Гипертонкий, аэрогель или произведенные местом солнечные паруса и толчок ядерного пульса - лучшие текущие кандидаты на миссии к солнечному gravisphere. Мы могли бы, послал наши первые роботы к этой зоне в конце 21-ого столетия. Так как они обрабатывают, мог достигнуть самой близкой системы звезды (Centauri) в приблизительно
1.1	годы, эти последние роботы 21-ого столетия можно было бы рассмотреть как первый истинный starships человечества.
3.1	МИССИЯ TAU: РАННЕЕ ЭКСТРА-СОЛНЕЧНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИССИИ NASA/JPL
Первое всестороннее исследование начала 21-ого столетия, экстра-солнечное понятие исследования было издано Л. Д. Джейффом и другими членами Лаборатории НАСА/Реактивного движения (JPL), изучает команду в 1980. Цель миссии для TAU состояла в том, чтобы продвинуть научный полезный груз в году 2000 на экстра-солнечной траектории таким образом, чтобы космический корабль пересекал 1 000 AU в течение 50-летнего времени полета. Средняя скорость исследования TAU относительно Солнца составила бы приблизительно 100 км s-1. Приблизительно 10 000 лет требовались бы для исследования TAU достигнуть самой близкой экстра-солнечной системы звезды, если бы это перемещалось в соответствующем направлении.
Много продвигающих вариантов рассмотрели для TAU. Они включали прямой запуск от Земли; сила тяжести Юпитера помогает и приведенный в действие демонстрационный полет; солнечный и лазерный парусный спорт; солнечно-электрический и лазерно-электрический толчок; сплав; и антивещество. Пришли к заключению, что в 2000 нашей эры период, только два продвигающих варианта существовали для миссии TAU: ядерно-электрический толчок (НЭП) и ультралегкий солнечный парус, развернутый как близко к Солнцу насколько возможно.
Первичные цели миссии TAU включали определение heliopause и межзвездных средних особенностей, точных измерений звездных и галактических расстояний, используя астрометрию длинного основания (возможно с двумя или больше исследованиями TAU, проходящими различные траектории), экспертиза космических лучей, исключенных heliosphere, и определением крупномасштабных особенностей Солнечной системы издалека. Вторичные цели миссии включали близкое наблюдение за Плутоном (если исследование TAU было предписано пройти около той планеты), внегалактические наблюдения и evalu ation возможностей наблюдения других солнечных систем от космического корабля.
Приборы для исследований кандидата для TAU включали магнитометры и электрический -
Секунда. 3.2]
SETIsail и ASTROsail 27
полевые метры, спектрометры и радиометры, датчики радио-астрономии и оптические камеры., Исключая власть и толчок, предполагаемая масса исследования TAU составляла 1 200 кг. Предполагаемые нормы передачи данных были в области 10 килобитов в секунду. Астрометрические фотографии отдаленных галактических объектов могли быть переданы Земле по курсу нескольких изображений в день.
Осуществление 3.1. Из-за ограничения скорости света, экстра-солнечного или предают звездное исследование земле, требует высокой степени разведки и автономии. Оцените, что время, требуемое для сигнала, радируемого от Земли достигает исследования в 100, 500 и 1 000 AU от Солнца.
К сожалению, исследование TAU не приводило непосредственно к экстра-солнечной миссии. Это действительно, однако, служит ценным основным исследованием для современных экстра-солнечных планов миссии.
3.2	SETISAIL И ASTROSAIL: ПРЕДЛОЖЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ К ЦЕНТРУ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ СОЛНЦА
В последних 1980-ых, Alenia Spazio - космическая компания в Турине, Италия - предложил Quasat, надувной Орбитальный землей радио-телескоп. Хотя Quasat никогда не летел, Клаудио Макконе (теоретический физик, связанный с Alenia), скоординировал усилия исследовать экстра-солнечные заявления надувной технологии Quasat. Начинаясь в 1992, регулярные встречи имели место в северной Италии, чтобы далее исследовать эти идеи.
Вместо частиц, областей и астрометрических измерений, произошел Quasat, 'центральные' исследования были предложены, чтобы использовать центр силы тяжести Солнца в 550 AU в радио-астрономических целях. Потенциал центра силы тяжести Солнца для межзвездных наблюдений и коммуникаций сначала рассмотрел Eshelman (1979), даже при том, что линзы силы тяжести были поняты в течение многих десятилетий как следствие общей теории относительности, и многие были обнаружены в межгалактическом месте.
Иллюстрация 3.1 (который не должен измерить) схематично представляет сосредоточение гальваностереотипа, магнитного (ИХ) волны полем тяготения Солнца. ИХ махают, испускаются (occulted) объект с другой стороны Солнца от космического корабля, который расположен по крайней мере 550 AU от Солнца. Вне 550 AU ОНИ радиация от объекта occulted усилена фактором приблизительно 108. В отличие от оптических линз, в которых свет отклоняется после центра, сосредоточилась сила тяжести, радиация остается вдоль центральной оси для солнечных разделений, больше чем 550 AU. ‘Радиус пятна’ (расстояние от геометрической оси изображения, в который падения выгоды интенсивности изображения фактором 4) был вычислен Eshelman, чтобы быть приблизительно 11 км для разделения Космического корабля солнца 2 200 AU. Как демонстрирующийся Kraus (1986), выгода вне оси уменьшается с обратным квадратным корнем расстояния вне оси.
28 Завтрашних целей
[Ch. 3

ИХ волны из отдаленного космического источника на другой стороне Солнца от космического корабля
Иллюстрация 3.1. Солнце как гравитационная линза.
Расстояние между Солнцем и минимальное центральное расстояние гравитационной линзы Солнца могут быть вычислены, используя следующее простое следствие общей относительности:
^solar-focal =			С3-1)
4 ^^ солнца
где Rsun - радиус Солнца, с - скорость света, Г - гравитационная константа, и Msun - масса Солнца.
Осуществление 3.2. Заменой в уравнение (3.1), проверьте, что расстояние между Солнцем и почти центром солнечной гравитационной линзы - приблизительно 550 AU или 3.2 легких дня.
Нельзя предположить, что deconvoluting данные, полученные от солнечного исследования центра силы тяжести, будут простым вопросом. Поскольку отклонение больше для световых лучей, проходящих дальше от центра Солнца, исследование обнаружит кольцо света, названного Эйнштейном Рингом от пункта, космического ИХ источник occulted Солнцем. Как обсуждено Kaler (1997), расширенные объекты occulted Солнцем, наблюдаемым в центре силы тяжести Солнца, могли бы произвести многократные изображения как Эйнштейн Кросс, который был обнаружен для случая quasers затемняющих более отдаленных галактик.
В этом анализе Quasat-полученных надувных солнечных исследований паруса к grav Солнца itational центр, Matloff (1994) рассматривал много вариантов для проекта исследования, миссии и работы. Надувной солнечный парус, как показано в иллюстрации 3.2, состоит из надувной пластмассовой структуры и рефлексивного металлического слоя, стоящего перед Солнцем. Толчок получен радиационным давлением солнечного света, отраженного от рефлексивного слоя (как обсуждено в Главах 4 и 7). Ненужная высокая температура излучена от двух пластмассовых слоев. Обычно предполагается что масса газа, требуемого раздувать парус в незначительном.
Относящаяся к космическому кораблю работа увеличена высоким reflectivity, высокая пластмассовая рабочая температура (который позволяет более близкий подход к Солнцу), и обедня без пения для паруса и полезного груза. У Мэтлоффа (1994) основание надувной парус была область 10 000 m2,
Секунда. 3.2]
SETIsail и ASTROsail 29

Исследование
>
>
Давление солнечного излучения на парус

Полезный груз
Надувная структура заполнилась имеющим малую плотность газом инфляции. Сторона, самая близкая к Солнцу, покрыта рефлексивным металлическим слоем. Ненужная высокая температура излучена от обоих лиц паруса.
Иллюстрация 3.2. Надувной солнечный парус исследует к центру силы тяжести Солнца.
рабочая температура 488 K, толщина 2 ^, пластмассовая удельная масса слоя 0.9, алюминиевый рефлексивный слой с толщиной 0.1 ^ и reflectivity 0.9, и полезным грузом 10-20 кг. Полная масса космического корабля, исключая верхнюю ступень, требуемую избежать Низкой земной орбиты (ЛЕО), составляет меньше чем 100 кг - хорошо в пределах диапазона маленьких средств выведения. Время, требуемое достигнуть центра силы тяжести Солнца в 550 AU, составляет приблизительно 60 лет, которые могли быть уменьшены силой тяжести Юпитера, помогают.
Если радиоактивный изотоп тепловые генераторы остаются экологически приемлемыми для миссий открытого космоса и могут быть уменьшены в массе, они представляют возможный источник энергии для центральных исследований; иначе, низкая толщина, высокая производительность, солнечные ячейки должны покрыть большую часть относящейся к космическому кораблю поверхности, или бортовую власть, должна быть получена за счет относящегося к космическому кораблю движения через межзвездное магнитное поле.
Одно преимущество паруса двигалось на большой скорости, центральное исследование с переменной формой состоит в том, что парус мог остаться развернутым или надутым вне близкого центра силы тяжести Солнца, чтобы служить ИМИ, собирающими поверхность. Но проблемы выступающей переконфигурации паруса в пределах 10 20-килограммовых бюджетов массы полезного груза - formidible.
Много астрофизических целей существуют для исследования центральными исследованиями. Они включают шаровидные группы и внешние галактики, солнечно-массовая миллионом черная дыра, подозреваемая в скрывании в центре нашей Галактики и недавно обнаруженных планетах, вращающихся вокруг соседних звезд. Хеидмэнн и Maccone (1994) предложили, чтобы два класса центрального исследования были начаты - один, чтобы изучить объекты астрофизического интереса (ASTROsail) и один, чтобы учиться подозреваемый искусственный ИХ сигналы от других цивилизаций (SETIsail).
Maccone (1988) предложил интересный выбор траектории для центральных исследований, которые могли увеличить полезный груз или уменьшить время полета - двойной Подобный Юпитеру демонстрационный полет. В такой миссии космический корабль сначала посещает Юпитера, где область силы тяжести планеты направляет это к перигелию ближе к Солнцу чем Ртуть в параболической или немного гиперболической орбите. Парус используется в perihlion, чтобы ускориться к межзвездным скоростям и позже переадресовать ремесло к второму демонстрационному полету Юпитера. Дальнейшее ускорение произведено второй силой тяжести Юпитера, помогают. Этот предложенный выбор траектории заслуживает дальнейшего анализа.
30 Завтрашних целей
[Ch. 3
3.1	ПРОЕКТ АВРОРЫ: ПАРУС К HELIOPAUSE
Признавая, что центральное исследование могло бы быть стимулирующим предприятием для первого специализированного межзвездного космического корабля человечества, некоторые члены главным образом европейской команды, связанной с центральным предложением, обращали свое внимание к несколько менее честолюбивому проекту Авроры. Встреча Международной Академии Астронавтики в Турине, Италия, в течение июня 1996 была в значительной степени посвящена представлению вступительного экзамена inary, Аврора заканчивается.
Как обсуждено Валпетти (1996), отношение массы/области для современного солнечного космического корабля паруса - 0.0015-0.0025 kgm2. Надлежащий проект траектории и близкий солнечный проход могут привести к выходной скорости Солнечной системы по крайней мере 12AU/year - приблизительно в три раза больше, чем тот из Путешественника исследует. Полная относящаяся к космическому кораблю масса, включая полезный груз, структуру и плоско-листовой парус, составляет приблизительно 150 кг.
Mocci (1996) рассмотрел связь коммуникации Относящейся к космическому кораблю земли, и завершил, что миссия к 50-100 AU от Солнца - выполнимые использующие текущие аппаратные средства коммуникации технологии, которые несут как полезный груз на борту sailcraft. Пред liminary структурный анализ этого паруса к heliopause сообщался Genta и Brusa (1996). Парус квадрата 250 м. тонкой пленки, поддержанный бумом и распорками, подставляет structed, использование укрепленных пластмасс углерода является структурно выполнимым расположением паруса.
В газете Santoli и Scaglione (1996) (далее обсужденный в Главе 5), инновационный подход к сокращению паруса была обсуждена ареальная массовая толщина. Парус двойного слоя, состоящий из алюминиевого рефлексивного покрытия, приложенного к пластмассовому основанию, был бы начат от Земли и развернут в месте. Пластмассовое основание было бы выбрано, чтобы испариться при подвергании солнечной ультрафиолетовой радиации. Хотя инновационный, мы будем видеть, что этот подход может быть ненужным.
3.2	НАСА МЕЖЗВЕЗДНАЯ ИНИЦИАТИВА
В ответ на интерес к межзвездному путешествию, выраженному прежним НАСА Admin istrator Дэн Голдин, серьезное усилие в стадии реализации в различных центрах НАСА, направленных к достижению extra-solar/interstellar автоматизированной способности в 21-ом столетии. НАСА межзвездная инициатива - ответ на вызов Голдина, и описана во многих газетах, включая Джонсона и Леифер (2000) вклад в НАСА Межзвездное исследование определения Исследования.
Первая миссия была бы парусом мимо heliopause, чтобы быть начатой приблизительно в 2010. Это скоро сопровождалось бы ремеслом, разработанным к свиданию с объектом Пояса Kuiper (KBO). Позже в столетии, истинные межзвездные роботы могли бы быть предписаны посетить предназначение в Облаке Oort, до 10 000 AU от Солнца.
3.3	НАСА ПАРУС HELIOPAUSE
Как сообщающийся Хранилищем и др. (1999), много различных материалов рассмотрели для солнечного паруса heliopause миссии. Самый захватывающий высокое -
Секунда. 3.6]
НАСА исследователь Пояса Kuiper 31
Стол 3.1. Свойства углерода микросвязывают парус, покрытый алюминиевым рефлексивным слоем.
температура, толстая, сильная и пористая ткань, развитая Лабораториями Науки Энергии Inc. (ESLI) в Сан-Диего, Калифорния. Этот материал - углерод микро связка - состоит из 3-ьей петли связанных углеродистых микроволокон. Много свойств нового материала описаны Knowles и др. (1999) из ESLI. Достижимые свойства, самые применимые к солнечному заявлению паруса новой углеродистой микросвязки, перечислены в Столе 3.1, с предположением о 90%-ом рефлексивном алюминиевом слое, депонированном сверху микросвязки. Дальнейшее исследование указало, что высоко сцепляются, reflectivity мог бы отдать алюминиевый рефлексивный ненужный слой.
В течение его срока пребывания как 1999 Летний Товарищ Способности в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА (MSFC) в Хантсвилле, Алабама, автор оценил дополнительные солнечные возможности миссии, используя материал паруса ESLI, используя аналитические методы, описанные в Главе 4. Рассмотрите, например, случай 27-килограммового полезного груза науки; полезный груз ненауки (команда, контроль, толчок) 86 кг; и масса для интерфейса паруса, непредвиденного обстоятельства, и топлива 119 кг. Полная масса паруса составляет 1 063 кг, для 1-километрового паруса радиуса, построенного из материала, описанного в Столе 3.1. Если парус полностью развернут в 0.2 AU от центра Солнца (хорошо в пределах тепловых и растяжимых способностей этого материала) в перигелии первоначально параболической орбиты паруса, и ориентируется нормальный к Солнцу, это выходит из Солнечной системы приблизительно в 200 км s_1.
Такое ремесло могло достигнуть 500 AU от Солнца приблизительно через 12 лет, и 1 000 AU приблизительно через 24 года. Даже намного меньший парус, или надувное построенное использование этого материала, мог исследовать heliopause, достигнуть центра силы тяжести Солнца и достигнуть миссии TAU хорошо в пределах человеческой целой жизни.
3.4	НАСА ИССЛЕДОВАТЕЛЬ ПОЯСА KUIPER
Как обсуждено Морбиделли (1998), Пояс Kuiper состоит из десятков тысяч ледяных объектов, больших чем 100 км, в эксцентричных орбитах высокой склонности 35-45 AU от Солнца. Опека и Hahn (1998) указали на орбитальное взаимодействие между Нептуном и KBOs.
Возможно такие гигантские волнения планеты преобразовывают KBOs в короткопериодные кометы, которые иногда сталкиваются с Землей, приводящей к массовым исчезновениям земной жизни. Oro и Cosmovici (1997) недавно рассмотрели свидетельство, что кометные воздействия отбирали первобытную Землю с органическими предшественниками к жизни. Хотя менее вероятно, мы не можем полностью исключить биосферы в пределах некоторых из маленьких, ледяных тел Солнечной системы.
Минимальный углеродистый слой микросвязки ареальная массовая толщина
Минимальный алюминиево-рефлексивный слой ареальная массовая толщина
Алюминиевый слой фракционный reflectivity к солнечному свету
Углеродистый диапазон излучаемости слоя микросвязки
Пересеките под парусом материальный эксплуатационный диапазон температуры
Пересеките под парусом предел прочности (измеренный в 300 и 525 K)
2.00 x 10 4 kgm2 6.75 x 10~5 kgm2 0.9
0.4-0.9 70-2 000 k 2 205 MPa
32 Завтрашних цели
[Ch. 3
Ценная цель открытого космоса для НАСА, межзвездная инициатива - миссии свидания с KBOs, которые вносят пакеты эксперимента на их поверхностях, чтобы измерить геологические, химические и физические свойства. Такие миссии сказали бы нам много о происхождении земной жизни, мог бы помочь нам запланировать Земные оборонные проекты отклонить или разрушить будущие кометные угрозы, и мог бы также сообщить нам о дополнительной земной жизни. Согласно Пекут (2000), научные цели миссии Пояса Kuiper могли бы включать исследование изотопического и элементного состава и измерить distribu tion межпланетных зерен пыли как функция расстояния от Солнца, взаимодействия между межпланетной и межзвездной пылью и количественным анализом изменений цвета KBO.
Мы могли бы рассмотреть незамедленную начатую парусом миссию, которая вносит instru ment пакеты, заключенные в кожух в исследования нарушителя; но такие исследования составили бы кинетическое оружие, воздействуя на низкий предел прочности KBO.
Осуществление 3.3. Считайте 10-килограммовое исследование поверхностного нарушителя освобожденным от исследования демонстрационного полета KBO в скорости относительно KBO 50kms-1. Вычислите кинетическую энергию нарушителя относительно KBO в момент воздействия. Если скорость спасения KBO составляет 1 км/сек 1, сколько материала сдуется KBO, если 50 % кинетической энергии нарушителя будут преобразованы в развалины воздействия кинетическая энергия.
Хотя драматический со специальной точки зрения эффектов, такое взрывчатое воздействие привело бы к небольшой научной информации. Некоторая форма замедления в Поясе Kuiper, кажется, является существенной.
Просто солнечно продвигаемое исследование KBO могло только быть миссией демонстрационного полета. Matloff (2001) предложил объединенный парус, сила тяжести помогают, и химическая ракета продвигала миссию, которая могла произвести свидание с KBO около Нептуна. Парус начал бы полезный груз от Земли до солнечной скорости экс-мыса. Во время близкого подхода Нептуна исследование было бы замедлено, используя химические ракеты так, чтобы оно могло свидание с KBO в орбите, подобной тому из Нептуна. Как обсуждено в Приложении, парус мог использоваться как aerobrake в верхней атмосфере Нептуна, таким образом уменьшающей потребность в химическом топливе ракеты.
Однако, чтобы посетить KBO в произвольном местоположении в Поясе Kuiper, или возвратить образцы KBO Земле, некоторая форма ядерного толчка, кажется, необходима. Один подход мог бы быть должен начать исследование свидания KBO от Земли, примениться, сила тяжести Юпитера помогают маневрировать, чтобы выйти из Солнечной системы на скорости Путешественника 1 (приблизительно 3.5 AU ежегодно относительно Солнца), и замедлить к свиданию с KBO использование НЭПА. Описанный в следующих главах, НЭП использует энергию, выпущенную от бортового реактора ядерного деления, чтобы ускорить ионизированные топливные частицы, чтобы исчерпать скорости столь же высоко как 100kms-1.
Секунда. 3.7]
Исследование к Облаку Oort 33
Осуществление 3.4. Исследование начато от Земли до свидания с KBO в 40 AU от Солнца, в нулевой скорости относительно KBO. Оцените продолжительность миссии для случая низких - и высокоэнергетические траектории Юпитера сделки respec tively требование пяти и двух лет, среднее число скорость круиза постЮпитера
3.1	AU ежегодно относительно Солнца, и однолетнего интервала замедления.
Даже с высокоэффективными двигателями НЭПА (такими как проект, недавно предложенный Lenard и Липински (1999)), время миссии для свидания KBO будет измерено в десятилетиях. Так же как утверждение с проблемами охраны окружающей среды, связанными с полетом местом, квалифицировало реактор, проектировщики миссии должны оградить полезные грузы от ядерной радиации. В то время как масса паруса heliopause будет измерена в сотнях килограммов, у исследования свидания KBO почти наверняка будет масса нескольких тысяч килограммов. Но из-за научной выплаты такой миссии и желания многих людей в конечном счете защитить Землю от кометных воздействий, есть хороший шанс, что миссией свидания KBO будут управлять в первые десятилетия 21-ого столетия.
3.5	ИССЛЕДОВАНИЕ К ОБЛАКУ OORT
Если мы возьмем углеродистый материал паруса микросвязки ESLI, который рассматривают для паруса heliopause к его тепловым пределам, и развернем парус на более близком расстоянии перигелия (0.02-0.03 AU) от центра Солнца, то ремесло будет способно к выполнению полета на 10 000 AU - хорошо в пределах Облака Oort - в пределах человеческой целой жизни. Исследовательская миссия радиации Почти солнца и полевой окружающей среды (такой как предложенное Макнаттом младшим и др. (1995)) является необходимой прелюдией к истинным межзвездным солнечным миссиям паруса, использующим очень близкие проходы перигелия.
Исследование Облака Oort могло быть начато после 2020, его проект, основанный на результатах исследователя Почти солнца. Такой продвинутый робот солнечного паруса (который потребовал бы, чтобы приблизительно 1 000 лет достигли Centauri) мог бы быть лучшим, мы можем достигнуть, не вкладывая капитал в космическую инфраструктуру, необходимую, чтобы развить выдвинутые лазером паруса, ракеты сплава или толчок антивещества. Таким образом, если, неожиданное и unpre dictable прорыв не происходит, чтобы решительно уменьшить межзвездные времена транзита. К возможности такого прорыва относятся серьезно планировщики миссии НАСА, и обсуждена в более поздних главах.
Хотя не столь существенный как прорывы физики, новая архитектура паруса может увеличить нашу досягаемость в Облако Oort. Тэйлор и Landrum (2001) рассмотрели одну инновационную архитектуру паруса, которая могла использоваться, чтобы начать ультратонкие фильмы паруса, требуемые для исследователя Облака Oort от Земли вместо того, чтобы произвести парус в месте. Названный ‘Парусом Обруча’, структура поддержки сформирована как оправа колеса велосипеда с интерьером фильма паруса к обручу. Парус обруча обсужден в больших деталях в Приложении.
34 Завтрашних цели
[Ch. 3
3.6	БИБЛИОГРАФИЯ
Испеките, E., ‘Случай Науки для того, чтобы На месте Пробовать Объектов Пояса Kuiper, представленных на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Ehricke, К. А., ‘Ультрапланетарное Исследование’, AAS-71-164.
Эйнштейн, A., ‘Подобное линзе Действие Звезды Отклонением Света в Поле тяготения’, Наука, 84, 506-507 (1936).
Eshelman, V., ‘Гравитационная Линза Солнца: ее Потенциал для Наблюдения и Communica tion по Межзвездным Расстояниям, Наука, 205, 1133-1135 (1979).
Хранилище, G., Diedrich, B. и Leipold, M., ‘Резюме Солнечной Технологии Паруса Развивает ments и Предложенные Миссии Демонстрации, AIAA-99-2607 (1999).
Genta, G. и Brusa, E., ‘Проект Аврора: Предварительное Структурное Определение Космического корабля’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическому Ближайшему времени Научные Космические Миссии, Г редактора. Genta, Levrotta & Bella, Турин, Италия (1996), стр 25-36.
Хеидмэнн, J. и Maccone, C., ‘ASTROsail и SETIsail: Две Миссии Системы Extrasolar к Гравитационному Центру Солнца, Протоколы Astronautica, 37, 409-410 (1994).
Jaffe, Л. Д., Ivie, C., Льюис, Дж. К., Lipes, R., Нортон, Х. Н., Кормы, Дж. В., Стимпсон, Л. Д. и Weissman, P., ‘межзвездная Миссия Предшественника’, Журнал британского Межпланетного Общества, 33, 3-26 (1980). (Включенный в этот текст результаты неопубликованного рассмотрения К. Уфоффа путешествия extrasolar солнечным парусом.)
Джонсон, L. и Leifer, S., ‘Варианты Толчка для Межзвездного Исследования’, AIAA-2000-3334 (2000).
Kaler, Дж. Б., Астрономия!, Аддисон Уэсли, Чтение, Массачусетс (1997).
Knowles, Т. Р., Олдсон, Дж. К. и Liew, P., ‘Паруса соединения Микросвязки, представленные в НАСА / JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Huntsvill, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Kraus, Дж. Д., Радио-Астрономия, Книги Cygnus-квазара, Powell, Огайо (1986).
Lenard, R. X. и Липински, Р. Дж., ‘Архитектура для Приведенного в действие расщеплением Толчка к Соседним Звездам, представленным на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Maccone, C., ‘Спутник Quasat и его Заявления SETI, в Bioastronomy: Следующие Шаги, редактор Г. Маркс, Kluwer Академические Издатели, Норвелл, МАМА (1988).
Maise, G., Powell, J. и Paniagua, J., ‘Загар: Новое Понятие, Позволяющее Крайние Высокие Относящиеся к космическому кораблю Скорости для Дополнительного Исследования Солнечной системы’, IAA-99-IAA.4.1.07 (1999).
Matloff, Г. Л., ‘Солнечный Парусный спорт для Радио-Астрономии и SETI: Миссия Extrasolar к 550 AU’, Журнал британского Межпланетного Общества, 47, 476-484 (1994).
Matloff, Г. Л., ‘Персефон: Неядерная Миссия Свидания к Объекту Пояса Kuiper’, представленный на Конференции 2001 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, февраль 2001.
Макнатт младший, Р. Л., Krimigis, С. М., Cheng, А. Ф., Золото, Р. Э., Farquhar, W., Roelof, Э. К., Coughlin, Т. Б., Santo, A., Bokulic, Р. С., Reynolds, Э. Л., Williams, Б. Д. и Wiley, К. Э., ‘Миссия к Солнцу: Солнечный Пионер’, Протоколы Astronautica, 35, Дополнение, 247-255 (1995).
Морбиделли, A., ‘Новая Способность проникновения в суть на Поясе Kuiper’, Наука, 280, 2071-2073 (1998).
Mocci, G., ‘Аврора Проджект: Анализ Воздействий Требований Коммуникации на Мастерстве Миссии’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый IAA
Секунда. 3.8]
Библиография 35
Симпозиум по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 17-24.
НАСА, ‘Межзвездная Встреча Команды Определения Науки и техники Исследования #1, 15-17 февраля 1999, и Встреча #2, 29-31 марта 1999’, NASA/JPL, Пасадена, Калифорния. Также см. П. К. Ливера, Р. А. Мьюолдта, Дж. А. Эйона и Р. А. Уолласа, ‘Межзвездная Миссия Исследования НАСА’, и хранилище К. Э., непрофессионал В. А., С. A. Gavit и Т. Ноульз, ‘Солнечный Проект Паруса для Миссии к Близкой Межзвездной Среде’, оба представили на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Oro, J. и Cosmovici, К. Б., ‘Кометы и Жизнь на Примитивной Земле’, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 97-120.
Salkeld, R., Пэттерсон, Д. В. и Серый, J., Космические транспортные системы, американский Институт Аэронавтики и Астронавтики, Reston, Вирджиния (1978).
Santoli, S. и Scaglione, S., ‘Проект Аврора: Предварительное Исследование Легкого, Цельнометаллического Солнечного Паруса’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 37-48.
Тэйлор, Т. С. и Landrum, B., ‘Предварительный Анализ Легких Понятий Разработки Паруса, представленных на Конференции 2001 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, февраль 2001.
Валпетти, G., ‘Аврора Проджект: Проект Полета Миссии Демонстрации Технологии’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическому Ближайшему времени Научные Космические Миссии, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 1-16.
Опека, В. Р. и Hahn, Дж. М., ‘Оригинальность Нептуна и Природа Пояса Kuiper’, Наука, 280, 2104-2106 (1998).

4
Космический толчок сегодня
Allons! Стимулы должны быть больше,
Мы пересечем под парусом непроходимые и дикие моря,
Мы пойдем, где ветры дуют, черта волн И Clipper Янки проносятся под полным парусом.
Уолт Витмэн, Песня Открытой Дороги
С рассвета Космической эры сотни людей вошли в это странное новое царство в современные эквиваленты Clipper Янки. Двадцать четыре (три из них дважды) вращались вокруг нашей Луны или приземлились на это и рассмотрели Землю как драгоценный сине-зеленый шар, приостановленный в чернильной черноте пустоты. Наши эмиссары робота проверили почвы Луны, Марса и Венеры, и полетели всеми планетами Солнечной системы кроме замороженного Плутона. Автоматизированное исследование местных астероидов и комет и спутников планет Солнечной системы продолжается, и четыре маленьких ремесла - бесстрашный Пионер 10/11 и Путешественник 1/2 - стал первыми Галактическими эмиссарами человечества.
Большая часть этого продвижения происходит из-за заявления древнего китайского изобретения - химическая ракета. Сила тяжести помогает flybys планет Солнечной системы, и спутники также нашел заявление. Первое солнечно-электрическое (двигатель иона) продвигаемые ракеты были проверены в месте, и экспериментальные солнечные паруса фотона были развернуты в орбите.
По общему признанию, проектирование существующих технологий не позволяет возможную реализацию мечты научной фантастики о быстром космическом полете к звездам. Однако, царство комет и соседнего межзвездного пространства в пределах досягаемости. И используя проектирования текущей солнечной технологии паруса фотона, путешествие к самым близким звездам вне Солнца может потребовать 'только' поездки продолжительности тысячелетия.
4.1	ИСТОРИЯ РАКЕТЫ И ТЕОРИЯ
Ракета существовала в течение долгого времени. Первое устройство реакции, возможно, было привязанным, продвигаемым паром ‘деревянным голубем’ Archytas, который был построен в какой
38 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
теперь южная Италия, в приблизительно 360 до н.э. В приблизительно 50 до н.э, Герой Александрии построил свой известный приведенный в действие паром aeolipile, в котором пар, на который герметизируют, был выпущен от привязанной полой сферы, вызывая вращение в манере, аналогичной разбрызгивателю лужайки.
Но эти ранние модели, поданные главным образом, чтобы продемонстрировать принцип реакции действия. Первые 'эксплуатационные' ракеты полета дебютировали в Китае примерно до 1040 нашей эры. Они продвигались 'дымным порохом', и были применены как сырой фейерверк и артиллерия. Сырые ракеты, запущенные от арбалетов, очевидно использовались, чтобы победить монгольское нападение Голгофы на Пекин в 1230 нашей эры.
Некоторое время во время последнего Средневековья, первая попытка человеческого космического полета, возможно, произошла в Китае. Поскольку легенда говорит нам, у несколько пресытившегося чиновника под названием Бледный Hu было два бумажных змея и 47 ракет, приложенных к его стулу. Когда его помощники осветили плавкий предохранитель, г. Ху и его аппарат исчезли в огромной вспышке. Возможно он стал первым человеческим spacefarer; более вероятно, он был унесен к smithe пересущности.
Принесенный к Европе через итальянских торговых авантюристов приблизительно в 1260 нашей эры, понятие ракеты было объединено с арабским изобретением - порохом - чтобы произвести первые главные показы фейерверка. В конце восемнадцатого столетия, Уильям Конгрев, в Англии, экспериментировал с ракетами, которые будут в конечном счете использоваться для военно-морской бомбардировки и как спасательный инструмент.
С военным заявлением ракет всюду по Европе, хорошо установленной перед девятнадцатым веком, удивительно, что ранние авторы научной фантастики, такие как Х. Г. Уэллс обратились на экзотические устройства, такие как ‘космическое оружие’ вместо межсамолета tary ракеты в их классических рассказах о межпланетном исследовании и войне. Первые серьезные попытки развить принцип ракеты для космического заявления ждали в начале пионеров 20-ого столетия, таких как Константин Тзиолковский в России, Херман Оберт в Германии и Роберт Годдард в США.
Tsiolkovsky является самым известным за его теоретическое развитие механики ракеты, Goddard управлял первыми питаемыми жидкостью химическими ракетами, и работа Оберта достигала высшей точки в V2. V2 (Vengance 2) использовался нацистским rocketeers, чтобы бомбардировать Лондон во время Второй мировой войны, и был первой ракетой, способной к путешествию выше атмосферы Земли.
В течение послевоенной эры американским и российским инженерам помогли захваченные немецкие эксперты в развитии улучшенных версий питаемого жидкостью V2. К 1957 они были способны к размещению маленьких спутников в Земной орбите. Более сильные ракеты были применены в течение 1960-ых, чтобы сначала поместить занятый человеком космический корабль в орбиту и в конечном счете посетить поверхность Луны.
Мы можем рассмотреть операцию ракеты, используя диаграмму в иллюстрации 4.1. Прежде, чем маленькая топливная масса, dMf, выпущена, ракета массовой MS перемещается со скоростью Против относительно справочной структуры на поверхности Земли. Топливо удалено с выхлопной скоростью Ve относительно космического корабля. После того, как топливо было удалено, шаги ракеты в Против + dVs и топливные шаги в Против - Ve, относительно справочной структуры.
Секунда. 4.1]
История ракеты и теория 39
Прежде
Против

После
Против + dVe

Иллюстрация 4.1. Принцип ракеты.
Против - Ve
dMf
Равняя линейный импульс системы прежде и после того, как крошечная топливная масса удалена:
MsVs = (Против + dVs) (госпожа - dMf) +dMf (Против - Ve)	(4.1)
Упрощение и реконструкция:
MsdVs = VedM,
f
(4.2)
Равняя массовое изменение судна-dMs с удаленной топливной массой dMf, уравнение (4.2) может быть перестроено для интеграции:
■VfdV±
0 Ve
M0 +Mf
dMs
~ж
(4.3)
f
где у ракеты есть нулевая начальная скорость относительно справочной структуры и скорость
Тональная частота после всего топлива исчерпана, M0 - пустая (fuelless) масса ракеты, и Средняя частота
полная масса топлива удалена.
Определение массового отношения (Г.) как отношение (M0 + Средняя частота) к M0, уравнение (4.3)
может быть объединен, чтобы получить:
V	(4.4)
Г. = eVs'Ve
который является стандартной формой нерелятивистского уравнения ракеты.
Если мы затем определяем F толчка ракеты как продукт выхлопной скорости и
(dMf/dt), норма, по которой топливная масса удалена со временем t, и нормой в
какой вес ракеты W изменяется со временем (dW/dt) как продукт гравитационных
ускорение около поверхности Земли, г, и (dMf/dt), мы находим это
F Ve dMf/dt _Ve
собственный вес / dt gdMf / dt г
(4.5)
40 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
Стол 4.1. Определенные импульсы некоторого химического propellents.
От Передового и Дэвис (1988), p. 130; Mallove и Matloff (1989), p. 43.
Комбинация Propellant/oxidiser
Определенный импульс (секунды)
Керосин, кислотный / Азотный кислотный
255
Керосин/жидкий кислород
306
Гидразин/хлор pentafluorine
306
Гидразин/жидкий кислород
306
Pentaborane/hydrazine
327
Жидкий водород / жидкий кислород (идеал)
528
Жидкий водород / жидкий кислород (Шаттл)
460
Жидкий фтор/жидкий кислород
530
Водород/озон
607
Литиевый гидрид (Литий-H2) / фтор
703
Гидрид бериллия (Быть - H2) / кислородом
705
где отношение Ve/g является определенным импульсом (Isp), измеренный в единицах секунд.
У лучших современных химических ракет - таких как жидкий водород / кислородные основные двигатели Шаттла - есть определенный импульс меньше чем приблизительно 500 секунд, или выхлопная скорость меньше чем 5kms-1. Заявление уравнения (4.4) показывает, что ракета с Isp = 500 секунд требует, чтобы массовое отношение приблизительно 5 достигло скорости 8kms-1 - скорость, необходимая для низкой Земной орбиты проспекта. Если полезный полезный груз включает 10 % непитаемой относящейся к космическому кораблю массы на стартовом столе, только 2 % полной массы на подушке (включая топливо) являются полезным грузом.
Низкая фракция полезного груза - причина, почему организовано большинство ракет. Проблемы проектирования минимизированы, не неся израсходованные двигатели и пустые топливные баки полностью, чтобы двигаться по кругу. Рассмотрите, например, Шаттл. Пустая масса орбитального аппарата составляет приблизительно 75 000 кг, пустая масса внешнего резервуара составляет 35 500 кг, и непитаемая масса твердых ракетных ускорителей составляет приблизительно 84 100 кг. Максимальная способность полезного груза составляет 29 500 кг, и масса всего транспортного средства, питаемого для полета, составляет 2 миллиона кг. Даже с организацией (солидных ракет-носители и внешний резервуар не несут полностью, чтобы двигаться по кругу), массовое отношение - приблизительно 8.9. Полезный полезный груз включает меньше чем 2 % полной массы на стартовой площадке.
Усовершенствования химической технологии ракеты могут увеличиться, но не будут вероятно удваивать определенный импульс будущих химических ракет в пределах обозримого будущего. Стол 4.1 обрисовывает в общих чертах определенные импульсы для многих существующих и спроектированных химических propellent комбинаций.
В дополнение к доказанным движущим комбинациям, перечисленным в Столе 4.1, Mallove и Matloff (1989) упоминание, некоторые бездоказательные и очень экзотические комбинации thay могут однажды быть способными к очень высокой эффективности. Они включают свободных радикалов (H + H ^ H2), у которого есть теоретический Isp 2 130 секунд и реакции атомов в метастабильных атомных государствах, таких как гелий, у которого есть теоретический Isp 3 150 секунд.
Секунда. 4.2]
Солнечный электропривод 41
Осуществление 4.1. Утвердите все шаги в происхождении уравнения (4.4), и затем вычислите массовые отношения для одноступенчатых ракет для подъема на Низкую земную орбиту (ЛЕО) для некоторых из движущих комбинаций в Столе 4.1. Повторите это осуществление для случая прямого подъема от поверхности Земли до Земли - скорости спасения 11 км/сек - '.
4.2	СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Один метод устранения ограничений определенного импульса обычных химических ракет является двигателем 'иона' или солнечно-электрическим. Долго фаворит авторов научной фантастики, солнечный электропривод - главная двигательная установка для Открытого космоса 1, автоматизированная миссия демонстрационного полета астероида, начатая НАСА в 1998.
Это ‘Новое Тысячелетие’ космический корабль, был начат в октябре 1998 как новый демонстратор технологии, для почти неуслышанный от (низкой) стоимости US$152 миллионов. Как описано на вебсайте Лаборатории Реактивного движения НАСА (http:// nmp.jpl.nasa.gov/dsi), сухая масса Открытого космоса 1 составляла приблизительно 373 кг; гидразиновая топливная масса охотника составляла приблизительно 34 кг; и масса топлива иона ксенона была
81.1	кг. Линзы обедни без пения использовались, чтобы сосредоточить солнечный свет на солнечном множестве ячейки, которое поставляло 2 500 ватт в 1 AU от Солнца.
Указанный импульс Открытого космоса, 1 солнечный электропривод составлял приблизительно 3 000 секунд и топливо иона, был исчерпан за 20-месячный период. Во время миссии, видимая миниатюра, IR и УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ камеры и спектрометры в 12-килограммовом наборе науки исследования imaged Шрифт Брайля Астероида и Комета Borelly во время завершения, высокого родственника - скоростные столкновения. Основные моменты миссии были получены в итоге в Космическом полете в течение 1999. Некоторые из результатов науки представлены Soderblum (2002).
Операция типичного солнечного электропривода представлена в иллюстрации 4.2. Солнечный свет падает на солнечное множество ячейки с областью Устройства автоматической смены щупов. Эти солнечные ячейки (которые, как здесь предполагается, ориентируются нормальные к солнечному свету), солнечный свет инцидента новообращённого в
Солнечный свет

Акселератор иона
Иллюстрация 4.2. Солнечный электропривод.
42 Космических толчка сегодня
[Ch. 4
электроэнергия с эффективностью esc. Полученное из солнца электричество тогда используется, чтобы ионизировать топливные атомы (обычно аргон, цезий или ртуть) и ускорить ионизированное топливо, чтобы исчерпать скорость Ve в акселераторе иона. Электроэнергия преобразована в ион кинетическая энергия с эффективностью eia. Определенная власть, Psp, подсистемы охотника определены как выходная мощность (в киловаттах) разделенный на массу охотника в килограммах. Власть охотника, Pth, может быть связана с определенной властью и массой охотника, Mth, уравнением:
Власть охотника может также быть связана, чтобы исчерпать скорость, полезные действия системы и солнечную область множества:
В уравнении (4.7) термин Sc относится к солнечной энергии за второй инцидент на солнечном множестве ячейки (Sc = 1,400/R2au Wm-2, где Rau - расстояние к Солнцу в Астрономических Единицах).
Работа любого солнечно-электрического продвигаемого космического корабля может быть оценена, используя уравнения (4.4), (4.6) и (4.7). Рассмотрите, например, справедливо продвинутое электрическое ремесло толчка со следующими особенностями:
Psp = 0.2kw/kg, eia = 0.6, esc = 0.2, и Устройство автоматической смены щупов = 1200m2, Ve = 100kms-'.
Удельная масса солнечного множества, как предполагается, 2, и толщина множества - 10 ^.
На расстоянии 1 AU от Солнца власть охотника вычислена, от уравнения (4.7), как 2 x 105 W. Также от уравнения (4.7), dMf/dt = 4 x 10-kgs-'. Масса солнечного множества найдена, умножая его толщину, плотность и область, чтобы быть 24 кг. Применяя уравнение (4.6) мы видим, что масса охотника составляет 1 000 кг.
Если охотник будет действовать в течение одного года, то приблизительно 1 260 кг топлива иона будут исчерпаны. Если непитаемая относящаяся к космическому кораблю масса составляет 1 500 кг, массовое отношение 1.84. Применяя уравнение (4.4) за эту ценность массового отношения и 100kms-1 исчерпывает скорость, мы находим, что скорость космического корабля изменяется 61kms-'. Во время однолетнего периода подталкивания среднее относящееся к космическому кораблю ускорение 1.93 x 10-3ms2, или приблизительно 0.0002 г (Земная поверхность gravities).
Осуществление 4.2. Проверьте все вычисления, обрисованные в общих чертах выше для этого гипотетического солнечный - электрическое относящееся к космическому кораблю действие около Земли. Повторите результаты для того же самого космического корабля, работающего около Юпитера (приблизительно в 5 AU от Солнца). Тогда повторите вычисления для менее продвинутого солнечно-электрического ремесла с определенным импульсом
3,1	секунды и определенная власть 0.03 kWkg-', подобный работе возможный Открытый космос использования 1 технология.
Во время годового периода ускорения космический корабль не будет конечно оставаться в 1 AU от Солнца, таким образом эти результаты будут показательны из солнечного электропривода
Pth = 1000PspMth W
(4.6)

(4.7)
Секунда. 4.3]
Неприведенная в действие планетарная сила тяжести помогает 43
работа вместо того, чтобы быть точным kinematics. Однако, очевидно, что солнечное - электропривод должен быть очень надежным устройством, способным к поддержанию довольно постоянного толчка во время временных интервалов продолжительности месяца или года, требуемых для этого низко - ускорение, высоко-выхлопной скоростной двигатель, чтобы достигнуть его предельной скорости.
4.3	НЕПРИВЕДЕННАЯ В ДЕЙСТВИЕ ПЛАНЕТАРНАЯ СИЛА ТЯЖЕСТИ ПОМОГАЕТ
Сила тяжести помогает, маневры - теперь существенные инструменты в запуске космического корабля к внешней Солнечной системе и вне. Первая внешняя планета человечества и экстра-солнечные исследования, Пионер 10/11 и Путешественник 1/2, сделали вполне достаточное использование из неприведенной в действие гигантской силы тяжести планеты, помогает переадресовывать их скоростные векторы; солнечное исследование Ulysees применял силу тяжести Юпитера, помогает маневрировать в орбиту, передающую по полюсам Солнца; Моряк 10 использовал демонстрационный полет Венеры, чтобы неоднократно посетить близость Ртути; орбитальный аппарат Юпитера Галилео и Сатурн исследуют Cassini, использовал многократный flybys Земли и Венеры, чтобы достигнуть внешних планет.
Есть фактически два типа силы тяжести, помогают маневрам. Они: неприведенный в действие планетарный демонстрационный полет, в котором космический корабль использует поле тяготения планеты, чтобы переадресовать его скоростной вектор относительно той планеты; близкий демонстрационный полет большого астрономического тела с приведенным в действие periapsis маневрирует глубоко в пределах поля тяготения 'хорошо' того астрономического объекта. (Чтобы рассмотреть силу тяжести, помогите литературе, видьте Ravenni (1997)).
Хотя миссии до настоящего времени вообще применили неприведенный в действие подход, Зарубка инженера НАСА (1987) предложила, чтобы самая высокая Солнечная система вышла из velo городов, возможная использующая обычная технология может быть достигнута, используя близкий демонстрационный полет Солнца с химическим ожогом ракеты в перигелии.
Основы неприведенного в действие планетарного flybys могут быть поняты, ссылаясь на иллюстрацию 4.3, которая представляет два крайних случая. В обоих случаях, планета (P) вращается вокруг Солнца (S) со скоростью Vplanet, скорость spaceprobe относительно планеты - Vsrp, bef перед столкновением, и скорость spaceprobe относительно планеты - Vsrp, в кормовой части после столкновения. Во время неприведенного в действие планетарного столкновения руководство скорости исследования относительно изменений планеты, но величина скорости не делает.
В иллюстрации 4.3 (a), исследование находится в начальной ретроградной солнечной орбите (перемещающийся в противоположное направление вокруг Солнца с планеты). Его скорость перед столкновением относительно Солнца - Vsrp, bef - Vplanet. Так как траектория исследования в этом случае была отклонена 180 °, ее скорость постстолкновения относительно Солнца - Vsrp, bef + Vplanet. В этом крайнем случае скорость космического корабля относительно Солнца была увеличена 2Vplanet. Подобное рассуждение относилось к отклонению траектории с 90 степенями иллюстрации 4.3 (b), показывает, что в этом случае скорость постстолкновения увеличена Vplanet.
Юпитер вращается вокруг Солнца в приблизительно 13kms-'. Неприведенное в действие отклонение траектории с 90 степенями Юпитером поэтому увеличит скорость spaceprobe относительно Солнца 13kms-'. Неприведенное в действие отклонение траектории с 180 степенями Юпитером увеличит скорость исследования относительно Солнца 26kms-'.
44 Космических толчка сегодня
[Ch. 4
^plan
srp, в кормовой части
srp, bef
О
(a)
^ srp, в кормовой части

О
(b)
Иллюстрация 4.3. Представление неприведенного в действие планетарного демонстрационного полета планеты P орбитальное Солнце S.
планета вращается вокруг Солнца в скорости Vplanet. Начальная буква и финал исследуют скорости относительно
планета - Vsrp, bef и Vsrp, в кормовой части соответственно. (a) spaceprobe находится в начальной ретроградной орбите
относительно планеты, и угла отклонения 180 °. (b) spaceprobe находится в начальной букве
ретроградная орбита относительно планеты, и угол отклонения - 90 °.
Дальнейшие детали неприведенной в действие планетарной силы тяжести помогают, представлены в
Иллюстрация 4.4. Угол изгиба траектории - ф; скорости исследования относительно планеты
прежде periapsis (самый близкий подход), в periapsis и после того, как perapsis соответственно
V1, V2 и V3; и ^cent - разделение исследования от центра астрономического объекта
‘obj’ в periapsis.
Один важный параметр в оценке силы тяжести помогает, kinematics - параболическое
(спасение) скорость в periapsis приближается к расстоянию к объекту. Это - approxi-
соединяемый как:
(GMo-■ ^/2
V
параграф, obj
1.4
/GMobjV \^cent J
(4.8)
Секунда. 4.3]	Неприведенная в действие планетарная сила тяжести помогает 45
Ви

Иллюстрация 4.4. Геометрия демонстрационного полета астрономического объекта (obj). Vb pre-periapsis исследуют скорость относительно obj; V2, periapsis исследуют скорость относительно obj; V3, post-periapsis исследуют скорость относительно obj; Rcent, periapsis разделение исследования от центра obj; ф, угол изгиба траектории (здесь, 90 °). Пунктиры представляют асимптоты к pre-periapsis и post-periapsis траекториям.
где Г - гравитационная константа, и Mobj - масса астрономического объекта. Угол изгиба траектории, ф, может быть оценен, используя модификацию уравнения (4.8) из Флэндро (1966) анализ:
ф = грешат 1
1
1 + 2 (V1/Vpara, obj) 2
грех
1
U + 2 (V3/Vpara, obj) 2J
(4.9)
Поскольку экстра-солнечное исследование отступает от Солнца после того, как планетарная сила тяжести помогает, ее полная энергия (кинетический + потенциальные энергии) в сосредоточенной на Солнце системе координат является инвариантной. Потенциальная энергия исследования относительно Солнца увеличивается как его расстояние от Солнца (Rsun) увеличения. Поэтому, его скорость относительно Солнца (Vpra) уменьшится как путешествия исследования далее от Солнца. Равняя полную энергию исследования в пунктах 1 и 2, скорость исследования в пункте 2 может быть выражена как функция его скорости относительно Солнца в пункте 1 и разделения Солнца исследования в пунктах 1 и 2:
Vprs, 2 \VPrs, 1
2GMs,
1
1
R.
солнце, 1
R
солнце, 2
(4.10)
Осуществление 4.3. Применяя стандартные определения кинетических и потенциальных энергий, получите уравнение (4.10).
От Камня и Переулка (1979), Путешественник 1 Юпитер, к которому приближаются, в пределах приблизительно 350 000 км, или 4.8 планетарных радиуса, с V1 = V3 = 11kms_1. Уравнения (4.8) и (4.9) были решены для случая 11-км/сек-1 Подобного Юпитеру демонстрационного полета, после занимающего место Г = 6.67 x 10-11 Ньютонов metre2 kg2, и MJupiter = 1.9 x 1027 кг. Эти результаты
46 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
Стол 4.2. Periapsis параболические скорости и угловые отклонения для неприведенного в действие демонстрационного полета Юпитера с V1 = V3 = 11 км/сек 1.
Расстояние Periapsis (км)
Periapsis параболическая скорость (миллисекунда 1)
Угол отклонения траектории (°)
7.0E4
6.0E4
139.2
1.0E5
5.0E4
131.8
2.0E5
3.6E4
114.2
3.0E5
2.9E4
102.0
3.5E5
2.7E4
97.1
4.0E5
2.5E4
92.7
4.5E5
2.4E4
88.8
представленный в Столе 4.2 для множества periapsis расстояние (измеренный от центра планеты). Угол изгиба траектории от Камня и Переулка был приблизительно 98 °.
Осуществление 4.4. Повторите, что вычисления имели обыкновение определять Стол 4.2 для случая 11 км/сек 1 неприведенный в действие подход к Сатурну, у которого есть масса приблизительно 30 % Юпитера. Тогда исследуйте эффект изменения ценности скорости подхода исследования относительно планеты, и для Юпитера и для Сатурна.
Предположите, что угол изгиба траектории исследования - 90 ° после 11kms-1 демонстрационного полета Юпитера. От вышеупомянутого обсуждения скорость исследования относительно Солнца будет о 24kms-1, в орбите Юпитера примерно 5 AU от Солнца. Уравнение (4.10) и солнечная масса приблизительно 2 x 1030 кг могут использоваться, чтобы оценить выходную скорость Солнечной системы (на бесконечном солнечном расстоянии) для исследования как 14.8 км s-1 или приблизительно 3.1 AU ежегодно.
Осуществление 4.5. Примените уравнение (4.10) для вышеупомянутого исследования, чтобы подготовить кривую скорости исследования относительно Солнца против расстояния исследования от Солнца между разделениями Солнца исследования 5 и 50 AU.
4.4	ПРИВЕДЕННАЯ В ДЕЙСТВИЕ СОЛНЕЧНАЯ СИЛА ТЯЖЕСТИ ПОМОГАЕТ
Даже если мы настроим траекторию нашего исследования так, чтобы она прошла близко ко всем Подобным Юпитеру планетам, также, как и Путешественник 2, то будет трудно очень превысить Путешественника 2 выходная скорость Солнечной системы 3.5 AU, ежегодно используя неприведенный в действие планетарный flybys. В 3.5 AU ежегодно, 4.3 поездки светового года самому близкому звездному соседу нашего Солнца заняли бы приблизительно 80 000 лет. Неприведенный в действие планетарный flybys, в то время как хорошая техника для
Секунда. 4.4]
Приведенная в действие солнечная сила тяжести помогает 47
исследование внешней Солнечной системы и соседней межзвездной среды,
полностью неадекватный для выполнения истинного межзвездного путешествия.
Другой подход должен направить космический корабль глубоко в источник силы тяжести a
астрономический объект и затем выполняет импульсивный приведенный в действие маневр вдоль линии
из полета в или рядом periapsis. Один из первых исследователей, которые рассмотрят такой
маневр был Крафт - бумагой Ehricke, в 1972.
Эхрик (1972) предложение использовал многократный swingbys Юпитера и Сатурна к прямому
космический корабль на параболическую или немного гиперболическую солнечную орбиту с перигелием 0.01-
0.03 AU от центра Солнца. Поскольку Солнечная система выходят из скоростей столь же высоко как из 0.003 c,
50 % или меньше продвигающей энергии должны поставляться бортовыми двигателями судна.
Из-за вводящего в заблуждение утверждения в лечении Эхрика мы следуем вместо этого
анализ Matloff и Парков (1986). Рассмотрите spaceprobe конфигурацию демонстрационного полета
представленный иллюстрацией 4.4. Хотя приведенная в действие техника демонстрационного полета будет работать на любого
астрономический объект, мы здесь полагаем, что астрономическим предназначенным объектом является наше Солнце,
самый массивный объект в Солнечной системе. pre-periapsis и пункты post-periapsis
(соответствующий V1 и V3 соответственно в иллюстрации 4.4), как, здесь полагают,
намного дальше от Солнца чем перигелий указывают V2. Принятие, что
предварительный перигелий Солнца исследования и расстояния постперигелия чрезвычайно бесконечны, и
определяя перигелий исследует разделение от центра Солнца как Rperi, это - immedi-
ately, возможный определить отношение полной энергии исследования (ТЕ = кинетический + потенциал
энергии), чтобы исследовать массу в пунктах, соответствующих V1, V2 и V3:
ТЕ
Mprobe
(-
\m,
ТЕ
Mprobe
Если мы затем составляем уравнение, полная энергия в предварительном перигелии указывают на полную энергию непосредственно перед тем, как двигатели нацелены на перигелий, и ссылаются на определение параболической скорости в уравнении (4.8), скорость перигелия перед ожогом исследования относительно Солнца может быть выражена как:
V2 = j V1 + V парапери	(4-12)
где Vpara-пери - параболическое Солнце или скорость спасения на расстоянии перигелия исследования.
Теперь, если есть импульсивное скоростное изменение в перигелии, AVperi, кинетической энергии за массу исследования только после того, как это скоростное увеличение может быть написано как 1 (V2 + AVperi) 2. Если мы затем равняем полную энергию/массу постимпульса в перигелии к полной энергии постперигелия / масса в пункте постперигелия, мы можем применить определение параболической скорости, чтобы получить выражение для скорости исследования
-) =1V1
; / предварительный перигелий ^
”E \	L, 2 GMsun
'	=т V2 - = ^	(4.11)
2 2 R
исследуйте / перигелий 2	Rperi
-1 V2
= 2 V 3
постперигелий
48 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
относительно Солнца в пункте постперигелия:
1/2
v3 =
(VF2 + Vpara-пери + V ^) 2 - Vpara-пери]	(4-13)
Угол отклонения траектории для случая приведенного в действие маневра перигелия может быть оценен, используя уравнение (4.9).
Если мы затем предполагаем, что параболическая скорость в перигелии намного больше и чем импульсивное скоростное приращение в перигелии и чем скорость перед перигелием, мы получаем следующее приближение (после некоторой манипуляции) для скорости исследования постперигелия:
V3 ^ V2 + Vperi + 2A Vpara-пери Vperi	(4-14)
Различие между скоростью постперигелия и скоростью перед перигелием может теперь быть приближено:
AVpost-пери ~ V3 - V1 = \J V2 + 2A Vpara-пери Vperi - V1	(4-15)
В особом случае параболической траектории перед перигелием, V1 = 0 и V3 =
Vpost-пери ~ (2AVperi Vpara-пери).
Чтобы исследовать полезность приведенного в действие солнечного демонстрационного полета, рассмотрите случай космического зонда, летящего Солнцем на расстоянии 0.01 AU от центра Солнца (приблизительно два солнечных радиуса). В перигелии скорость исследования увеличена 2kms-1. Заявление уравнения (4.8) показывает, что скорость спасения Солнца в 0.01 AU от центра Солнца о 420kms-1. Если исследование ускоряется 2kms-1 в перигелии, уравнение (4.15) показывает, что исследование оставляет Солнечную систему со скоростью приблизительно 41kms-1. Это преобразовывает в 8.7 AU ежегодно - почти три раза, выходные скорости Солнечной системы Путешественника исследуют.
Осуществление 4.6. Проверьте все шаги в происхождении уравнения (4.15). Для примера, который только рассматривают, подготовьте кривую выходной скорости Солнечной системы против скоростных увеличений перигелия между 0 и 10kms-1.
Потенциал планетарной и солнечной силы тяжести помогает, маневры не был исчерпан примерами, представленными здесь. Сложный компьютерный анализ привел к целому ряду планетарных и экстра-планетарных заявлений этих методов.
Maccone (1996) недавно продемонстрировал, что два оптимизировал Юпитера flybys, и один промежуточный демонстрационный полет Солнца может изгнать космический корабль из Солнечной системы приблизительно в 51 км/сек 1. Включая время, требуемое для маневров в пределах нашей планетарной системы, экстра-солнечное исследование, используя эту технику может достигнуть пункта около эклиптического и приблизительно 550 AU от Солнца в пределах человеческой целой жизни.
Полностью новый подход к астрономической динамике, используя намного более продвинутый com putational методы был применен Belbruno (1992), чтобы развить семью траекторий низкой энергии для использования в Лунной землей системе. Один из них ‘нечетких
Секунда. 4.5]
Солнечный фотон приплывает 49
граничные’ траектории были применены, чтобы переместить японское исследование Hiten с Земной орбиты - к лунной близости в 1991, с минимальным движущим требованием.
4.5	СОЛНЕЧНЫЙ ПАРУС ФОТОНА
Хотя у этого подхода к космическому полету есть почтенная теоретическая история, первый тест солнечного паруса фотона в месте не происходил до 1993, когда российские инженеры разворачивали Znamia 2, экспериментальный отражатель солнечного света тонкой пленки, от космической станции Mir. Хотя теория велась российскими учеными в первой половине - 20-ого столетия, самая существенная ранняя теоретическая бумага, имеющая дело с солнечным парусным спортом в Солнечной системе, была Tsu (1959).
В конце 1970-ых, проект солнечного паруса перемещался в разгар, поскольку исследовательская группа NASA/JPL, направленная Луи Фридмэном, считала паруса робота на позже отмененный 1986 миссией США к комете Халли. (Эта работа и ранняя история солнечного исследования паруса рассмотрены в процитированных ссылках Friedman (1988), Польяхова (1986) и Мастер (1992).)
Основной принцип солнечного парусного спорта может быть понят при помощи иллюстрации 4.5. Солнечный свет посягает на парус - очень рефлексивная, очень тонкая пленка. В большинстве проектов парус связан с полезным грузом суперсильными кабелями, построенными из индустриального алмазного или кремниевого карбида (Так) нити. Дополнительные структурные элементы могли бы включать петлю тонкой пленки, приложенную к фронту (антипо направлению к Солнцу) пересекают под парусом лицо, которое служит ripstop в случае воздействий micrometeroid. Отметьте три основных проекта паруса. В парусе типа парашюта давление солнечного излучения поддерживает парус против масс задержания полезного груза и кабелей. Полезный груз и кабели тащат парус парашюта. Парус полого тела или 'типа подушки' раздут с газом и обходится без кабеля (Bernasconi и Reibaldi, 1986; Strobl, 1989). Полезный груз паруса полого тела помещен перед парусом. Парус параболического типа подобен типу парашюта за исключением того, что его форма приспособлена, чтобы сосредоточить отраженный солнечный свет на маленьком, управляемом отражателе тонкой пленки ближе к Солнцу, чем полезный груз. Этот отражатель может направить отраженный солнечный свет во множестве указаний, позволяя парус параболического типа работать как очень маневренный ‘солнечный охотник фотона’.
Основная теория паруса
Толчок достигнут передачей импульса от отраженных фотонов до паруса. Это давление солнечного излучения на непрозрачный (непередающий) парус выражено как:
= (1 + REFsai) Нм Sc 2	(4.16)
с
где REFsail - парус reflectivity, с - скорость света, и Sc обращается к солнечной энергии за второй инцидент на парусе (Sc = 1400 R-u2Wm-2, где Rau - расстояние к Солнцу в Астрономических Единицах).
Масса судна госпожа - сумма паруса, кабеля, структурного и массы полезного груза, и область паруса формы диска, написана как kR2ail, где Rsail - радиус паруса.
50 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
Парашют
Полое тело
Параболический
Кабели
Полезный груз
Полезный груз
cz2z)
Парус
Кабели
Полезный груз
Кабель
Управляемый
отражатель
Руководство относящегося к космическому кораблю ускорения и солнечного света
(a)
Руководство относящейся к космическому кораблю орбиты вокруг Солнца
Солнце
(b)
Иллюстрация 4.5. Изменения паруса солнечного фотона: (a) три типа паруса; (b) три паруса orienta tions. В (b) в положении (1) компонент давления солнечного излучения является тангенциальным к орбитальному пути в противоположном направлении с орбиты, и парус придвигается поближе к Солнцу; в положении (2) парус нормален к руководству солнечного света; в положении (3) компонент давления солнечного излучения является тангенциальным к орбитальному пути в том же самом направлении как орбита, и парус перемещается далее от Солнца.
Применяя определения силы и ускорения в уравнении (4.16), мы находим, что ускорение паруса из-за давления солнечного излучения:
Парус ACCrp = (1 +СМ ^) Sc*R2ail м. sec2	(4.17)
Мы затем определяем фактор легкости паруса, ^sail, который является отношением ускорения давления солнечного излучения на парусе к солнечному гравитационному ускорению на парусе. Если масса судна пересмотрена как госпожа = oeff-л-R2ail, где oeff - эффективная ареальная массовая толщина судна (отправьте массу в кг за область паруса в квадратных метрах), фактор легкости паруса может быть написан как:
_ (1 + REFSail) 2	/4 io\
^sail	г'ЛЯ ScR солнце	(4.1o)
КОЭФФИЦИЕНТ GMSun
где Г - гравитационная константа, Msun - масса Солнца, и Rsun - расстояние между парусом и центром Солнца.
Преобразовывая Астрономические Единицы в метры, легко показать, что термин SC в уравнении (4.18) может быть выражен как 3.15 x 1025 R ^ Заменяющий этим фактором в
Секунда. 4.5]
Солнечный фотон приплывает 51
уравнение (4.18), и использование MKS (метр, килограмм, секунда) оценивают за скорость света, массу Солнца и гравитационной константы, мы получаем выражение для фактора легкости, который независим от расстояния к Солнцу:
^ail = 7.87 x 10-4 (1 + R£Fsail)	(4.19)
V Oeff J
Хотя полезный как близкое приближение, этот результат должен быть усовершенствован для места - произведенные паруса, настолько тонкие, что они являются частично передающими. В таких случаях reflec tivity и других оптических константах может быть вычислен методом, обрисованным в общих чертах Matloff (1984, 1997). Форвард (1990) бумага на ‘Серых Солнечных Парусах’ также имеет дело с точным вычислением паруса оптические свойства.
Пересеките под парусом тепловые эффекты
Столь же обозначенный уравнением (4.17), увеличения ускорения радиационного давления паруса, как космический корабль приближается к Солнцу. Легко получить тепловые ограничения для паруса, работающего близко к Солнцу.
Считайте парус 'внутренней склонности' таким как один показанный в иллюстрации 4.6. Этот парус постепенно разворачивает, поскольку он отступает от Солнца, чтобы уменьшить груз ускорения на полезном грузе. Хотя полностью развернуто в перигелии, только марихуана фракции ее области в перигелии направлена нормальная к Солнцу (иллюстрация 4.5 (b) (3)). Область паруса, нормальная к Солнцу в перигелии, является fu^R^ail. Солнечная энергия за второй инцидент на парусе в перигелии - SC, умноженный этой эффективной областью паруса перигелия. Солнечная энергия в секунду, поглощенную (непрозрачным) парусом в перигелии, может быть непосредственно выражена как:
РаЫ =	парус (1 - КАСАТЕЛЬНО паруса) W	(4.20)
R пери, au
где Rperi, au - расстояние в Астрономических Единицах между парусом и центром Солнца в перигелии.
Солнце
Руководство относящегося к космическому кораблю ускорения и скорости
	>
Иллюстрация 4.6. Постепенный unfurlment внутренней склонности солнечный парус, поскольку это отступает от Солнца.
52 Космических толчка сегодня
[Ch. 4
Из элементарной радиационной теории парус сияющая излучаемость (Wem) в Wm-2 в перигелии является Pabs, разделенным на фактор (2^R2ail). Фактор ‘2’ возникает, потому что парус может изойти от обеих сторон. Применяя закон Штефана-Болцманн для серых тел (Wem = eoT (k) 4), где e - излучаемость паруса (1-REFsail для непередающего паруса), о - Stefan-постоянная-Больцмана (5.67 x 10-8 в единицах MKS), и T (k) абсолютная температура или температура Келвина материала паруса. Температура паруса в перигелии легко решена быть:
T (k) = 333
марихуана
eR 2
пери, au
(1 - REFsail)
1/4
K
(4.21)
Этот результат близко к выражению, вычисленному Koblik и др. (1996)
Кабельные рассмотрения напряжения
Применяя мембранную теорию, но фактически повторяя анализ 18-ого столетия Д'Элемберта парашюта, Matloff и Mallove (1981) оцененный парус парашюта - печатает кабельную массу. Необходимая кабельная масса написана:
Лг	1.4PcableRsailMpayload,	г,
Mcable =	-	кг	(4.22)
(TS) кабель
ACCsail, max
1.4PcableRsail
где pcable - кабельная плотность, (TS), кабель - кабельный предел прочности, и Accsail, max - максимальное относящееся к космическому кораблю ускорение.
Это приближение было усовершенствовано Ewing (1992) и Cassenti и др. (1996). Как показано Matloff (1996), уравнение (4.22) масса кабеля переоценок в случае очень тонких, очень рефлексивных кабелей, которые затронуты давлением солнечного излучения во время близкого прохода перигелия.
Упрощенный межзвездный парус kinematics
Операция Солнечной системы солнечных парусов фотона описана Tsu (1959). Чтобы направить солнечный парус от близости Земли к тому из Марса, парус ориентируется с положительным углом аспекта (как показано в иллюстрации 4.5 (b)), так, чтобы компонент силы радиационного давления на парусе был параллелен и в том же самом направлении как скоростной вектор космического корабля. На спираль назад к близости Земли от близости Марса, ориентируется парус так, чтобы компонент радиационной силы давления выступил против скоростного вектора космического корабля.
Один подход к межзвездному солнечному парусному спорту - развитый теоретически Matloff и Mallove (1981) - показывают схематично в иллюстрации 4.7 (a). Частично развернутый парус помещен позади намного более массивного астероидного occulter. Occulter и starship первоначально следуют за параболической или немного гиперболической солнечной орбитой, с перигелием как близко как 0.01 AU от центра Солнца. Во время фазы перед перигелием occulter защищает парус от преждевременного изгнания от Солнечной системы, вызванной давлением солнечного излучения.
В перигелии парус (который ориентируется нормальный к Солнцу) появляется из
Секунда. 4.5]
Солнечный фотон приплывает 53

	^	Траектория перед перигелием	
Occulter
A
	Полезный груз
Парус появляется	7 Частично развернутый
Постперигелий	парус позади occulter
траектория
Парус постепенно разворачивает, как он ускоряется
(a)
Я
 Ускорение паруса	ускорение.Sail
начинается	предоставляет
Постперигелий
траектория
Солнце
(b)
Иллюстрация 4.7. Два подхода к межзвездному солнечному парусному спорту: (a) постепенный парус unfurlment после перигелия; (b) приплывают полностью развернутый в перигелии.
позади occulter, который продолжается вдоль оригинальной траектории. Парус постепенно разворачивает, поскольку он ускоряется от Солнечной системы. В некоторых случаях, щебень также выпущен, чтобы поддержать постоянное ускорение максимально долго. В 1983, Matloff и Mallove издали компьютерную программу, чтобы оптимизировать параметры проекта миссии как функцию материала паруса, кабельного предела прочности и плотности, массы полезного груза и других факторов. Много конфигураций оказались способными к проектированию, что маленький человек - занял starship (в диапазоне "много миллион килограмма") к Centauri на рейсах тысячелетия или меньше.
Последующая бумага Matloff (1983) исследованные различные методы предварительного пери helion ускорение, чтобы уменьшить время прохождения. Форвард (1990) солнечное понятие охотника фотона (параболический парус, показанный в иллюстрации 4.5), могло бы conceiveably устранять требование для occulter.
Бумаги Cassenti (1997) и Валпетти (1996, 1997, 1999) представленный компьютерный анализ предварительного перигелия пересекают под парусом оптимизацию траектории. Хотя нормальный парус orienta tion к Солнцу является более легким случаем, чтобы проанализировать, оптимизированные углы паруса относительно результата Солнца в несколько лучшей работе.
На конференции 2000 STAIF Валпетти представил класс траекторий, используя ненормальную ориентацию паруса с краткосрочным заявлением к межзвездным исследованиям предшественника и окончательным заявлением к истинному солнечному парусу starships. Принимая 345 кг sailcraft с полезным грузом 100 кг и парусом алюминиевого хрома с областью 0.287 km2, 0.151-AU расстояние перигелия достаточно, чтобы получить Солнечную систему
54 Космических толчка сегодня
[Ch. 4
выходная скорость 25 AU ежегодно. Приблизительно 114 дней маневра перед перигелием требуются, и нет никаких других двигательных установок или лунных/планетарных ограничений окна запуска. В случае необходимости, миссия могла быть прервана в Солнечной системе, и ремесло возвратилось в Землю до прохода перигелия.
Аналитическая работа до настоящего времени предположила, что количество солнечной энергии за второй инцидент на парус уменьшается с обратным квадратом расстояния центру Солнца. Так как Солнце - расширенный источник, в противоположность источнику света пункта, Mclnnes и Брауну (1990), и Shvartsburg (1993) утверждали, что инверсия - квадратное предположение не точно для очень близких расстояний перигелия.
Следующее - приблизительный аналитический подход к межзвездному солнечному парусному спорту, основанному на Matloff (1991). Хотя большого количества математической сложности избегают, нужно повторно подчеркнуть, что подход не точен. Как показано в иллюстрации 4.7 (b), полностью развернутый парус принят в перигелии, парус непрозрачен и ориентирован нормальный к Солнцу, и траектория перед перигелием - параболическая солнечная орбита.
Если никакой щебень не выпущен, отношение полной энергии к массе идентично в парусе unfurlment пункт (здесь названный ‘Rinit’) и в пункте, где ускорение паруса закончено (здесь названный ‘Rfin’). Изменение в космическом корабле, кинетическая энергия за массу может быть определена как работа за относящуюся к космическому кораблю массу, сделанную на парусе радиационной силой давления Солнца как расстояние от Солнца, изменяется между Rinit и Rfin:
AKE/Ms
АССур, sail^Rsun	(4-23)
(Отметьте, что мы используем сосредоточенную на солнце систему координат, направленную направленный наружу от Солнца.) Из определения фактора легкости паруса vsail:
М.
АССГ„ парус - ^ailG^dP	(4.24)
R
солнце
Заменяя уравнением (4.24) в уравнение (4.23) и объединение, мы получаем:
AKE/MS - ^ailGMsunf R	R-)	(4.25)
Rinit Rfin
Если мы используем уравнение (4.25), определения потенциальной массы энергии/космического корабля и солнечный параболический (спасение) скорость в уравнении, равняющем полную энергию в Rinit и Rfin, мы получаем следующие отношения для заключительной относящейся к космическому кораблю скорости относительно Солнца:
Vfin - [V2nit + (парус - 1) (Vpara, init - Vpara, ребро)] 1/2	(4.26)
где Vinit - скорость паруса относительно Солнца в парусе unfurlment, и нижний 'параграф' обращается к солнечным параболическим скоростям.
Если судно находится в первоначально параболической солнечной орбите, Vinit - Vpara, init - Vpara-пери и ускорение заканчивают далекий от Солнца:
Vfin ~ V1/2 Vpara-пери	(4.27)
Осуществление 4.7. Проверьте все шаги в происхождении уравнения (4.27).
Секунда. 4.5]
Солнечный фотон приплывает 55
В пределах близости внутренних планет Солнечной системы даже очень тонкие солнечные паруса будут устройствами низкого толчка. Так как поле тяготения Солнца ускоряет Землю примерно до 6 x 10-4g (0.006 миллисекунды 2), парусное судно с фактором легкости 10 испытает ускорение давления солнечного излучения приблизительно 0.006 г в 1 AU от Солнца, если парус будет полностью развернут и ориентирован нормальный к Солнцу. Но во время 0.01 проходов перигелия AU, тот же самый парус испытает колеблющиеся 60 г! Частичный парус unfurlment и использование щебня будут необходимы, чтобы смягчить перигелий accelera tion, по крайней мере если мы когда-либо начнем, был членом экипажа солнечный парус starships как вымышленный starship в романе Аполлоном 11 Гудений астронавта Aldrin и Джон Барнес (Столкновение с Тибром, Warner, Нью-Йорком, 1996).
Высокое ускорение перигелия состоит также в том, почему был членом экипажа, суда должны использовать суперсильный и имеющий малую плотность кабельный материал. Matloff и Маллов (1981) предложение используют алмазные кабели с плотностью 3,520kgm-3 и пределом прочности 5.3 x 1010Nm-2.
Работа автоматизированных экстра-солнечных или межзвездных парусов может быть оценена более легко чем то из бывших членом экипажа судов, используя вышеупомянутый анализ. Рассмотрите, например, алюминиевый парус на 30 нм с reflectivity 0.9. (Это о самом тонком полностью непрозрачном алюминиевом парусе.) плотность алюминия - 2,700kgm-3, и его точка плавления составляет 933 K.
Если наш алюминиевый парус на 30 нм полностью развернут в перигелии, ориентируется нормальный к Солнцу и имеет максимальную рабочую температуру 900 K, излучаемость полностью непрозрачного паруса 0.1. Занимая место в уравнении (4.21), расстояние перигелия, как оценивается, является 0.13 AU. (Этот пример в иллюстративных целях только. Маловероятно, что чистые алюминиевые паруса будут функционировать в температурах выше чем 600 K.),
Ареальная массовая толщина нашего алюминиевого паруса на 30 нм вычислена, чтобы быть
8.1	x 10-5 kgm-3. Занимая место в уравнение (4.19), фактор легкости этого паруса 18.5.
В 1 AU от Солнца солнечная параболическая скорость о 42kms-1. От уравнения (4.8), солнечная параболическая скорость измеряет с обратным квадратным корнем расстояния перигелия. В 0.13 AU от центра Солнца параболическая скорость - 116kms-1. Заменяя Vpara-пери - 116kms-1 и Vsail - 18.5 в уравнение (4.27), мы получаем выходную скорость Солнечной системы приблизительно 500 км s-1.
Эта скорость преобразовывает в 105 AU ежегодно - приблизительно 30 раз скорость Путешественников 1 и 2. Только через приблизительно 2 500 лет наше гипотетическое межзвездное исследование достигнет Centauri.
Осуществление 4.8. Вышеупомянутое вычисление не считало или полезный груз массовыми или более продвинутыми материалами паруса. Предположите, что тот же самый парус 'подстроен' как пустота - парус тела с полезным грузом, который поднимает ареальную массовую толщину к 10-4kgm-3, и повторять вычисление выходной скорости Солнечной системы. Тогда попробуйте это снова за случай более тонкого паруса с идентичными тепловыми, механическими и оптическими надлежащими связями таким образом, чтобы ареальная массовая толщина была 5 x 10-4kgm-3.
Matloff (1997) и Landis (1997) описывают исследования материала паруса указание, что частично прозрачный бериллий 20 нм толщиной превосходит другие металлические монослои
56 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
для межзвездного солнечного парусного заявления фотона. Matloff и Mallove (1981, 1983) также рассматривают двойные слои, с очень рефлексивным металлическим столкновением слоя к Солнцу и эмиссионному слою, включающему антинаправленное к Солнцу лицо паруса.
После ускорения парус (и кабели) мог быть раной вокруг полезного груза, чтобы служить космическим ограждением луча во время длинной межзвездной передачи. Парус мог быть повторно развернут, поскольку к звезде предназначения приближаются, и используется наоборот как decelera tion механизм.
Строгий подход к starship замедлению солнечным парусом получен Matloff и Ubell (1985), и рассмотрен в Руководстве Starflight. Более простой approxima tion - полученный в манере, аналогичной уравнению (4.27) - включен в Matloff и др. (1991).
Примите с Matloff и др. (1991), что starship круизы к звезде предназначения в скоростном Видеомагнитофоне init (относительно звезды предназначения) перед парусом развернуты для замедления. Если парус развернут и используется, чтобы замедлить starship к Видеомагнитофону, ребру на расстоянии Rfin от центра звезды предназначения, легко показать что:
Видеомагнитофон, init ~ [V2r, ребро + (Vsail - 1) Vpara-Rfin] 1/2	(4.28)
где Vpara-Rfin - параболическая скорость или скорость спасения на расстоянии Rfin от центра звезды предназначения.
Начатые землей текущие паруса технологии класса ‘Znamia’ типично - несколько толстых микронов. Friedman (1988) размышляет, что Начатые землей паруса приблизительно 1 ^ в толщине не невозможны. В 1996, Santoli и Скэглайон размышляли, что толщина Начатого землей паруса могла быть уменьшена до фракции микрона в орбите, если парус состоит из алюминиевого/пластмассового двойного слоя, в котором пластмассовое основание разработано, чтобы испариться когда выставлено солнечной ультрафиолетовой радиации. Но для производства парусов столь же тонких как 20 или 30 нм, космическое производство фильма паруса - требование. Но как описано в предыдущей главе, недавний прогресс в технологии материалов может привести к свя-петле Начатые землей паруса приблизительно 50 % столь же эффективных как лучшие мыслимые произведенные местом гипертонкие металлические листовые паруса.
Новый approches, чтобы пересечь под парусом анализ напряжения также приведет к инновационным проектам паруса и unfurlment стратегиям (см., например, Genta и Brusca (1998)).
У этой двигательной установки есть большое обещание, по крайней мере для ранних автоматизированных набегов в соседнее межзвездное пространство. Будет ли там в конечном счете человечески-населенный, предают земле звездные ковчеги, продвигаемые от Солнца на продолжительности тысячелетий journies солнечными парусами фотона, вопрос, на который ответят в будущем.
Как обсуждено Matloff и Mallove (1983), полезность межзвездного солнечного паруса увеличится в очень далеком будущем, как раз в то самое время, когда человечество (или его потомки) большинство требует такой технологии. Поскольку Солнце оставляет главную последовательность внутри приблизительно 5 миллиардов лет, это расширится к гигантской фазе на диаграмме Херцспранг-Рассела. Так как солнечная константа тогда очень увеличится, мигрирующий межзвездный starships, продвигаемый солнечными парусами, будет значительно быстрее чем начатые от современного Солнца. Рейсы, которые сегодня могли бы потребовать 1 000 лет или у большего могли бы быть продолжительности только нескольких столетий, в ту далеко-отдаленную эру.
Секунда. 4.6]
Солнечный охотник фотона: Голографические солнечные паруса 57
Солнечное планирование миссии паруса достаточно продвинуто, что аналитические подходы, такие как тот, представленный выше, используются в экранировании исследований. Детальное планирование миссии требует сложных вычислений, которые могут только быть выполнены на компьютере.
Один современный подход, предложенный Валпетти (1999), считает mathe matical обработкой фактора легкости, описанного выше. Вместо того, чтобы рассматривать этот параметр как скаляр, точный анализ траектории требует, чтобы это рассматривалось как вектор, с компонентами вдоль радиальных и угловых топоров системы координат, используемой в вычислениях.
4.6	СОЛНЕЧНЫЙ ОХОТНИК ФОТОНА: ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАРУСА
Как показано в иллюстрации 4.5 (a), солнечный охотник фотона (SPT) является солнечным парусом с двумя парусами. У неподвижного главного паруса есть параболическое число, чтобы сосредоточить солнечный свет на меньшем, управляемом отражателе. Хотя первоначально российская идея, SPT был проанализирован подробно Передовым (1990).
Сила давления солнечного излучения на большинство солнечных парусов зависит от квадрата косинуса угла между нормальным к парусу и руководством солнечного света (Мастер, 1992). Одно преимущество SPT состоит в том, что он зависит только от косинуса этого угла, который позволяет значительный компонент толчка паруса, когда парус не стоит перед Солнцем.
Если SPT может быть развит, много интересных космических миссий могли бы стать возможными. Может быть возможно управлять полностью открытым главным парусом коллекционера SPT около Солнца, которое учитывает возможность многочисленных проходов близко к Солнцу, если некоторая форма thrustless превращение в межзвездной среде может быть развита. См. Главу 7 для больше на превращении thrustless.
НАСА финансировало некоторое исследование относительно краткосрочных операций SPT. Как обсуждено Matloff (2003), SPT может быть способным к операции с намного более низких Земных орбит, которые проектирует обычный парус. Это может позволить возможность поднимающих орбиту рывков SPT. Такому SPT можно было бы проектировать поверхность коллекционера так, чтобы отраженная Земля - свет и повторно излученный инфракрасный от Земли был более существенным чем прямой солнечный свет в низких орбитальных высотах. В более высоких высотах, много больше атмосферного бремени, SPT можно было управлять как 'стандартный' солнечный парус, чтобы вызвать орбитальные изменения высоты.
В течение весны и лета 2002, НАСА сотрудничало с несколькими другими американскими правительственными учреждениями, чтобы рассмотреть заявление солнечного паруса как земной полюс-пассажир, высокая широта эквивалентный из экваториальных geosynchronous спутников. Matloff (2004) участвовал в этом исследовании и продемонстрировал, что SPT спроектировал с материалами паруса, которые должны стать доступными за следующие несколько десятилетий, мог быть спроектирован, чтобы поддержать положение выше середины latidude местоположения, в орбитальной высоте приблизительно 60 Земных радиусов.
Как Вперед (1990) размышлял, работа SPT была бы увеличена, если бы оптическое покрытие управляемого отражателя подталкивания состояло из бело-легкой голограммы. Такой подход, как обсуждено в Главе 14, мог вызвать большие изменения в охотнике reflectivity с очень маленькими вращениями охотника. Это было бы
58 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
позвольте диспетчерам миссии легко включать охотника и. Как обсуждено в
Глава 14, тесты коммерческих бело-легких голограмм продемонстрировали, что они могут
будьте и очень рефлексивны и очень терпимы к экологической космической радиации.
Намного больше работы над SPT должно быть сделано прежде, чем идея может быть объявлена
выполнимый. Но это - конечно самое интригующее понятие, и хорошо стоящий далее учатся.
4.7	БИБЛИОГРАФИЯ
‘Открытый космос 1 Космический корабль’, отмеченный в Космическом полете, 40, 352 (1998).
Adams, К. С., Космический полет, McGraw-холм, Нью-Йорк (1958).
Belbruno, E., ‘Через Нечеткую Границу: Новый Маршрут на Луну’, Планетарное Сообщение, 12, Номер 3, 8-10 (1992).
Belbruno, E. и Мельник, Дж. K., ‘Встревоженные солнцем Передачи Земли к луне с Баллистическим Захватом’, Журнал Руководства, СоШго1 и Динамики, 16, 770-776 (1993).
Bernasconi, Член конгресса и Reibaldi, Г. К., ‘Надувные Космические-Rigidized Структуры: Краткий обзор Заявлений и Воздействия Технологии’, Протоколы Astronautica, 14, 455-465 (1986).
Пивовар, Г. Р., Ионный двигатель, Гордон и Нарушение, Филадельфия, Пенсильвания (1970).
Casani, Э. К., Коренастый, Дж. Ф. и Rayman, Доктор медицины, ‘Солнечный Электрический Толчок’, Миссии к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 143-158.
Cassenti, Б. Н., Matloff, Г. Л. и Strobl, J., ‘Структурный Ответ и Стабильность Межзвездных Солнечных Парусов,’ Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 345-350 (1996).
Cassenti, Б. Н., ‘Оптимизация Межзвездных Солнечных Скоростей Паруса, Журнал британского Межпланетного Общества, 50, 475-478 (1997).
Ehricke, К. Э., ‘Восстановление Юпитера Сатурна: Метод Относящегося к космическому кораблю Изгнания Высокой скорости от Солнечной системы’, Журнал британского Межпланетного Общества, 25, 561-572 (1972).
Ewing, A., ‘Солнечный Относящийся к космическому кораблю Проект Паруса, используя Размерный Анализ, IAA-92-0239 (1992).
Flandro, Г. А., ‘Быстро Миссии Reconaissance к Внешней Энергии Использования Солнечной системы, Полученной из Поля тяготения Юпитера’, Протоколы Astronautica, 12, 329-337 (1966).
Friedman, L., Starsailing, Wiley, Нью-Йорк (1988).
Вперед, Р. Л., ‘Серые Солнечные Паруса, Журнал Относящихся к астронавтике Наук, 38, 161-185 (1990).
Вперед, Р. Л., ‘Солнечный Охотник Фотона’, Журнал Космического корабля, 27, 411-416 (1990).
Вперед, Р. Л. и Дэвис, J., Вопрос Зеркала, Wiley, Нью-Йорк (1988).
Genta, G. и Brusca, E., ‘Парус Парашюта с Гидростатическим Лучом: Новое Понятие для Солнечного Парусного спорта’, и ‘Аврора Проджект: Новое Расположение Паруса’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1988), стр 61-68 и 69-74. Также изданный в Протоколах Astronautica, 44, 133-140 и 141-146 (1999).
Joels, К. М., Кеннеди, Г. П. и Larkin, D., Руководство Оператора Шаттла, зубец Ballan-, Нью-Йорк (1982).
Koblik, V. V., Польяхова, Э. Н. Соколов, Л. Л. и Шмиров, А. С., ‘Управляемые Солнечные Парусные Полеты Передачи в Орбиты Почти солнца согласно Ограничениям на Температуру Паруса’, Исследование Сosmic, 34, 572-578 (1996).
Секунда. 4.7]
Библиография 59
Landis, Г. А., ‘Фотогальванические Приемники для Лазера Излучали Власть в Месте’, Сообщение 189075 о Контракте НАСА, Технология Sverdrup Inc., Группа Исследовательского центра Льюиса, Парк Ручья, О, США (1991).
Landis, Г. А., ‘Маленькое Выдвинутое лазером Межзвездное Исследование Lightsail’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 50, 149-154 (1997).
Maccone, C., ‘Солнечные Миссии Очагов, IAA-L-0604, на Слушаниях Второго Международного Сonference на Низких-Сost Планетарных Миссиях, Лавре, Мэриленд, апрель 1996.
Mallove, Э. Ф. и Matloff, Г. Л., Руководство Starflight, Wiley, Нью-Йорк (1989).
Matloff, Г. Л. и Mallove, Э. Ф., ‘Солнечный Парус Starships - Суда Clipper Галактики’, Журнал британского Межпланетного Общества, 34, 371-380 (1981).
Matloff, Г. Л. и Mallove, Э. Ф., ‘Межзвездный Солнечный Парус: Оптимизация и Дальнейший Анализ, Журнал британского Межпланетного Общества, 36, 201-209 (1983).
Matloff, Г. Л., ‘Вне Тысячи Ковчега Года: Дальнейшее исследование Неядерного Межзвездного Полета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 36, 483-489 (1983).
Matloff, Г. Л., ‘Межзвездный Солнечный Парусный спорт: Рассмотрение Реального и Спроектированного Материала Паруса’, Журнал британского Межпланетного Общества, 37, 135-141 (1984).
Matloff, Г. Л. и Ubell, К. Б., ‘Worldships: Перспективы Неядерного Толчка и Источники энергии, Журнал британского Межпланетного Общества, 38, 253-261 (1985).
Matloff, Г. Л. и Парки, K., ‘Межзвездная Сила тяжести Помогает Толчку: Исправление и Новое Заявление’, Журнал британского Межпланетного Общества, 41, 519-526 (1986).
Matloff, Г. Л., ‘Рано Межзвездный Предшественник Солнечные Исследования Паруса, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 44, 367-370 (1991).
Matloff, Г. Л., Ходок, Э. H. и Парки, K., ‘Межзвездный Солнечный Парусный спорт: Заявление Электродинамического Превращения’, AIAA-91-2538 (1991).
Matloff, Г. Л., ‘Воздействие Нанотехнологии после Межзвездного Солнечного Парусного спорта и SETI’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 307-312 (1996).
Matloff, Г. Л., ‘Межзвездные Солнечные Паруса: Спроектированная Работа Частично Передающих Фильмов Паруса, IAA-97-IAA.4.1.04 (1997).
Matloff, Г. Л., ‘Голографический Солнечный Охотник: Солнечный Парус Низкой земной орбиты’, в Продолжаются ings 2003 Международная Солнечная энергия Сonference, Гавайи, 15-18 марта 2003, американское Общество Машиностроения (2003).
Matloff, Г. Л., ‘Солнечный Охотник Фотона как Земной Пассажир поляка’, в Астродинамике, Космических Миссиях, и ^aos, редакторах Э. Беллбруно, Д. Folta, и П. Герфи, Летопись Нью-йоркской Академии Наук, 1017, 468-474 (май 2004).
Mauldin, Дж. Х., Перспективы Межзвездного Путешествия, Univelt, Сан-Диего, Калифорния (1992).
Макиннес, К. Р. и Браун, Дж. К., ‘Солнечная Динамика Паруса с Расширенным Источником Радиационного Давления’, Протоколы Astronautica, 22, 155-160 (1990).
Макиннес, К. Р., Солнечный Парусный спорт, Практика, Chichester, Великобритания (1999), стр 43-46.
Зарубка, K., ‘TAU - Миссия к Тысяче Астрономических Единиц, AIAA-87-1049 (1987).
Польяхова, Э. Н., Космический полет Используя Солнечный Парус: Проблемы и Перспективы (на русском языке), Издание 9., Мехэника Кисмического Полета Серис, Isdatelstvo Nauka (1986). (Английский перевод JPRS-USP-88-003-L, доступный для американских Правительственных служащих и contrac скалистых вершин.)
Гончар, С. D., ‘Заявления Технологии Тонкой пленки в Космических Системах Власти, на Слушаниях Высокой Пограничной Конференции XII, Космического Института Исследований, Принстона, Нью-Джерси (4-7 мая 1995).
Ravenni, L., ‘Демонстрационный полет: Уна Спинта За Esplorare L’Universo’, тезис (на итальянском языке), Universita degli Студи ди Сьена, Сиене, Италия (1997).
Santoli, S. и Scaglione, S., ‘Проект Аврора: Предварительное Исследование Легкого, Цельнометаллического Солнечного Паруса’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистичному
60 Космических толчков сегодня
[Ch. 4
В ближайшем будущем Научные Космические Миссии, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 37-48.
Shvartsburg, A., ‘Солнечная динамика Паруса, используя Расширенный Источник света’, в Продолжаются ings 1993 ЭЙНА Сonference - Авансы в Нелинейной Астродинамике, редакторе Э. Белбруно, Центре Геометрии, университете Миннесоты, Миннеаполиса, Миннесота (8-9 ноября 1993).
Soderblom, Л. А., Becker, Т. Л., Беннетт, G., Boice, Д. К., Britt, Д. Т., Браун, Р. Х., Беррэтти, Б. Дж., Isabell, К., Biese, B., Заяц, Т., и др., ‘Наблюдения за Кометой 19P/Borelly Миниатюрной Интегрированной Камерой и Спектрометром На борту Открытого космоса 1’, Наука, 296, 1087-1091 (2002).
Камень, Э. К. и Переулок, А. Л., ‘Путешественник 1 Столкновение с Подобной Юпитеру Системой’, Наука, 204, 945-948 (1979).
Strobl, J., ‘Полое Тело Солнечный Парус’, Журнал британского Межпланетного Общества, 42, 515 - 520 (1989).
Tsu, Т. С., ‘Межпланетное Путешествие Солнечным Парусом’, Журнал ARS, 29, 422-427 (1959).
Валпетти, G., ‘трехмерное Быстродействующее Спасение Траектории Heliocentric для Все-металлического паруса, Обедня без пения Sailcraft’, Протоколы Astronautica, 39, 161-170 (1996).
Валпетти, G., ‘Sailcraft в Высокой скорости Орбитальным Аннулированием Углового момента’, Протоколы Космический nautica, 40, 733-758 (1997).
Валпетти, G., ‘Общие трехмерные Траектории H-аннулирования для Быстродействующего Sailcraft’, Протоколы Astronau tica, 44, 67-73 (1999).
Валпетти, G., ‘Sailcraft-на-основе Миссия к Солнечной Гравитационной Линзе, представленной на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Мастер, Дж. L., Космический Парусный спорт, Гордон и Нарушение, Филадельфия, Пенсильвания (1992).
5
Невероятное сокращение spaceprobe
И таким образом это было действительно: она была теперь только десять дюймов высотой, и ее лицо, украшенное в мысли, что она была теперь правильным размером для того, чтобы пройти небольшую дверь в тот прекрасный сад.
Льюис Карролл, Элис в Стране чудес (1865)
Если мы желаем подражать Элис и рисковать далеко в сад межзвездной необъятности, может быть необходимо сократить наш spaceprobes - и возможно даже пассажиры более поздних межзвездных судов колонизации! Мы можем видеть потребность таких решительных мер, исследуя кинетические требования энергии для 'скромного' межзвездного исследования.
Рассмотрите, с Mileikowsky (1996), случай 1 000-килограммового межзвездного исследования, начатого на незамедленной flythrough миссии к другой солнечной системе в скорости 0.3 c (о 105kms-1) относительно Солнца. Такое ремесло потребовало бы, чтобы 12 лет достигли Centauri, не включая время ускорения. Из-за limita tion скорости света, данные от этого самого близкого экстра-солнечного соседа не достигли бы Земных радио-телескопов в течение еще четырех лет, таким образом полная продолжительность миссии составит приблизительно два десятилетия.
Полная кинетическая энергия этого космического корабля, относительно Солнца, является 5 x 1018 J. Если бы вся электроэнергия, произведенная американской сеткой власти (приблизительно 1013 W), была применена к этой миссии в 50%-ой эффективности (очень оптимистический сценарий эффективности), то вся американская власть должна быть излучена на космический корабль в течение приблизительно 12 дней.
Электроэнергия 1013W, просивший в течение 12 дней, соответствует приблизительно 3 x часам на 1012 кВт (KWH). Из нового счета на электроэнергию автора стоимость электроэнергии в Нью-Йорке о $0.17/KWH. Стоимость электроэнергии, чтобы ускорить наш межзвездный spaceprobe составит приблизительно 5$ x 1011 - здоровенная фракция американского Валового национального продукта!
Осуществление 5.1. Оцените затраты энергии 1 000 кг незамедленный starprobe, путешествующий в 0.3 c, используя Милековского (1996) более оптимистическая стоимость электроэнергии
62 невероятное сокращение spaceprobe
[Ch. 5
оценка $0.03/KWH, для случаев 10 %, 1%-ой и эффективности на 0.1 % преобразования электроэнергии в космический корабль кинетическая энергия.
Поскольку мы будем видеть в следующих главах, выполнимых методах преобразования электроэнергии в космический корабль кинетическая энергия - лазерное радиационное давление и антивещество / вопрос annihiliation - очень неэффективны с точки зрения потребления энергии. Электрические затраты для единственных 1 000 кг starprobe могли бы разорить нашу всю планету!
У нас есть два выбора, чтобы уменьшить эти затраты. Первое должно уменьшить скорость исследования и поэтому требования энергии. Есть очевидные пределы этому подходу. Хотя 1,000-летнее межзвездное пересечение не могло бы причинить беспокойство жителям большого межзвездного ковчега или мирового судна, такое долгое время прохождения расстроит команду науки, начинающую исследование, так как ни один из них не жил бы, чтобы видеть conclu sion миссии.
Второй выбор состоит в том, чтобы сократить исследование. Это применяет новые методы нанотехнологии, и может в конечном счете уменьшить массу нашего 1 000-килограммового испытательного исследования к 1 кг или меньше.
5.1	МАЛЕНЬКОЕ И ОЧЕНЬ МАЛЕНЬКОЕ
Как представлено в иллюстрации 5.1, spaceprobes сжимались в размере и стоимости в течение нескольких десятилетий. Рассмотрите сначала 'макрос' или исследования года изготовления вина 1970-ых. Исследования Викинга к Марсу - хорошие примеры макро-космического корабля. Как описано Биллом Енном (1985), масса каждого из двух орбитальных аппаратов Викинга составляла приблизительно 2 300 кг; у каждого из двух высаживающихся на берег Викинга, которые выполнили эксперименты обнаружения жизни на Марсианской поверхности, была масса приблизительно 1 200 кг; и полный Викинг 1/2 стоимость миссии был в окрестности US$1 миллиарда.
Начиная с Викинга автоматизированные космические корабли сократили и в размере и стоили, но не в способностях. Полная масса середины 1990-ых, которая 'мини-' межпланетные исследования, такие как высаживающийся на берег Первооткрывателя Марса, около 100 кг, и затраты миссии, была уменьшена фактором приблизительно 10. Как обсуждено Burnham и Лососем (1996), 1998 Марс у Глобального орбитального аппарата Инспектора была масса 450 кг; у исследований поверхностного нарушителя на текущих миссиях Марса есть массы столь же низко как 2.5 кг.
Марс ровер Sojournor приземлился на марсианской поверхности как часть миссии искателя Пути. Как отмечено в проблеме в июле 1997 Космического полета, у этого сложного и успешного космического корабля была масса только 12 кг.
Новый ряд планетарных роверов находится теперь под развитием, используя 'микро' технологию nology, и может скоро быть доступным для миссий для Марса, астероидов или других объектов Солнечной системы. У лабораторных моделей этих миниатюризированных космических кораблей, как описано Amati и др. (1999), есть меньше чем 3-килограммовые массы и типичные измерения 30 см. Эти экспериментальные микророверы могут подняться на наклоны с 15 степенями, пересечь препятствия 12 см высотой и достигнуть скоростей 15 метров в час с требованием власти 2.5 W.
Но миниатюризация не будет конечно заканчиваться здесь. Используя новую науку nano технологии, ведомой Эриком Дрекслером и другими, 21-ое столетие spaceprobes могло бы
Секунда. 5.1]	Маленькое и очень маленькие 63
Макро-Spaceprobes: период 1975
■
 Пример: Высаживающийся на берег Викинга Марса
Масса 1 000 + кг
Стойте приблизительно $1 миллиард
Мини-Spaceprobes: период 1990-ых
Пример: Высаживающийся на берег Первооткрывателя Марса
Масса 100 кг
Стойте приблизительно $100 миллионов
Микро Spaceprobes: 2000 + период
Пример: Следующее поколение
Планетарный Ровер
Масса приблизительно 10 кг
Оценка издержек производства $10 миллионов
Nano Spaceprobes: период 2020 (?)
Пример: 'Astrochicken' Дизона
	Масса приблизительно 1 кг (?)
Оценка издержек производства $1 миллион (?)
Иллюстрация 5.1. Как spaceprobes сжимаются как функция времени.
имейте массу 1 кг или меньше. Одним из самых интересных (и причудливый) nanoprobe предложений является Дизон (1985) ‘Astrochicken’.
Astrochicken был бы 1-килограммовым космическим кораблем со способностями Путешественника. Это было бы выращено, а не построено, с биологической организацией и проектами, закодированными в ДНК. Генетически спроектированные компоненты растений и животных требовались бы в Astrochicken. Солнечная энергия привела бы ремесло в действие в аналогичной манере (или идентичный) к фотосинтезу на заводах. Датчики соединились бы с компьютерным мозгом Астрочикена на 1 грамм с нервами как те в нервной системе животного. У этого космического животного могло бы быть проворство жужжащей птицы, с 'крыльями', которые могли служить солнечными парусами, коллекционером солнечного света и планетарной атмосферой aerobrakes. Химическая система ракеты для приземления и возрастания от планетарной поверхности была бы основана на том из bombadier жука, который распыляет его врагов с обжигающе горячим жидким самолетом.

64 невероятное сокращение spaceprobe
[Ch. 5
Освещенное полномасштабное изображение машинной части

Изображение уменьш-размера оригинальной части, спроектированной на соответствующем
фотографическая эмульсия
Иллюстрация 5.2. Подход к изготовлению nanocomponent.
5.2	НАНОТЕХНОЛОГИЯ: ИСКУССТВО И НАУКА ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ МАЛЕНЬКИЙ
Чтобы справиться с нанотехнологией и в конечном счете построить (или расти) кое-что как Космический - цыпленок, будет необходимо усовершенствовать производственные процессы, способные к управлению или даже объектами атомного размера молекулярного размера.
Много возможных подходов к nanomachining описаны Lawes
(1)	. Один из них, показанных в иллюстрации 5.2, основан на techinques, ведомом в промышленности полупроводника. Полномасштабное изображение машинной части - demagnified через оптический инструмент, напоминающий микроскоп, используемый наоборот. Крошечное изображение спроектировано после соответствующего светочувствительного основания. Выставленный ‘граф микрофотографии’ тогда развит, чтобы получить уменьшенное изображение, и затем вымыт, чтобы удалить лишнюю фотографическую эмульсию. У эмульсии должны быть соответствующие электрические и механические свойства так, чтобы крошечная машинная часть работала в той же самой манере как ее большая модель. Микроразмерные машины и компоненты были произведены, используя этот подход.
Главное ограничение к такой 'микрофотографии' - длина волны используемого света. Нет никакой причины, почему визуальная спектральная область оптические методы не может быть далее развита для заявления в более низких областях длины волны электромагнитного (ИХ) спектр, таких как ультрафиолетовый и даже мягкий рентген. Так как у электронов есть меньшие длины волны, чем все кроме самых энергичных фотонов, электронно-оптическое изображение demag nifiers должно в конечном счете позволить 'постройку' сложных машин, составленных из отдельных атомов.
Такая технология позволит постройку действительно крошечного nanospacecraft.
Секунда. 5.2]
Нанотехнология: искусство и наука очень, очень маленькие 65
Хансон (1998) сообщил о результатах НАСА исследование Исследовательского центра Ames, которое рассматривало проект космического корабля с характерными измерениями приблизительно 1 ^. Состоя только из нескольких миллионов атомов, такой космический корабль размера вируса мог быть engi neered, чтобы поехать в рое. Их простые компьютеры были бы запрограммированы, чтобы избежать столкновения и поддержать формирование.
По прибытию в предназначение рой крошечного nanoprobes мог возможно соединить, чтобы сформировать больший космический корабль. Нанобиология была бы применена, так же как нанотехнология. Спроектированные солнечные паруса или кабели могли очевидно быть заменены чрезвычайно сильными и жесткими биологическими веществами, такими как паук dragline шелк.
Жесткий (1998) предположил, что продвижение нанотехнологии/нанобиологии могло бы быть быстрым, и затраты nanoproducts могли бы понизиться быстро. К 2021, человек - эквивалентный компьютер может стоить только 1$, и полностью развивался, nanotechnological машины построили один атом, за один раз мог быть продан к 2050. Nanotechnol ogy мог бы даже решить проблему межзвездной коммуникации для межзвездного Astrochicken, который мог быть начат в течение следующих двух столетий. Такое крошечное исследование открытого космоса могло бы нести nanoengineered гипертонкую антенну коммуникации, чтобы передать информацию к Земле, или быть запрограммированным, чтобы построить один из местных ресурсов в системе звезды предназначения.
Это случайно, что nanotechnological методы обещают в конечном счете уменьшить массу подсистемы коммуникации межзвездного исследования. Как обсуждено Lesh и др. (1986), текущие связи лазера технологии обещают уменьшить эту массу фактором четыре, так как лазерные лучи лучше коллимируются, чем радио-лучи. Но даже используя гипертонкую или надувную сосредотачивающую луч оптику, масса текущей технологии com munications подсистемы для исследований 40 AU или больше от Солнца приближает 10 кг.
Осуществление 5.2. Главное преимущество лазерных межзвездных связей коммуникации исследования по радио состоит в том, что лазеры (включая их микроволновое разнообразие, ‘masers’) хорошо коллимируются. У радио-передатчиков, с другой стороны, есть более свободная коллимация луча; некоторые являются всенаправленными. Предположите, что космический зонд - 1 световой год от Земли и передающий и с радио и с лазером. Оба com munication системы производят 10 W власти луча. Предположение, что радио - всенаправленное, сферически симметрический передатчик, сначала вычисляет сияние луча (в Wm~2) достижение Земли. Сделайте это, деля власть луча на область сферы, сосредоточенной на передатчике, в местоположении Земли. Если у лазера есть расхождение луча 0.001 радианов, затем вычислить диаметр лазерного луча в Земле (угол расхождения в радианах - отношение диаметра луча к разделению приемника передатчика). Вычислите лазерный луч irra diance в Земле, деля власть луча на область луча в местоположении земного приемника. Область приемника (в квадратных метрах) требуемый собрать любую власть луча (в ваттах) является отношением власти луча излучить сияние (в ваттах за квадратный метр) в местоположении приемника.
66 невероятное сокращение spaceprobe
[Ch. 5
5.3	НАНОТЕХНОЛОГИЯ И КОСМИЧЕСКИЙ ПОЛЕТ: КРАТКОСРОЧНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Чтобы осуществить авансы nanotechnologal в эффективной манере, финансирующие агентства часто развивают ‘дорожные карты’, чтобы обозначить существенные вехи связанные с развитием и шаги, необходимые, чтобы достигнуть их. Команда, направленная Аль Глобусом НАСА Исследовательский центр Ames, выполнила эту функцию для краткосрочного заявления нанотехнологии к космосу (Глобус и др., 1998).
Возможно первые nanotechnological устройства, которые будут видеть широко распространенный космос applica tion, будут крошечными компьютерами и средствами выведения обедни без пения. Последний был бы построен, используя nanoengineered тонкие, алмазные материалы силы.
Крошечные роботы (nanobots) могли использоваться для рециркуляции траты и закрытых заявлений поддержки жизни, так же как в 'умных' скафандрах. Раннее заявление nanobot-engi neered структуры могло бы быть обедней без пения, зеркалами телескопа большого диаметра; гипертонкие солнечные паруса и солнечные множества ячейки; и суперсильный, гипертонкий ‘nanotubes’ для использования в солнечном телеграфировании паруса и относящихся к космическому кораблю привязях. Даже nanotube 'лифт' от поверхности Земли до geosynchronous Земной орбиты (GEO) не вне причины.
Один существенный водитель для будущих операций вне Низкой земной орбиты (ЛЕО) является нашим желанием исследовать, отклонить и возможно мой астероиды и кометы, которые приближаются к Земле. Один способ в конечном счете применить нанотехнологию к горной промышленности астероида, как обсуждено Маккендри (1998), является ‘ассемблером астероида’. Это было бы nanodevice, который приземлится на соответствующем астероиде или ядре кометы, станет большим и воспроизведет, прививая соответствующие 'семена' в материале объекта, и в конечном счете начнет к месторождению астероид или комету.
Очень интересный nanoproduct, который теперь подвергается широко распространенному исследованию, ‘Fullerene nanotube’, назван в честь призрачного Более полного архитектора Бакминстера. Как обсуждено Brenner и др. (1998), Fullerine nanotubes - по существу одинарные таблицы графита, обернутого в трубы 10 нм через. Они могли быть приняты как кабели или в проекте датчика, и характеризованы очень высокой силой и низкой удельной массой.
5.4	НАНОТЕХНОЛОГИЯ И КОСМИЧЕСКИЙ ПОЛЕТ: ДОЛГОСРОЧНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Nanotubes и другие крошечные структуры могли также влиять на проект огромного солнечного паруса starships способный к переносу большого народонаселения к Centauri в пределах времени полета 1,000-лет. Matloff (1993) считал преимущества проекта солнечного паруса nanocables намного более сильными чем алмаз или построил использование очень рефлексивный, тонкий и сильный ‘nanoribbons’. От уравнения (4.22), солнечная масса кабеля паруса увеличивается с массой полезного груза и уменьшениями с увеличением кабельного предела прочности. Рефлексивные тонкие кабели позволяют более сильное и более высокое ускорение или полезные грузы, потому что давление солнечного излучения на кабель частично возмещает инерционные силы.
Но возможно более изящный подход к межзвездной колонизации должен объединять нанобиологию в команду с нанотехнологией, чтобы сократить колонистов и поэтому место 
Секунда. 5.5]
Возможные пределы нанотехнологии 67
ремесло. В 1996, Хансон (1996) предположил, что крошечный, живущий космический корабль мог бы быть применен к межзвездному расширению земной жизни и цивилизации.
Вообразите проживание Astrochicken с миниатюризированными подсистемами толчка, auton omous компьютеризированная навигация через сигналы пульсара, и лазерная связь коммуникации с Землей. Ремесло было бы bioengineered организмом. После межзвездного пересечения такого проживания Astrochicken установил бы орбиту вокруг пригодной для жилья планеты. Судно (или являющийся) могло вырастить инкубатор/детскую, используя ресурсы целевой солнечной системы, и породить первое поколение человеческих колонистов, использующих человеческие яйца и сперму в криогенном хранении.
5.5	ВОЗМОЖНЫЕ ПРЕДЕЛЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ
В ранних фазах любой новой технологии энтузиазм ее сторонников часто преодолевает рассмотрение своих ограничений практически. Это конечно верно для нанотехнологии. Возможно так же как рассматривая его потенциал для будущего развития, мы могли бы также рассмотреть факторы, которые в практике могли бы ограничить нанотехнологию и для будущих земных и для внеземных заявлений.
Считайте, например, популярное понятие nanobot населения введенным в человеческий кровоток, чтобы убить раковые клетки, уменьшить холестерин, и так далее. Такой nanobots мог бы состоять из миниатюризированного автоматизированного оружия типа, который рассматривает Santoli (1994), объединенный с nanocomputers и сложными системами датчика.
Такое устройство, если из молекулярного размера, подозрительно походит ‘на демона Максвелла’. Если возможный, такое крошечное юридическое лицо могло бы отделить горячие и холодные молекулы в стакане воды. Флот nanobots мог возможно преобразовать теплый стакан воды в жидкость, которая кипит на ее левой стороне и замораживается с ее правой стороны от него.
Это вероятно исключено Вторым Законом Термодинамики, так как каждый nanobot произвел бы определенное количество ненужной высокой температуры. Даже неизлечимо больным пациентам могло бы понравиться знать то, что nanobot-произведенная ненужная высокая температура сделает к их кровотокам и иммунным системам перед инъекцией миллиарда nanobot флотов. (С другой стороны, мы не должны возможно быть слишком поспешными. Santoli (1999) сообщает нам, что термодинамика будет работать по-другому над наноуровнем чем на макро-уровне.)
У быстрого, крошечного starships могли бы также быть некоторые ограничения связанные с развитием. В проблеме Осени 1999 SearchLites (публикация лиги SETI в Небольшом Пароме, Нью-Джерси) некоторые проблемы, затрагивающие крошечную-starship операцию, обсуждены Полом Дэвисом, Алленом То и Марио Садником. Одно ограничение к ‘nanostarship’ понятию - Галактические космические лучи. У них очень энергичных (миллион - миллиард eV) атомные ядра есть Галактический поток нескольких частиц за квадратный сантиметр в секунду. Из-за их глубины проникновения (до одного метра), nano machined крошечный starships мог бы быть поврежден или выведен из строя космическими лучами вскоре после запуска.
Но крошечные живые организмы выжили в месте в течение периодов, измеренных в годах. Земные бактерии выжили на лунной поверхности в течение многих лет на роботе Инспектора
68 невероятное сокращение spaceprobe
[Ch. 5
в 1969 рука возвратила Земле Аполлоном 12 команд. Начиная с форм жизни - даже бактерии - самовосстанавливают nanomachines, nanostarships мог защитить против повреждения космического луча при использовании nanobiological методов, чтобы включить бактериальные механизмы саморемонта.
Безотносительно ее окончательных ограничений нанотехнология/нанобиология обещает реконструировать жизнь на Земле и понятиях расширения жизни вне земной биосферы. Эти технологии должны обычно проверяться энтузиастами космического полета для новых заявлений и прорывов. Было бы интересно посетить nanotechnological услуги 22-ого столетия, чтобы учиться, какие предсказания современного nanotechnologists принесли плоды.
5.6	БИБЛИОГРАФИЯ
Amati, N., Chiaberge, M., Genta, G., Миранда, E. и Reyneri, Л. М., ‘Двойные Твердые структуры, Идя Микророверы: Перспектива для Миниатюризации’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 52, 301-304 (1999).
Brenner, D., Scholl, Дж. Д., Mewkill, Дж. П., Шендерова, О. А. и Sinnott, С. Б., ‘Действительный Проект и Анализ Компонентов Датчика и Устройства Nanometre-масштаба, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 137-144 (1998).
Burnham, D. и Лосось, A., ‘Десятилетие Миссий Марса, Космический полет, 38, 400-403 (1996). Эрик Дрекслер, K., Двигатели Создания: Ближайшая Эра Нанотехнологии, Якорь / Doubleday, Нью-Йорк (1986).
Дизон, F., Бог во Всех Направлениях, Арфисте & Ряду, Нью-Йорке (1985).
Globus, A., Стена замка, D., Ханьшуй, J., Jaffe, R., Levit, C., Merkle, R. и Srivastava, D., ‘Космическое Заявление Молекулярной Нанотехнологии’, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 145-152 (1998).
Хансон, A., ‘К Живущему Космическому кораблю’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 387-390 (1996).
Хансон, A., ‘От Микросистем до Наносистем, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 123-126 (1998).
Lawes, Р. А., ‘Микросистемы и Как Получить доступ к Технологии’, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 127-132 (1998).
Lesh, Дж. Р., Ruggier, К. Дж. и Casarone, Р. Дж., ‘Космические Технологии Коммуникаций для Межзвездных Миссий, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 7-14 (1986). Matloff, Г. Л., ‘Воздействие Нанотехнологии после Межзвездного Солнечного Парусного спорта и SETI’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 307-312 (1996). Также см. Г. Л. Мэтлоффа и Б. Н. Кэссенти, ‘Межзвездный Солнечный Парусный спорт: Эффект Кабельного Радиационного Давления’, IAA 4.1-93-709 (1993).
Маккендри, T., ‘Конструктивные соображения для Каменноугольных Ассемблеров Астероида, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 153-160 (1998).
Mileikowsky, C., ‘Как и Когда Мы могли Быть готовы Послать 1000-килограммовое Исследование Исследования С Курсирующей скоростью 0.3 c к Звезде?’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 335-344 (1996).
Santoli, S. ‘Enroute Основным Машинным Участникам для Молекулярного Производства: Гипотеза для Риджид-Линка Нэнороботика Армс'а, Журнал британского Межпланетного Общества, 45, 427-432 (1992).
Секунда. 5.6]
Библиография 69
Santoli, S., ‘Развивая Понятие Риджид-Линка Нэнороботика Арма, Работающего в Плотной Жидкости’, Журнал британского Межпланетного Общества, 47, 341-342 (1994).
Santoli, S., ‘Молекулярная Нанотехнология - Заново обдумавшая Химия, Вычисление и Interstel lar Полет’, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 336-342 (1999).
Жесткий, A., ‘Маленькое, Умное Межзвездное Исследование’, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 167-174 (1998).
Yenne, W., Энциклопедия американского Космического корабля, Эксетера, Нью-Йорка (1985).

6
Ядерный выбор
Мечта о полете была одним из самых благородных и одним из самых незаинтересованных из стремлений всего человека. Все же это привело в конце этому B-29, двигающийся в бесстрастной красоте к городу, название которого это должно было иссушить на совести мира.
Артур К. Кларк, Обещание Места (1968)
Отмеченный космический провидец Артур К. Кларк преуспевает, в короткой цитате выше, в succintly подведение итогов затруднительного положения тех, кто стремится применить технологию ядерного деления к космическому полету. Даже при том, что их сердца могут быть чистыми и их оправданные цели, очевидный факт, что их методы использовались сначала, чтобы убить сотни тысяч людей в Хиросиме и Нагасаки и позже питать длинный ложный мир холодной войны, страхует обширный бассейн общественного недоверия, направленного к ядерным ученым.
В эпоху после окончания "холодной войны" много обычно рациональных граждан сокрушены с отношением, называемым ‘NIMBY’ - ‘не в задним двором’. Это - то, почему трудно найти сейф, подземный склад для американских ядерных отходов, и почему Флоридские страхи жителей перед очень маловероятным бедствием запуска угрожали 1997 запуску исследования Cassini к Сатурну. Исследование приведено в действие маленьким радиоизотопом тепловой генератор.
Но общественные отношения изменились прежде, и могут измениться снова. Это казалось бы иррациональным, чтобы отказаться от выбора ядерного космического полета после очень многих десятилетий devel opment усилие. Как упомянуто в предыдущих главах, определенные методы места explora tion могут быть возможными только с помощью ядерной энергии. И если Земле угрожает приближающийся астероид на острых разногласиях, ядерный выбор может быть нашим единственным выбором.
6.1	ЯДЕРНЫЕ ОСНОВЫ
Хотя их цели могут быть различными, операция всех ядерных реакторов, бомбы и ракеты внедрены в той же самой технике: преобразование массы (m) в энергию
72 ядерный выбор
[Ch. 6
(E), согласно известной формуле Эйнштейна E = mc2, где c - скорость света. Мы рассматриваем здесь три основных типа ядерной реакции с заявлением космического полета: расщепление, сплав и уничтожение вопроса/антивещества.
Расщепление - раскол массивных атомных ядер, таких как уран 235 в менее массивные атомы и энергию - был сначала предложен немецкими учеными накануне Второй мировой войны, и применялся поздно в том конфликте к развитию первых атомных реакторов и бомб во время американского Манхэттанского Проекта. До настоящего времени, все реакторы власти, используемые, чтобы произвести электричество, являются устройствами расщепления, механизмы вызова (по крайней мере) всего ядерного оружия - расщепление, базируемое, и те ядерные ракеты, которые могли скоро стать эксплуатационными, являются ракетами расщепления. Много radiosotopes, используемые в больницах и промышленности, произведены в реакторах расщепления; но к сожалению, все ядерные отходы, произведенные нашими разновидностями до настоящего времени, могут также быть приписаны, чтобы расщепить.
Ядерный сплав - в котором ядра обедни без пения соединены, чтобы сформировать более массивные ядра и энергию - является источником энергии Солнца и миллиардов других главных звезд последовательности. Наша технология еще не весьма в состоянии плавить легкие ядра в реакторах власти и получить чистую энергию. Даже наши водородные бомбы вызваны меньшим расщеплением 'устройства'. В то время как звезда выдерживает реакции сплава глубоко в его интерьере через давление его самотяготения, человеческие исследователи применяют электромагнитную область com pression методы или микрошарики сплава взрыва с лазером или электронными лучами. Очень спорные возможности сплава, часто перечисляемые под рубрикой ‘холодный сплав’, рассматривают в Главе 9. Хотя окончательные 'горячие' реакторы сплава могут быть относительно свободными от радиоактивности, те реакции, применимые в начале 21-ого столетия, произведут некоторые ядерные отходы, хотя не столько, сколько реакторы расщепления производят.
Оба расщепления и сплав преобразовывают только крошечную фракцию (меньше чем 1 %) их полной массы к энергии. С точки зрения ядерной ракетной техники реакция уничтожения антивещества/вопроса выше, потому что 100 % массы реагента преобразованы в энергию, и большая часть этой энергии может быть непосредственно направлена в выхлоп ракеты. Но антивещество (полностью измененный обвинением вопрос) не существует в природе во время существующей эпохи Вселенной, и чрезвычайно дорого, чтобы произвести в полезных количествах. Поскольку антипротон и протон привлекут друг друга согласно закону Кулона и немедленно уничтожат на контакт, длительное хранение антивещества является стимулирующим. Хотя уничтожение вопроса/антивещества (или просто 'антивещество') ракеты могут теоретически достигнуть высоко релятивистских скоростей, много исследователей более консервативно планируют использовать крошечное количество этого ресурса, чтобы начать сплав в намного большем сплаве ‘микро шарики.
Иллюстрация 6.1 схематично иллюстрирует операцию любой ядерной ракеты. Ядерное топливо введено в реактор по управляемой норме, и реагируется, чтобы произвести энергию. Часть энергии может быть включена в реакторный выхлопной поток, и часть энергии может быть передана ядерно-инертному топливу реакции. Из-за ограничений термодинамики всегда будет необходимо излучить фракцию ядерной энергии, произведенной реактором как ненужная высокая температура.
Если dMnf и dMtf - ядерные и инертные топливные массы, изгнанные во время бесконечно малого временного интервала dt, госпожа - полная относящаяся к космическому кораблю масса в начале dt, и Против скорость судна в начале dt, сохранение линейного импульса может быть
Секунда. 6.1]
Ядерные основы 73
Ненужная высокая температура, излученная как инфракрасный
Резервуар ядерного топлива
Реактор
Ядерный выхлоп
Полезный груз
Ненужная высокая температура, излученная как инфракрасный
Руководство относящейся к космическому кораблю иллюстрации 6.1 ускорения. Схематическая операция обобщенной ядерной ракеты.
относившийся космический корабль и два выхлопных потока:
MSVS = (госпожа - dMnf - dMif) (Против + dVs) + dMnf (Против - Ve> nf) + dMf (Против - Veif) (6.1)
где Venf и Ve>, если соответственно выхлопные скорости ядерных и ядерных - инертные топливные потоки, и dVs, являются увеличением судна скорости во время временного интервала dt.
Хотя ядерно-тепловые ракеты, в которых ядерная энергия используется, чтобы непосредственно нагреть ядерно-инертное топливо, конечно возможны для межпланетных заявлений, мы вместо этого рассматриваем здесь ядерные ракеты, в которых часть ядерной энергии сначала преобразована в электроэнергию, которая тогда передана кинетической энергии (KE) ядерно-инертного выхлопа. Если конверсионная эффективность массы/энергии ядерной реакции - Фnf, enf - фракция выпущенной ядерной энергии, которая передана ядерно-выхлопному потоку, ene - эффективность ядерной энергии к электрическому преобразованию, и eei - эффективность, в которой эта электроэнергия преобразована в ядерно-инертную выхлопную кинетическую энергию, мы можем вычислить выхлопные кинетические энергии, ненужная высокая температура изошла (WHR) и выхлопные скорости, используя основную массу Эйнштейна / конверсионное уравнение энергии:
dKEnf = Фп/enfdMnfc 2 = Oi) dMnfV ^, nf	(6.2a)
dKEf = Ф ^ eei enedMnfC2 = (DdMfVl#	 (6.2b)
WHR = (1 - enf - eei ene) ФnrdMnfC2	(6.2c)
Уравнениями (6.2) можно управлять, чтобы привести к простым уравнениям для ядерных и ядерно-инертных выхлопных скоростей:
Ve, nf = (2ФпГ enf) 1,/2 c
Г	/dMnf M1/2
Ve'f = 2Фп/eei ene\dM {~f) _ c
(6.3a)
(6.3b)
74 ядерный выбор
[Ch. 6
Стол 6.1. Ценности конверсионной эффективности массовой энергии (Фи/) для расщепления, сплава и вопроса / реакции уничтожения антивещества.
Реакция
Конверсионная эффективность массовой энергии
Литературный источник
Расщепление
0.00075
Пастух (1999)
Сплав
0.004
Пастух (1999)
Антивещество
1.0
Вперед и Дэвис (1988)
"
0.6 (полезная энергия)
Валпетти (1986)
Стол 6.1 перечисляет представительные ценности (от литературы) массы/энергии conver sion эффективность ядерной реакции, Ф„/, для различных ядерных реакций.
В следующем обсуждении ценности различной передачи энергии и энергии utilisa tion факторы в уравнениях (6.3a) и (6.3b) даны для различных существующих и гипотетических ядерных космических двигательных установок.
Если мы заменяем этими ценностями конверсионной эффективности массы/энергии в уравнение (6.3a) и предполагаем, что вся выпущенная ядерная энергия передана выхлопному потоку (enf = 1), выхлопные скорости для идеальных ядерных ракет могут легко быть вычислены.
Осуществление 6.1. Вычислите выхлопные скорости для идеального расщепления, сплава и вопроса / ракеты уничтожения антивещества как фракции скорости света и в км/сек 1.
Одним фактором, который определяет фракцию выпущенной ядерной энергии, которая может быть продуктивно использована в реальном (или неидеал) ядерная ракета, является форма, принятая той энергией. Вообще, ядерные реакции вносят только фракцию своей энергии в KE электрически заряженных продуктов реакции. Это - фракция энергии, которая может быть непосредственно использована для толчка с высокой производительностью. Но часть энергии, выпущенной в ядерной реакции, может появиться вместо этого в форме электрически нейтрального нейтронного KE, рентген или гамма - лучей, или neutrinos (ноль - или частицы обедни без пения, которые являются чрезвычайно нереактивными с вопросом).
Matloff и Chiu (1970) считали ядерную ракету 'с двумя потоками' формы изображенной в иллюстрации 6.1 и описали уравнениями (6.2) и (6.3). Были сравнены два различных способа использовать часть ядерной энергии, не испускаемой как заряженная частица KE. Один из них - ядерно-электрический толчок (НЭП), в котором часть энергии незаряженной частицы используется, чтобы ускорить ядерно-инертное топливо иона. Второй метод - множество ‘двигателя фотона’, в котором некоторая выпущенная энергия в форме рентген, гамма - лучи и нейтроны используются, чтобы накачать эффективный газовый лазер, который испускает его луч как выхлоп. Поскольку у ионов есть больше импульса, чем делают фотоны, НЭП более эффективен, если высокий процент массы ядерного топлива не преобразован в энергию.
Большинство существующих или предложенных ядерных двигательных установок - 'один поток' только. Выхлоп или в форме ядерных продуктов реакции или ускорен инертный
Секунда. 6.2]
Ядерно-электрический толчок 75
топливо, Но, как представлено в следующей главе, понятие толчка с двумя потоками появляется еще раз как увеличенная домкратом межзвездная ракета (RAIR) - вариант межзвездного прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
6.2	ЯДЕРНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОЛЧОК
Одна форма толчка расщепления, который мог бы видеть заявление в раннем автоматизированный межзвездный
миссии исследования - ядерно-электрическое, или двигатель ядерного иона. Операция a
типичный проект НЭПА иллюстрирован в иллюстрации 6.2. В этом подходе ядерное топливо
потребляемый, но не исчерпанный. Часть выпущенной ядерной энергии передана
электрическое (или магнитный) охотник, который ускоряет ионы ядерно-инертного топлива как
выхлоп ракеты. Топлива иона обычно - материалы как цезий, аргон или ртуть это
легки ионизироваться и химически относительно нереактивный. Топливо иона обычно исчерпывается
по очень медленной норме за длительный период времени. Хотя толчок низок (типично
10-4 г, где г - одна Земная сила тяжести поверхности), высокие относящиеся к космическому кораблю скорости могут расти
в течение недель или месяцев. С выхлопными скоростями в окрестности
100 км s-1, НЭП - двигательная установка кандидата для некоторых из ранних экстра-солнечных
исследования.
Уравнение (6.3b) определяет скорость выхлопа НЭПА. Если мы определяем константу
6nep = dMnf/dMf, отношение ядерного топлива к ядерно-инертному топливу, потребляемому вовремя
интервал dt, уравнением (6.3b) можно заменить в уравнение (6.1) для случая нет
ядерный выхлоп. Реконструкция и выполнение замены dMs
отправьте массовые уменьшения, поскольку топливо иона исчерпано, мы получаем:
dMtf, с тех пор
Против
Ve
eif
■M0
Mf+M0
dMs
(6.4)
где AVs - полное увеличение относящейся к космическому кораблю скорости, Средняя частота - полная топливная масса иона,
Ненужная высокая температура, излученная как инфракрасный \/
Реактор
Резервуар ядерного топлива
Полезный груз
Ненужная высокая температура, излученная как инфракрасный
Руководство относящейся к космическому кораблю иллюстрации 6.2 ускорения. Схематическая операция ядерно-электрической ракеты.
76 ядерный выбор
[Ch. 6
и M0 - пустая (непитаемая) масса судна. Определение массового отношения Г. как отношение
из (Средняя частота + M0) к M0, и заменяющий скорость выхлопа иона, уравнение (6.4) может быть
решенный, чтобы получить:
Стабиловольт
Г. = exp
. (2®n / ^ ei^nfQ:
нэп
) 1/2C
(6.5)
Осуществление 6.2. Проверьте все шаги в происхождении уравнения (6.5).
Мы можем применить Стол 6.1 и уравнения (6.3b) и (6.5), чтобы оценить работу НЭПА для межзвездной миссии предшественника, основанной на современной технологии НЭПА. От Стола 6.1, Ф„ / = 0.000 75 для реакции расщепления. От Липински и др.
(2)	, фракция энергии расщепления, которая может быть передана выхлопу иона (eei ene) 0.5-0.8; мы приспособимся 0.65 как срединная ценность. Также от Липински и др., отношение ядерного топлива, сожженного к массе иона, исчерпало (6nep), приблизительно 0.000 5. Замена в уравнение (6.3b) показывает, что выхлопная ионом скорость приблизительно 0.000 7 с (200 км s-1) возможна для этой конфигурации. Fearn (2000) утверждал, что намного более высокие выхлопные скорости могут быть возможными для 'окончательного' НЭПА.
Осуществление 6.3. Вставьте ценность 200 км s-1 для выхлопной ионом скорости в уравнение
(6.1)	. Какое массовое отношение обязано ускорять космический корабль НЭПА к предельным скоростям 50 и 100 км s-1?
Одно ограничение для НЭПА относилось к истинному межзвездному полету, низкое определенное
власть. От Пастуха (1999) недавний вклад, 50kWkg-1 лучше мы
мог бы разумно надеяться на. Давайте скажем, например, что реактор НЭПА
обвиненный в 10 кг топлива урана, все из которого расширено во время 1-летнего accel-
период eration. Норма выхлопа ядерного топлива - поэтому 3.2 x 10-7 кг 1. Применение
Уравнение массы/энергии Эйнштейна с правильной эффективностью расщепления от Стола 6.1, нас
найдите, что бортовой реактор производит приблизительно 2 x 104 кВт, и реакторная масса
приблизительно 400 кг. Для миссий очень высокой эффективности будет доминировать реакторная масса
массовый бюджет.
Один аналитик, Aston (1986), попытался оценить от текущей технологии
что было бы оптимистично возможно, если бы технология НЭПА была развита к ее пределам.
В parameterisation Астона дана реакторная масса:
0.36
кг (6.6)
Mnep, реагируйте 45.8
р
нэп
£ei £ne
где Pnep - реакторная власть в киловаттах и факторы эффективности в denomi nator (которые представляют общую эффективность), определены выше.
Принятие, с Aston (1986), что реактор - питаемый реактор кровати вращения
Секунда. 6.2]
Ядерно-электрический толчок 77
с ураном 233, полной массой топлива расщепления дают:
Pn
Mnep, nf = 4.25 x 10-4
pne p,
нэп.
^burn, Ваш
кг	(6.7)
где tburn, Ваш - время машинного ожога НЭПА в годах.
Энергия луча иона, в электронных вт, является функцией квадрата иона
выхлопная скорость в миллисекунде 1, который определен выше:
Enep, луч = 1.05 X 10-6 V ^ eV	(6.8)
Aston (1986) следующий определяет поток луча иона как:
Thn
/ e, если
Jnep, луч = 4.78 x 10 ^ 0 ^ ампер	(6.9)
где Thnep - толчок ионного двигателя в Ньютонах. Машинная власть в кВт, Pnep в
уравнение (6.7), 0.001 (Enep, луч) GAiep, луч).
От результатов уравнений (6.8) и (6.9), Aston (1986) следующий оценил массы различных подсистем ионного двигателя. Он принимал (ртутное) топливо-tilisa-tion эффективность 0.98, и обусловливающая власть эффективность 0.95. Высокая темпера - ture конверсионная система энергии Цикла Брайтона с эффективностью 0.4-0.45, как предполагалось, преобразовала ядерную энергию в электроэнергию. Масса низкого - поток луча власти производство оборудования (источник иона и оборудование создания условий низкой власти подсистемы перед акселератором) дана как:
Mnep, Ip Nnep (10^nep, луч + 2.6^nep, луч) кг	(6.10)
где Nnep - число двигателей НЭПА. Масса НЭПА мощное оборудование создания условий власти состоит из неподвижно-массового 5 000-килограммового акселератора и очень мощного электропитания Cockroft-Walton с массой 0.009 кг (Pnep). Для реакторных уровней власти выше 1 000 мВт масса конверсионной системы энергии (включая насосы компрессора и турбо генератор переменного тока) является 0.02 кг (Pnep).
Заключительная масса системы власти исследования, которая будет оценена Aston (1986), была массой радиатора, необходимого, чтобы излучить 55-60 % энергии, произведенной реактором, чтобы сделать интервалы. Он принимал движущийся радиатор пояса с массой:
Mnep, радиус = 0.012 (1 - £ ”e £ei) pnep кг	(6.11)
V pne pei J
Aston (1986) вычислил работу НЭПА starprobe с массой полезного груза 5 000 кг, дополнительных 5 % начальной массы для структуры, выхлопной ионом скорости 4 000 км s-1 и машинное время ожога 64.9 лет. Относящаяся к космическому кораблю скорость терминала была 0.012 с, полная реакторная власть составляла 1 мВт, и конверсионная эффективность полной энергии была 0.4. С 270 000 кг ртутного топлива иона, 113 000 кг ядерного топлива, 1 600-килограммовой реакторной массы и приблизительно 45 000 кг, ассигнованными компонентам электродвигателя, полное время полета к Centauri для этой системы было вычислено как 389 лет.
78 ядерный выбор
[Ch. 6
Облигация и Мартин (1992) представленная работа оценивают для продвинутого, технологически выполнимый космический корабль НЭПА. Они завершили, что максимальные полезные действия версии довода "против" власти 0.2 будут возможными, и полученными массами охотника, приблизительно в три раза больше чем полученные от Астона (1986) формулы. Они подозревают, что реакторно-массовые оценки Астона очень оптимистичны и никогда не могут достигаться.
Системы НЭПА массивны. Сокращение Nanotechnological массы полезного груза имеет небольшой эффект на полные требования массы миссии. Но если мы должны начать исследование, чтобы приземлиться на, и исследовать, объект в Поясе Kuiper или Облаке Oort, НЭП - наш лучший выбор толчка для фазы замедления исследования. Вопреки популярному мнению НЭП не должен изложить опасность запуска, если реактор запущен в 'холодном' способе и не включен, пока космический корабль не избежал Земли.
Одно интересное устройство типа расщепления, которое недавно рассмотрели Благородным (1998), является электрическим радиоизотопом толчком, в котором власть миссии получена из распада радиоактивных изотопов. В отличие от НЭПА, может быть миниатюризирована эта система. Но это представит экологические риски, так как электростанция не может быть начата 'холод'.
Недавнее финансируемое НАСА исследование НЭПА сконцентрировалось на 'БЕЗОПАСНОМ' испытательном двигателе расщепления, способном к власти на 100 кВт, будучи начатым в ядерно-инертном способе (Hrbud, 2003). Это понятие связанное с развитием было включено в Проектного Прометея, который, если полностью финансирующийся, приведет к ядерному-electic продвигаемому исследованию на ледяные спутники Jupiteris, которые могли быть начаты приблизительно в 2011 (Iannotta, 2004). Если эти исследования приведут к статьям полета, которые получают общественное принятие, то у специалистов в области космических исследований, участвующих во внешних миссиях Солнечной системы, будет значительно больше власти доступным для приборов для исследований чем на предыдущих миссиях.
6.3	ТОЛЧОК ЯДЕРНОГО ПУЛЬСА: ORION, DAEDALUS И МЕДУЗА
НЭП никогда, возможно, не способен к истинному межзвездному полету. Однако, то же самое не может быть сказано для толчка ядерного пульса (NPP), который иллюстрирован в иллюстрации 6.3.
Проектный Orion - вероятно первое серьезное предложение ядерного пульса - начал его жизнь в ранней Космической эре как секретный проект ВВС США. Это было позже включено в планы НАСА относительно первых миссий Посадки на Луну, в случае, если Сатурн V потерпел неудачу. Перед его отменой в середине 1960-ых несколько опытных образцов Orion были проверены в атмосфере Земли, использующей химический (не ядерный) обвинения. Опытный образец Orion является демонстрирующимся в Воздухе Smithsonian и Космическом Музее, и фотографическая последовательность опытного образца Orion в полете появляется в Руководстве Starflight. После отмены проекта, Почетный гражданин Дизон, изданный (в 1968) проект для межзвездного Orion.
Это возможно точно также, что оригинальный Начатый землей Orion никогда не строился, потому что это будет экологический кошмар. NPP должен использоваться только в месте, мы надеемся, далеком с любой населенной планеты.
В основном понятии Orion полезный груз и топливный бак отделены от камеры сгорания (или пластина толкача) огромными амортизаторами. Причина для этого разделения (который с точки зрения команды должен быть столь же большим как
Секунда. 6.3]
Толчок ядерного пульса: Orion, Daedalus и Медуза 79
Проектный Orion
Топливо
резервуар
Камера сгорания пластины толкача
Амортизаторы
Полезный груз
Руководство относящегося к космическому кораблю ускорения
Выхлоп от взрыва ядерного 'устройства'
Проектный Daedalus
Топливный бак
Полезный груз
Лазер или электронные лучи
Выхлоп от взрывающегося микрошарика сплава
Камера сгорания
Руководство относящейся к космическому кораблю иллюстрации 6.3 ускорения. Два подхода к толчку ядерного пульса.
возможный), природа топлива. Это не просто ядерный реактор; топливо состоит из ядерных бомб (часто названный 'устройствами', чтобы санировать понятие). Чтобы предотвратить его испарение, пластина толкача была бы покрыта абляционным материалом. Если не формирующийся ядерные обвинения применены, не больше, чем половина выхлопа бомбы фактически взаимодействует с пластиной толкача или камерой сгорания.
С устройствами расщепления размера килотонны у Проектного транспортного средства Orion, запущенного от Земли, могли бы быть выхлопная скорость столь же высоко как 200 км s-1, и намного больший толчок, чем НЭП продвигал космический корабль. Собрание пластины толкача Orion также было бы, считают умело менее массивным чем реактор НЭПА.
С Дизоном (1968) межзвездный Orion, космический корабль намного больше и может работать только в месте. Устройства расщепления размера килотонны заменены водородными бомбами на 1 мегатонну. Они работают сплавом атомов дейтерия, которые нагреты энергией, выпущенной от маленького расщепления 'спусковой механизм'.
Не нарушая протоколы национальной безопасности, Дизон (1968) был неспособен точно предсказать работу своего межзвездного Orion. Он сделал, однако,
80 ядерный выбор
[Ch. 6
завершите, что для массового отношения 4, если топливо используется и для ускорения и для decelera tion, терминал (межзвездный круиз) скорость термоядерного Orion между 0.0035 с и 0.035 с. Если бы все водородные бомбы в арсеналах человечества были посвящены задаче, то маленькие поселения могли быть переданы Centauri на рейсах 100-1,000-летней продолжительности. Какое прекрасное использование для бомб!
Осуществление 6.4. Вычислите выхлопной скоростной диапазон для Дизона (1968) предают звездный термоядерный Orion земле. Сначала удвойте межзвездную скорость круиза, чтобы получить полное скоростное приращение (так как космический корабль должен и ускорить и замедлить); тогда примените уравнение (4.4), чтобы определить диапазон выхлопных скоростей. От ценности для конверсионной фракции массы/энергии сплава в Столе 6.1 и уравнении (6.3a), вычислите диапазон для enf, фракции ядерной энергии, переданной кинетической энергии ядерного выхлопного потока (также названный фракцией ожога).
Чтобы уменьшить радиоактивную эмиссию от космического корабля Orion, Winterberg исследовал возможность вызова термоядерного взрыва средствами кроме устройства расщепления. В 1977 он рассматривал воспламенение дейтерия - реакция сплава трития с химическими взрывчатыми веществами. В более раннем вкладе 1971 он рассмотрел другой способ воспламенения реакции сплава - интенсивные, релятивистские электронные лучи. Этот более ранний вклад, ведомый непосредственно, чтобы Спроектировать Daedalus, исследование starship, проводимое британским Межпланетным Обществом в течение 1970-ых и 1980-ых (Облигация и др., 1978).
Вместо водородных бомб размера мегатонны Дэедэлус использует топливные микрошарики fusable изотопов. Наиболее легко горючая комбинация топлива сплава - смесь дейтерия и трития, каждый из которых тяжелые изотопы водорода. Эта топливная комбинация была отклонена коллективом дизайнеров Дэедэлуса, потому что большая часть энергии сплава выпущена в форме тепловых нейтронов, которые приводят к ядерной радиации после поглощения в стенах камеры сгорания.
Проектная топливная комбинация Daedalus выбора была смесью дейтерия и гелия 3, легкий изотоп гелия. Дейтерий скорее распространен в природе, и это соединение изотопа производит много меньше нейтронов чем соединение трития дейтерия. Недостаток - чрезвычайная редкость гелия 3 в земной окружающей среде.
Гелий 3, однако, найден в солнечном ветре и атмосферах гигантских планет, и проектировщики Daedalus рассматривали много вариантов получить миллионы килограммов, требуемых для полномасштабного starprobe или starship. Они включали открытую разработку верхние слои лунной почвы (где солнечный ветер внес маленькие концентрации этого изотопа), производя гелий 3 на Земле, добывая солнечный ветер непосредственно и добывая атмосферы внешних планет.
Отобранный выбор состоял в том, чтобы вставить автоматизированные добывающие гелий пакеты ниже воздушных шаров, приостановленных в подобной Юпитеру атмосфере. Периодически, отделенный изотоп гелия был бы запущен к обрабатывающим топливо станциям, вращающимся вокруг Юпитера. Получение топлива для Daedalus действительно было бы главной задачей!
Секунда. 6.3]
Толчок ядерного пульса: Orion, Daedalus и Медуза 81
Пластина толкача Orion была бы заменена камерой сгорания, в которой электромагнитный (ИХ) области отразят выхлоп заряженной частицы высокой скорости от реакции сплава. Вычисления показали, что выхлопная скорость исследования Daedalus будет столь же высока как 0.03 с (приблизительно 9 000 км s-1).
Осуществление 6.5. Принимая выхлопную скорость 0.03 с, оцените эффективную фракцию ожога (enf) для исследования Daedalus. Для непитаемой относящейся к космическому кораблю массы 106 кг и (незамедленной) межзвездной скорости круиза 0.1 с, сколько топлива сплава требуется? Если 50 % топливной массы - гелий 3, сколько из этого редкого изотопа обязано продвигать этот межзвездный космический корабль?
Как Hyde и др. (1972) обсужденный, микрошарики сплава могут быть сжаты и зажжены электронными лучами. Такие 'инерционные' реакторы сплава уже находятся в операции в оборонных лабораториях, моделируя (в мелком масштабе) термоядерные взрывы. Команда Daedalus вместо этого приняла предложение Винтерберга электроннолучевого воспламенения.
Существуют много последующих понятий Daedalus. Мы могли бы рассмотреть литий - протон или реакции сплава протона бора. Хотя более трудный, чтобы загореться, эти реакции используют очень общие реагенты и являются aneutronic. В 1977, Winterberg предложил организованные микровзрывы, в которых маленький helium-3-deuterium шарик зажигает больший протон бора или литиево-протонный шарик после того, как это зажжено электроном или лазерными лучами. (См. М. Л. Шмэтова (2000) для обзора организованного сплава microexplo sion литература.)
Но как Orion, Daedalus был бы огромен. И 10 кг и 100 000-килограммовый полезный груз вероятно потребовали бы космического корабля с непитаемыми массами в диапазоне multi-million-kg. Удивительным понятием, которое могло бы очень уменьшить относящуюся к космическому кораблю массу, является Солем (1993) 'Медуза', которая комбинирует элементы NPP и солнечного толчка паруса. Медуза заменяет массивную камеру сгорания / пластина толкача с gossamer навесом, соединенным с полезным грузом кабелями высокого предела прочности. Вычисления показали, что, если навес является достаточно сильным и стойким к радиации, он может противостоять соседнему воспламенению микрошариков или даже маленьких ядерных устройств. Если генератор области обедни без пения мог бы быть implaced в этом навесе, заряженная частица, выхлоп Daedalus может быть отражен с небольшим или никаким количеством деградации навеса.
Медуза переместилась бы через место в манеру, аналогичную транзиту медузы через океан - таким образом вдохновение для названия. Хотя большой анализ остается быть выполненным, понятие Медузы могло бы позволить большое сокращение массы ядерного пульса starprobe.
Genta и Rykroft (2003) обсудили предложение итальянского Нобелевского лауреата Карло Руббии, у которого есть определенные общности с NPP. Предложенная ядерная ракета Раббии использовала бы фрагменты расщепления от реакции америция 242, чтобы нагреть водородный газ, который будет удален в выхлопной скорости столько, сколько 55kms-1.
82 ядерный выбор
[Ch. 6
6.1	ИНЕРЦИОННОЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ГАЗОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ СПЛАВ ЗЕРКАЛА
Много полевых конфигураций рассмотрели для заключения сплава plasmas. Один из них - инерционный электростатический confinment (ЛЕД) (Bussard, 1991; Miley и др., 1997, 1999) - находится под серьезным вниманием в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА, из-за его потенциального космического заявления толчка.
Иллюстрация 6.4 показывает конфигурацию ЛЕДЯНОГО реактора. Электрическое поле устроено вокруг интерьера сферической палаты так, чтобы плазма сплава содержалась между стенами палаты и центральной сетки. Сплав имеет место близко к центральной сетке. Как показано в числе, электроэнергия от соединяющейся плазмы могла быть получена из центральной области. Если высокое напряжение, внешний 'анод' около сферических стен палаты является немного прохудившимся, сплав нагретый выхлоп, может быть удалено из тыла космического корабля. У такого реактора есть большое обещание для RAIR (описанный в Главе 8) и другие понятия ракеты 'с двумя потоками'.
Альтернативная геометрия сплава с возможными космическими заявлениями толчка велась Kammash и Ли (1996). Основанный на газово-динамическом зеркале (GDM) понятие, этот подход теоретически способен к соединяющемуся тритию и дейтерию, чтобы получить определенный импульс по крайней мере 200 000 секунд, и толчки в диапазоне kiloNewton.
Сферическая стена палаты (анод)

Иллюстрация 6.4. Инерционный электростатический реактор сплава заключения и его заявление, чтобы сделать интервалы между толчком.
Секунда. 6.5]
Антивещество: окончательное топливо 83
В реакторе GDM магнитные зеркала используются, чтобы ограничить введенный дейтерий - плазма трития в течение достаточно долгого времени для сплава, чтобы произойти. Магнитное заключение более сильно в концах цилиндрической палаты чем в середину, которая препятствует тому, чтобы большая часть плазмы убежала через концы.
Плазменная плотность в машине GDM достаточно высока для скупого свободного пути реагирующих ионов, чтобы быть намного короче чем измерения машины. Это заставляет нагретую плазму сплава действовать гидродинамически как газ, нагретый в палате реакции, с отверстием, позволяющим горячий газ убежать в вакуум. Продукты сплава от должным образом формируемой машины GDM должны быть удалены из тыла как выхлоп ракеты.
Другая геометрия реактора сплава интереса - ‘столкнувшийся луч’ подход Rostoker и др. (1997). Если эта машина оказывается реальной, aneutronic сплав могло бы быть возможным между столкнувшимися лучами протонов и бора 11.
Старый астронавт НАСА Франклин Чэнг-Диэз скоординировал исследование относительно плазменного двигателя под названием VASIMR, у которого может быть заявление к ракетной технике сплава. VASIMR состоит из трех магнитных ячеек, в которых плазма сначала введена, затем нагрета и наконец расширена в магнитном носике. Топливо выбора - вероятно нейтрального водорода - введено в первую ячейку и затем ионизировано. Много исследователей НАСА в настоящее время исследуют выполнимость и потенциальную работу плазменной ракеты VASIMR (Сэнковик, 2002).
6.2	АНТИВЕЩЕСТВО: ОКОНЧАТЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО
Возможно из-за ряда Похода Звезды телевидения, все услышали об антивеществе. В отличие от расщепления и сплава, которые преобразовывают меньше чем 1 % массы реагента к энергии, вся масса реакции вопроса/антивещества преобразована в энергию.
Реакция вопроса/антивещества не нарушает физических законов, и технология производства антивещества и хранения делает большие успехи. Единственное препятствие постройке питаемых ракет большого антивещества, способных к приближению к скорости света, является огромной стоимостью этого ресурса.
Вперед и Дэвис (1988) обрисовывает в общих чертах раннюю историю исследования антивещества. После его предсказания Полом Дирэком в 1929, позитрон (позитрон) был обнаружен - использование космических пластин измерения луча - Карлом Андерсоном в 1932. Открытие более массивного антипротона потребовало энергичного ядерного акселератора, и было accom plished группой, направленной Эмилио Сегре в 1955.
Частица и ее античастица имеют противоположное электрическое обвинение и поэтому привлекают друг друга. Масса обеих взаимодействующих частиц преобразована в гамма - лучи. Ойген Зангер применял этот эффект к своему понятию ракеты фотона уничтожения в 1965. Ракета фотона уничтожения работает первым вопросом объединения с равным количеством антивещества, и затем отражением гамма - лучей тыл судна как выхлоп. К сожалению, требования такого отражения гамма - луча кажутся несколько вне нашей технологии.
Вдохновленный, возможно, Робертом Форвардом, маленькая группа исследователей межзвездного полета начала изучать антивещество в начале 1980-ых. Более массивный (1982) рассмотренный
84 ядерный выбор
[Ch. 6
ранние понятия для производства антивещества и длительного хранения. Существующее антивещество 'фабрики' очень неэффективно, поскольку они работают, проектируя очень энергичный пучок частиц против постоянной металлической цели. Несколько античастиц произведены через взаимодействие луча/цели, и маленькая фракция их собрана.
Улучшенный и uprated солнечный приведенный в действие производственный объект антивещества был предложен Chapline (1982). Стоимость этого средства составила бы больше чем 1012 US$, и приблизительно 1 кг ежегодно антивещества мог быть произведен. Также в 1982, Zito применял криогенное заключение, чтобы проектировать реактор вопроса/антивещества демонстрации для космических заявлений толчка.
Отправьте (1982) исследованные аспекты выхлопа от ракеты вопроса/антивещества. Первые частицы, которые будут казаться после протонов и антипротонов, уничтожают, пионы. С точки зрения неускоренного наблюдателя они электрически заряженные частицы едут среднее число 21 м. прежде, чем они распадутся в мюоны. Из-за их высокой скорости мюоны едут приблизительно 2 км прежде, чем они распадутся в электроны, позитроны и neutrinos. Дальше вниз по течению от относящейся к космическому кораблю палаты реакции, электроны и позитроны взаимодействуют, чтобы произвести гамма - лучи уничтожения.
Cassenti (1982) исследовал эффективность ракеты антивещества, если это сосредотачивает пионы или мюоны магнитными носиками. Если пионы сосредоточены, целых 67 % энергии, выпущенной во взаимодействии протонного антипротона, могут быть переданы, чтобы исчерпать кинетическую энергию. Если мюоны сосредоточены, эта эффективность составляет приблизительно 40 %. Работая с этими факторами эффективности, Морган (1982) оценил, что выхлопная скорость пиона - relecting ракета вопроса/антивещества могла быть сверх 0.9 c, и транспортное средство accel eration могло приблизить 0.01 г.
Cassenti также исследовал kinematics ракет антивещества. Поскольку скорость увеличивает меньше чем приблизительно 0.5 c, отношение массы реакции, чтобы питать массу является приблизительно 4, начиная с отношения антивещества, чтобы иметь значение, что масса может быть оптимизирована. Отправьте (1982), применял это, чтобы решить, что для скорости увеличивает меньше чем приблизительно 0.3 c, оптимальная масса антивещества всегда - меньше чем 1 % полной относящейся к космическому кораблю массы запуска. Он также представил простую формулу, связывающую топливную массу антивещества (Средняя частота _am) к непитаемой массе судна (M0):
Mfiam = 0.9 (	(6.12)
M0 V c c)
где Вин и Ffin - соответственно относящиеся к космическому кораблю скорости вначале и конец операции ракеты антивещества.
Осуществление 6.6. Ракета антивещества с непитаемой массой 107 кг должна быть ускорена от отдыха до 0.1 c. Полная топливная масса (от Cassenti, 1982) составит приблизительно 4 x 107 кг. Примените уравнение (6.12), чтобы определить, сколько антивещества требуется; тогда используйте оптимистическую оценку затрат антивещества от Звезды - Руководство полета, 1010 US$ за грамм, чтобы оценить стоимость миссии.
Секунда. 6.5]
Антивещество: окончательное топливо 85
Магнитные катушки
Антипротон введен

О	о	о
о

Протон введен
Иллюстрация 6.5. Основной лучом двигатель: один тип ракеты уничтожения вопроса/антивещества.
Поскольку часть НАСА поддерживала Продвинутое Космическое усилие по Толчку, недавние исследователи попытались уменьшить затраты толчка антивещества так, чтобы серьезное планирование миссии могло начаться. Шмидт и др. (1999) недавно исследовал снижение издержек, если крошечное количество антивещества используется, чтобы начать расщепление и реакции сплава в намного более массивных микрошариках. Такая стратегия могла в конечном счете уменьшить топливную стоимость антивещества продвигаемой межзвездной миссии предшественника антивещества приблизительно к US$60 миллионам. Определенный импульс для такого антивещества меж - миссия звездного предшественника находится в диапазоне 13 500-67 000 s.
Как обсуждено Шмидтом и др. (1999), текущая норма мирового производства для антивещества - 1-10 nanograms ежегодно. Миллиарды долларов инвестиций были бы обязаны получать миллиграммы ежегодно и уменьшать стоимость антивещества для триллионов US$ за грамм. Из-за его чрезвычайной изменчивости это опасное вещество могло бы быть 'массой', произведенной на орбитальных или лунных фабриках антивещества.
Шмидт и др. (1999) также рассмотрел недавнее исследование относительно проектов ракеты антивещества, которые могли использоваться, если стоимость антивещества понижается резко. У одного из них - основного лучом двигателя (иллюстрация 6.5) - мог быть определенный импульс столь же высоко как 107 s, с 60 % энергии реакции, переданной выхлопу пиона. Структура транспортного средства для основного лучом двигателя составила бы приблизительно 20 % движущей массы.
Так же как машинный проект и производство антивещества, недавние исследователи рассмотрели подходы к долгосрочному хранению антивещества. Gaidos и др. (1999) обсуждал портативную ловушку сочинения (иллюстрация 6.6), которая может сохранить до 330 миллионов ионов за кубический сантиметр в 3.5-kiloGauss магнитном поле. Как обсуждено Howe и Смитом (1999), более высокое хранение антивещества плотности для верного межзвездный
86 ядерный выбор
[Ch. 6
+ + + +

Положительный электрический потенциал отражает антипротоны от стен ловушки
Иллюстрация 6.6. Ловушка сочинения использует электрические и магнитные поля, чтобы содержать антипротоны.
миссии могли бы применить методы накопителя, развиваемые для продвинутых ускорителей частиц.
Антивещество могло бы остаться, слишком дорогой ресурс для человека занял миссии к звездам, но суда антивещества могли быть миниатюризированы для заявления с микро технологией или нанотехнологией? Этот вопрос был недавно исследован в газетах Льюиса и др. (1996) и Gaidos и др. (1998). Fermilab, в Батавии, Иллинойс, производит 5-10 nanogrammes антивещества ежегодно, и в ближайшем будущем эта норма производства могла быть поднята фактором приблизительно 10, по стоимости приблизительно 108 антипротонов за доллар. Схема, вовлекающая антипротон, вызвала расщепление/, сплав мог conceiveably повышать маленький spaceprobe к скорости 129 км s-1. В этом подходе маленький антипротонный взрыв направлен на маленький шарик расщепляющегося материала. Несколько-тысяч электронных вт, выпущенных в вызванном расщеплении этого антивещества, могли в свою очередь использоваться, чтобы зажечь больший микрошарик сплава.
В последующей газете Gaidos и др. (1999) описал, как относящаяся к космическому кораблю масса могла быть уменьшена приблизительно до 400 кг, и скоростное приращение приблизительно 1 000 км scould быть достигнутой с очень маленьким требованием антивещества. Такое ремесло могло пересечь
10,1	AU через 50 лет. Дальнейшие полезные действия могли быть получены, если бы топливный цикл сплава был aneutronic.
Фал (1999) рассмотренный антивеществом помогал миссиям к соседним звездам, которые могли быть достигнуты, используя проектирования текущей технологии. Миссия демонстрационного полета Centauri могла бы потребовать приблизительно столетия для 10 000-килограммового полезного груза. Многоступенчатая миссия вращаться вокруг Звезды Барнарда (приблизительно 6 отдаленных световых годов) с 105-килограммовым полезным грузом потребовала бы межзвездного круиза почти трех столетий. Увеличенная эффективность и более низкие затраты для производства антивещества являются существенными, если это время прохождения должно быть уменьшено.
Как отмечено в Науке (284, стр 1597-1598, (1999)), прежний администратор НАСА Дэн Голдин предложил товарищество исследования между высокоэнергетическими физиками и НАСА. Одни из фруктов этой инициативы могли бы быть очень увеличенной эффективностью и уменьшали стоимость в массовом производстве антивещества. Такое развитие ускорит развитие истинной межзвездной способности.
Секунда. 6.6]
Библиография 87
6.6 БИБЛИОГРАФИЯ
Aston, G., ‘Электрический Толчок: Далеко идущая Технология’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 39, 503-507 (1986) (также изданный как AIAA 85-2028).
Облигация, A., Мартин, А. Р., Buckland, Р. А., Грант, Т. Дж., Лотон, А. Т., Мэттисон, Х. Р., Parfatt, Дж. А., Паркинсон, Р. К., Richards, Г. Р., Сильный, Дж. Г., Вебб, Г. М., Белый, А. Г. А. и Мастер, П. P., ‘Проектный Daedalus: Итоговый отчет относительно ЕЩЕ РАЗ Исследование Starship’, добавляются к Журналу британского Межпланетного Общества, 31, S1-S192 (1978).
Облигация, Р. А. и Мартин, А. Р., ‘Миссии Открытого космоса Используя Продвинутые Источники Охотника и Ядерной энергии Иона, IAA-92-0229 (1992).
Bussard, Р. В., ‘Некоторые Рассмотрения Физики Магнитной Инерционно-электростатической Границы ment: Новое Понятие для Сферического Сплава Сходящегося потока’, Технология Сплава, 19, 273-293 (1991).
Cassenti, Б. Н., ‘Конструктивные соображения для Релятивистских Межзвездных Ракет, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 396-404 (1982).
Chapline, G., ‘Заводчики Антивещества?’, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 423-424 (1982).
Дизон, F., ‘Межзвездный Транспорт’, Физика Сегодня, 21, Номер 10, 41-45 (октябрь 1968).
Fearn, D., ‘Окончательная Работа Охотников Иона Gridded для Межзвездных Миссий, представленных на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Вперед, Р. Л., ‘Толчок Антивещества’, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 391 395 (1982).
Вперед, Р. Л. и Дэвис, J., Вопрос Зеркала, Wiley, Нью-Йорк (1988).
Gaidos, G., Lawlor, L., Льюис, Р. А., Scheidemantel, Т. Дж. и Смит, Г. А., ‘государственная Портативная Антипротонная Ловушка JPL/Penn’, представленный на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Gaidos, G., Льюис, Р. А., Мейер, K., Шмидт, T. и Смит, Г. А., ‘AIMStar: Антивещество Инициированный Микросплав для Предшественника Межзвездные Миссии, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1998), стр 111-114.
Genta, G. и Rycroft, M., Место, Заключительная Граница?, издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания (2003).
Фал, Р. Дж., ‘Антивещество Помогало Инерционному Толчку Сплава Заключения для Межзвездных Миссий, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 429-433 (1999).
Howe, С. Д. и Смит, Г. А., ‘Развитие Высокоплотного Хранения Антивещества’, представленный на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Hrburd, я., ‘Ядерный и Будущий Толчок Полета’, Космическая Америка, 41 (12), 62-63 (декабрь 2003).
Hyde, R., Лес, L. и Nuckolls, J., ‘Перспективы Толчка Ракеты с Лазерными Вызванными Микровзрывами Сплава, бумага AIAA Номер 72-1063 (декабря 1972).
Iannotta, B., ‘Исследование Луны Юпитера Идет Ядерное’, Космическая Америка, 42 (2), 37-39 (март 2004).
Kammash, T. и Ли, М. Дж., ‘Краткосрочная Двигательная установка Сплава для Исследования Межзвездного пространства’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по
88 ядерный выбор
[Ch. 6
Реалистические Краткосрочные Научные Космические Миссии, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 263-271.
Kammash, T. и Ли, М. Дж., ‘Двигательная установка Сплава для Краткосрочного Места Explora tion’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 351-356 (1996).
Льюис, Р. А., Смит, Г. А., Кардифф, E., Dundore, B., Fulmer, J., Уотсон, Б. Дж. и Chakra-barti, S., ‘Катализируемые антипротоном Двигательные установки Микрорасщепления/Сплава для Исследования Внешней Солнечной системы и Вне’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 251-262.
Липински, Р. Дж., Lenard, R. X., Мастер, С. A. и Запад, Дж. Л., ‘Приведенный в действие расщеплением Межзвездный Предшественник Мишен, представленный на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Более массивный, П. Ф., ‘Потребность в Расширенном Исследовании Уничтожения Антивещества вопроса для Заявлений Толчка, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 387-390 (1982).
Matloff, Г. Л. и Chiu, Х. Х., ‘Некоторые Аспекты Термоядерного Толчка’, J. Науки монеты в Сиаме Astronau-, 18, 57-62 (1970).
Miley, Г. Х., Gu, Y., DeMora, Дж. М., Stubbers, Р. А., Hochberg, Т. А., Nadler, Дж. Х. и Anderl, Р. А., ‘Особенности Разгрузки Сферической Инерционной Границы Electrostati ment (IEC) устройство’, Сделки IEE на Плазменной Науке, 25, 733-739 (1997).
Miley, Г. Х., Nadler, J., Jurczyk, B., Stubbers, R., DeMora, J., Chacon, L. и Nieto, M., ‘Проблемы для Развития Инерционного Электростатического Заключения (IEC) для Будущего Толчка Сплава’, AIAA-99-2140.
Морган, Д. Л., ‘Понятия для Проекта Ракеты Уничтожения Антивещества’, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 405-412 (1982).
Благородный, Р. Дж., ‘Радиоизотоп Электрический Толчок Sciencecraft к Внешней Солнечной системе и Почти межзвездному пространству’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1998), стр 121-125.
Rostoker, N., Binderbauer, М. В. и Monkhorst, Х. Дж., ‘Столкнувшийся Реактор Сплава Луча’, Наука, 278, 1419-1422 (1997).
Sanger, E., Космический полет: Обратный отсчет для Будущего, McGraw-холма, Нью-Йорка (1964).
Сэнковик, Дж. М., ‘Инвестиции Технологии НАСА в Электрическом Толчке: Новые Указания в Новое Тысячелетие’, NASA/TM-2002-210609 (февраль 2002).
Шмидт, Г. Р., Gerrish младший, Х. П., Мартин, Дж. Дж., Смит, Г. А. и Мейер, К. Дж., ‘Производство Антивещества для Краткосрочных Заявлений Толчка, представленных в NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Хантсвилл, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Пастух, Л. R., ‘Критерии Работы Ядерных Космических Двигательных установок, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 328-335 (1999).
Шмэтов, М. Я., ‘Космические Двигательные установки, Использующие Воспламенение Микровзрывов Отдаленными Микровзрывами и Некоторыми Проблемами, Связанными с Воспламенением Микровзрывов Микро взрывами, Журнал британского Межпланетного Общества, 53, 62-72 (2000).
Solem, Дж. К., ‘Медуза: Ядерный Взрывчатый Толчок для Межпланетного Путешествия’, Журнал британского Межпланетного Общества, 46, 21-26 (1993).
Секунда. 6.6]
Библиография 89
Валпетти, G., ‘Толчок Антивещества для Исследования космоса’, Журнал британского Interpla netary Общество, 39, 391-409 (1986).
Winterberg, F., ‘Толчок Ракеты Термоядерными Микробомбами, Зажженными с Интенсивными Релятивистскими Электронными лучами, Raumfahrtforschung, 15, 208-217 (1971).
Winterberg, F., ‘Толчок Ракеты Организованными Термоядерными Микровзрывами, Журнал британского Межпланетного Общества, 30, 333-340 (1977).
Zito, Р. Р., ‘Криогенное Заключение Антипротонов для Космических Двигательных установок, Журнал британского Межпланетного Общества, 35, 414-421 (1982).

7
21-ое столетие starflight
Смотря из городов сдержанного размера и обширных охотничьих угодий, которые могут быть нашим будущим на этой планете, молодежь будет мечтать, что, когда они выращены, если они очень удачливы, они поймают вечерний фрахт к звездам.
Карл Сэгэн, Космическая Связь (1973)
К концу 21-ого столетия у нас будут imaged Подобные земле планеты (если эти миры будут существовать), вращение вокруг соседних звезд, и наши исследования достигнут heliosphere, и по крайней мере, внутренние края Облака Oort.
Толчок расщепления вероятно будет неспособен к переносу людей к этим подзывающим новым мирам; пульс сплава может остаться политически и социально непризнать, что способный, солнечный парусный спорт является слишком медленным и слишком дорогое антивещество. Это будет временем обширного изменения на Земле как наши популяционные пики, и национальные государства начинают уступать истинной глобальной цивилизации. Какая-нибудь надежда, тогда, для двигательной установки, которая могла взять по крайней мере несколько человек к пригодным для жилья мирам, вращающимся вокруг соседних звезд, на миссиях, которые начинаются в конце 21-ого столетия?
Как это случается, есть один едущий звезду подход, который может стать выполнимым к середине столетия. Иллюстрация 7.1 представляет различные аспекты этого подхода - парусный спорт направленной энергии. Солнечная приведенная в действие станция расположена ближе к Солнцу чем starship. Солнечные коллекторы сосредотачивают солнечный свет на солнечном накачанном проекторе луча, приложенном ко множеству солнечного коллектора. Лазерный луч или пучок частиц произведены электростанцией. Это направлено на отдаленный starship с показанным углом расхождения луча. starship, который состоит из полезного груза, приложенного к sailcraft, ускоряется к его скорости круиза обменом импульсом с посягающим лучом.
Поскольку starship приближается к звезде предназначения, он применяет магнитное поле (или magsail) для первой стадии замедления. magsail отражает межзвездные ионы, действуя как магнитный dragbrake. Для заключительной стадии замедления ремесло замедляет к планетарным скоростям, используя солнечный парус, направленный на звезду предназначения. У подобных магнитных методов может быть заявление в изменении относящегося к космическому кораблю направления в
92 21-ых столетия starflight
[Ch. 7
Солнце
О
Ускорение
Угол расхождения луча

Ремесло паруса ускорялось, посягая луч
Фотон проектора луча или пучок частиц
Замедление
Скорость Starship I
	Cp2>
Starship с
magsail
развернутый
Пути межзвездных ионов размышляли magsail областью
О
Звезда предназначения
Замедление Starship отражением межзвездного иона
Иллюстрация 7.1. Аспекты парусного спорта направленной энергии.
межзвездное пространство без заявления толчка и даже к поставке бортовой власти во время межзвездной фазы круиза.
Для ускорения фотоны лазерного луча несут меньше импульса, чем делают ускоренные частицы, и следовательно менее эффективны. Поскольку ускоренные частицы вообще электрически заряжены, расхождение луча пучков частиц будет больше чем тот из лазерных лучей. Методам предложили уменьшить расхождение луча и лазера и пучков частиц.
Другое средство увеличивающегося обмена импульса луча к парусу было раскрыто в поддержанных НАСА направлено-микроволновых экспериментах Benford и Benford (2002). Названный 'десорбцией', этот подход обращается к факту, что гальваностереотип, магнитный (ИХ) луч власти или интенсивный солнечный свет, может заставить материалы, покрытые на парусе или в парусе 'выпаривать' в высоких скоростях, таким образом передавая толчок.
7.1	LASER/MASER ПРИПЛЫВАЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Возможно, потому что методы пучка частиц имеют военное значение в ракетных оборонных схемах, больше исследования было издано на оптическом лазерном или микроволновом лазере (maser) заявление к относящемуся к космическому кораблю ускорению. Эта работа наклоняется в большой степени после исследований станций солнечной энергии (СВЕРХЗВУКОВЫХ) в месте, которые излучают энергию к Земле
Секунда. 7.1]
Laser/maser приплывающие основные принципы 93
микроволновые лучи. Даже у раннего СВЕРХЗВУКОВОГО есть потенциал, чтобы ускорить nanominia turised исследование к представительным межзвездным скоростям.
Мы могли бы вместо этого полагать, что группа простых отражателей, вращающихся вокруг Солнца сосредоточила солнечный свет непосредственно на отдаленном оборудованном парусом starship и таким образом избежала трудностей, врожденных от проектирования laser/maser на основе высоких технологий или проектора пучка частиц. Но Солнце - источник с конечной степенью вместо того, чтобы быть объектом пункта. Как обсуждено Matloff (1996), межзвездное заявление таких легких концентраторов будет поэтому вероятно очень ограничено.
Вместо этого мы считаем солнечное множество с радиусом Rarray направлением его света в лазер (или maser). Собранный солнечный свет мог бы сначала быть преобразован в электричество, или альтернативно это могло бы использоваться непосредственно, чтобы накачать лазер. Эффективность преобразования солнечного света в коллимировавший ИХ радиационный луч является elas. Если разделение между Солнцем и солнечной накачанной лазерной электростанцией - Rsl au в Астрономических Единицах, мы можем оценить лазерную власть, используя 1996 формализм Matloff и Гончара (1996):
Plaser „2 ^las ^R выстраивают W	(7-1)
sl, au
где Rarray - радиус множества сбора (формы диска) в метрах, и 1 400 Wm2 - солнечное сияние на объекте 1 AU от Солнца, ориентируемого так, чтобы солнечный свет был нормален к объекту. Лазерная электростанция может быть поднята светом в постоянном положении между Солнцем и starship, вращаясь вокруг Солнца или в параболической солнечной орбите после starship на более медленной скорости.
Если весь лазерный свет - инцидент на полностью непрозрачном парусе starship, ускорение межзвездного космического корабля зависит от паруса reflectivity к лазерному лучу, REFsail, массе судна в килограммах, госпоже, власти лазерного луча, и скорости света с в метрах в секунду, в манере, аналогичной ускорению солнечного паруса, как рассмотрено в Главе 4:
ACC	-(1 + REFsail) P миллисекунда 2	("7 O'!
ACClaser-парус	М. С P laserms	(7-2)
В случае частично передающих парусов (как рассмотрено позже в этой главе), фактор (1 + REFsail) в уравнении (7.2) будет заменен ABSsail + 2REFsail. Где ABSsail - парус фракционное поглощение, как обсуждено в Matloff (1995).
Как обсуждено во многих ссылках, включая Matloff и Гончара (1996), углом расхождения лазерного луча управляет критерий Рэлея. Мы можем связать лазерную длину волны Alaser в метрах к диаметру передающей лазер оптики в Научном-работнике-tran метров, и разделения в метрах между лазерной электростанцией и Dlas-судном starship, max, в котором лазерный луч полностью заполняет парус (формы диска) радиусом Rsail:
2-44Alaser _ 2Rsail	(7 3)
Судно научного работника Научного-работника-tran, max
Ускорение Starship может продолжиться для разделений лазерного судна, больше чем Судно научного работника, max, хотя за льготный тариф. Для больших разделений, starship ускорение будет меняться в зависимости от обратного квадрата расстояния электростанции.
94 21-ых столетия starflight
[Ch. 7
Давайте исследуем, как мы можем проектировать межзвездное пересекающее под парусом свет исследование, используя уравнения (7.1), (7.2) и (7.3). Во-первых, предположите, что лазерная электростанция 'оставлена' между Солнцем и исследованием в постоянном положении (от starpro-be’s точка зрения) 0.1 AU от центра Солнца. Если лазерная эффективность 0.3, и солнечный радиус сбора множества составляет 100 м., решение уравнения (7.1) показывает, что власть в лазерном луче - приблизительно 1.3 x 109 W.
Если парус reflectivity 0.9, и полная масса исследования составляет 50 кг, замена этих ценностей и вышеупомянутой ценности для власти луча в уравнении (7.2) урожаи ускорение 0.16ms-2, или о 0.017g. Начинаясь с отдыха и ускоряющийся по этой норме в течение двух лет, исследование достигает предельной скорости приблизительно 107 s-', или 0.035 с. Приблизительно через 125 лет это исследование достигнет Centauri. Принимая постоянное ускорение, средняя скорость исследования во время двухлетнего периода ускорения будет приблизительно 0.0175 с. Расстояние исследования от Солнечной системы (Судно научного работника, max) составит приблизительно 0.035 световых года, или 3.15 x 1014 м. в завершении операции лазерного луча, предполагая, что луч полностью заполняет парус в конце ускорения лазерного луча.
Предположите затем, что парус состоит из алюминия 25 нм толщиной и имеет массу 27 кг. Область этого паруса (вычисленный, деля массу паруса продуктом плотности паруса и толщины) является 4 x 105m2. Принимая конфигурацию паруса диска, радиус паруса исследования, Rsail, составляет приблизительно 350 м.
Если мы затем принимаем желто-зеленый лазер с длиной волны Alaser 0.5 ^ (5 x 10-7m) и замена в уравнение (7.3), мы находим, что, чтобы полностью заполнить парус радиуса на 350 м. на расстоянии 3.15 x 1014 м. с лазерным лучом, диаметр лазерного луча, передающего оптику (Научный-работник-tran), составляет приблизительно 550 км.
Осуществление 7.1. Дисперсия луча фотона является низшей в более длинных длинах волны, который затрагивает межзвездную коммуникацию так же как исследования толчка луча. Примените уравнение (7.3), чтобы оценить, насколько больший передающая оптика должна быть, чтобы полностью заполнить парус радиуса на 350 м. на расстоянии 0.035 световых годов от Солнца, если 1^m или 10^m инфракрасный свет передан лазером.
1.3 x 109-W власти луча, требуемые поставить 27-килограммовый полезный груз Centauri приблизительно через 125 лет, приближают выходную мощность большой земной станции электроэнергии. Заявление излучения власти фотона к ускорению истинного starships на односторонних межзвездных поездках будет равняться или превышать текущую земную способность производства электроэнергии (приблизительно 1013 W).
В отличие от более медленного солнечного паруса starships, которые заканчивают их ускорение в относительно короткий промежуток времени, лазерные паруса должны быть выставлены случайным воздействиям межзвездной пылью в течение многих десятилетий. Landis (1999) сообщил, что эрозия пыли межзвездных легких парусов может менее чем ранее ожидаться.
Осуществление 7.2. В 1975, Эдвард Джилфиллэн младший оценил нетопливную массу очень минимального межзвездного ‘судна поколения’, или ковчег (был членом экипажа примерно до 20 человек),
Секунда. 7.2]
Замедление Starship, используя magsail 95
приблизительно в 65 000 кг. Если парус и связанная структура приносят межзвездную массу ковчега до 100 000 кг, оценку, от вышеупомянутого примера, власть лазерного луча, требуемая поставить это ремесло Centauri через 125 лет. Как это требование власти сравнивается с текущей земной оценкой поколения электроэнергии? Используя лазерную эффективность и положение, используемое в примере, насколько большой размер солнечного множества сбора для лазерной электростанции? Если Вы оцените радиус 35 000 кг, алюминиевый парус 25 нм толщиной от вышеупомянутого примера, то Вы будете видеть, что больший парус starship приводит к уменьшенному размеру для передающей лазер оптики.
Но есть одна большая проблема с заявлением технологии луча власти к истинному межзвездному полету. Перефразировать Zubrin (1999), замедляя использование власти - одни только лучи - очень, очень трудно в принципе, и возможно невозможный практически.
7.2	ЗАМЕДЛЕНИЕ STARSHIP, ИСПОЛЬЗУЯ MAGSAIL
Потенциальный метод starship замедления, которое не напрягает пределы обманной временной технологии, действительно, однако, существует. Принцип этого устройства - форма магнитного торможения назвала ‘magsail’, - иллюстрирован в иллюстрации 7.2.
magsail получен от ранних подходов до коллекции топлива для межзвездных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, которые описаны в следующей главе. В 1974, Matloff и Fennelly предположили, что магнитное поле, произведенное соленоидом сверхпроводимости, могло простираться для тысяч километров в межзвездной среде. Движение по спирали вокруг судна произвело линии магнитного поля, межзвездные ионы приблизятся к судну близко. Но Matloff и Fennelly были неспособны закончиться, будут ли ионы собраны в совок или размышляли назад в космос.
В 1990 это понятие было повторно исследовано Эндрюсом и Zubrin. Используя sophis ticated машинные коды, они продемонстрировали, что solenoidal область будет иметь тенденцию отражать, что межзвездные ионы elastically, замедляя судно линейным импульсом подставляют servation. Их анализ также показывает, что простое супертекущее кольцо выше как тормозящий механизм соленоида сверхпроводимости.
magsail принцип работает следующим образом. Линии магнитного поля появляются из супертекущего кольца, как показано в иллюстрации 7.2. Межзвездные ионы двигаются по спирали вокруг полевых линий, и поэтому приближаются к starship. Близко к starship произведенные линии магнитного поля magsail настолько близко друг к другу, что создан магнитный эффект зеркала. Ионы отражены назад в космос, в направлении starship скорости, и космический корабль замедляет.
В межпланетном пространстве эффективный полевой радиус magsail - приблизительно десять раз свой физический радиус. Масса magsail может быть оценена, используя уравнение (9) из Zubrin и Эндрюса (1989):
Mmag = 2^Rmag	(7.4)
y пополудни, mag
96 21-ых столетий starflight
[Ch. 7

Суперпоток
руководство
Относящееся к космическому кораблю скоростное руководство
Относящаяся к космическому кораблю иллюстрация 7.2 руководства замедления. magsail как межзвездный механизм торможения.
где Rmag - физический радиус magsail,/mag - magsail суперпоток, и
J,
пополудни, mag
, текущая/массовая порция плотности magsail в amp-м. кг.
Получить выражение для magsail вызвало замедление DECmag, мы затем изменяем уравнение (10) из Zubrin и Эндрюса (1989), чтобы включать отношение magsail массы, чтобы отправить массовый М.:
ДЕКАБРЬ
mag
0.59 M/Spfn v;
Комната
mag
0.33
J,
М.
mag
, м., mag
М.,
(7.5)
где ^ - проходимость свободного места (4 ^ x 10~7 N amp2), булавка - межзвездное - плотность массы иона, и V, является скоростью судна. Интеграция уравнения (7.5) урожаи нерелятивистское выражение для скорости судна Vmag во время t во время magsail decelera tion как функция скорости судна во время межзвездного Видеомагнитофона круиза, в начале magsail замедления:
3
Vmag
1
0.197
R
2 Rmag
mag
0.33
, м., mag
Mmagt
М.,'
V
0.33
(7.6)
Секунда. 7.2]
Замедление Starship, используя magsail 97

Иллюстрация 7.3. Типичный magsail профиль замедления. Замедление обозначено как фракции поверхностной силы тяжести Земли; скорость обозначена как фракции скорости света.
От Zubrin и Эндрюса (1989), magsail масса = 8.7 x 104 кг и magsail суперпоток = 159 kiloamperes. Если мы принимаем отношение массы потока/плотности 5 x 106 amp-mkg-1, компромисс между Zubrin и Эндрюсом краткосрочные и оптимистические проектирования, уравнения (7.4) урожаи magsail физический радиус приблизительно 420 км.
В операции эффективный magsail физический радиус будет уменьшен из-за потребности, чтобы сохранить суперпоток, чтобы дать компенсацию за изменения в межзвездной плотности иона. Так как это могло бы быть сделано, противопроветривая некоторые катушки к главному magsail, мы предполагаем, что Rmag уменьшен до 120 км. Выбирая консервативную ценность местной межзвездной средней плотности иона (0.05 протона cm3, от Matloff и Fennelly (1974)), и принимая полную массу судна 3.8 x 105 кг, мы можем решить уравнения (7.5) и (7.6).
Иллюстрация 7.3 представляет magsail профиль замедления для параметров, описанных выше, и межзвездная скорость круиза 0.03 c, полученных решением уравнений (7.5) и (7.6). Судно требует, чтобы приблизительно 50 лет замедлили от 0.03 c до 0.0022 c, во время которого времени оно пересекает приблизительно 0.46 световых года. Замедление от 0.03 c до 0.001 6 c требуют приблизительно 60 лет, в течение которого времени судно пересекает приблизительно 0.48 световых года. Замедление от 0.04 c добавляет только несколько лет к decelera tion процесс.
Отметьте, что magsail замедление намного более эффективно в высоких скоростях. По этой причине предельная стадия starship замедления будет использовать легкий парус, направленный на целевую звезду, как описано в предыдущей главе. Вышеупомянутый анализ может, однако, фактически недооценить magsail работу, так как magsail мог быть указан в
98 21-ых столетий starflight
[Ch. 7
солнечный ветер звезды предназначения, таким образом увеличивая ее работу. Кроме того, могли бы быть ионизированы нейтральные межзвездные атомы, сталкивающиеся с быстро изменением magsail магнитное поле.
Как рассмотрено Петухами и др. (1997), много внутренних заявлений Солнечной системы сверхпроводимости magsails были предложены. Но как обсуждено Валпетти и Pecchioli (1991), они могут быть трудными осуществить, потому что современные проводники высшего качества, которыми управляют в пределах орбиты Марса, имеют тенденцию ‘идти нормальные’ и терять проводимость высшего качества, если массивное тепловое ограждение не используется.
7.3	ПРЕВРАЩЕНИЕ THRUSTLESS
Некоторые из самых ранних бумаг, имеющих дело с излученным фотоном космическим полетом, размышляли некоторая форма маневров thrustless, используя межзвездное магнитное поле. Они позволили бы судно кругу назад и повторно вошли бы в плохо коллимировавший луч, или даже служили бы способом аварийного прекращения работы, чтобы возвратить неудавшуюся межзвездную миссию Солнечной системе без больших топливных расходов.
Иллюстрация 7.4 представляет заявление межзвездного превращения thrustless. starship едет через межзвездное магнитное поле. Электростатическое обвинение или магнитное поле на космическом корабле изменят траекторию ремесла без изгнания топлива. В постоянном межзвездном магнитном поле космический корабль будет следовать за круглой траекторией.
Самые ранние подходы к thrustless, который превращение в литературе Вперед (1964) и Norem (1969), оба из которых рассмотренный превращением Lorentz-силы гальваностереотипа статически заряжали космический корабль. В этом подходе, starship с массой круизы госпожи через постоянное межзвездное магнитное поле с интенсивностью Bism. Скорость космического корабля относительно линий магнитного поля - Vsrm, и чистое электрическое обвинение gnet несет космический корабль (возможно произведенный распадом радиоактивных изотопов). Так как сила Lorentz и центростремительная сила будут равны:
Qnet Vsrm x висмуты
изм

srm
(7.7)
Траектория Starship под влиянием превращения thrustless

D
 Начальная буква starship
траектория
Солнце

О
Звезда предназначения

Межзвездные линии магнитного поля
Иллюстрация 7.4. Заявление thrustless превращение, чтобы изменить траекторию starship.
Секунда. 7.3]
Thrustless превращение 99
где Vsrmper - скоростной компонент относящегося к космическому кораблю перпендикуляра к местному межзвездному магнитному полю, Restr - электростатический радиус превращения космического корабля, и межзвездное магнитное поле, как полагают, приблизительно перпендикулярно скоростному вектору космического корабля. Перестраивая уравнение (7.7), мы находим:
М. V2
Restr = TTVr	(7.8)
^net Bism
Осуществление 7.3. starship с массой 5 x 106 кг путешествует через межзвездную среду со скоростью 0.02 c. От Pikel’Ner (1968), величина межзвездного магнитного поля в Галактической близости Солнца - приблизительно 5 x 10~10 webersm2. Если судно несет чистый электрический заряд 5 x 106 кулонов, что является электростатическим радиусом превращения от уравнения (7.8). Чтобы повернуться через угол 180 °, судно пересекает половину окружности круга с радиусом Restr. В скорости судна 0.02 c, сколько времени обязано заканчивать 180 ° thrustless поворот?
Суда разумного размера потребуют, чтобы огромные электростатические обвинения закончили превращение маневров в течение десятилетий. Одно препятствие использованию таких огромных чистых обвинений - экранирование Debye-Huckel, описанное в Джексоне (1962). Межзвездные ионы с обвинениями напротив космического корабля будут привлечены от больших расстояний, таким образом уменьшая эффективное относящееся к космическому кораблю обвинение. Заявление теории Debye-Huckel к этой ситуации нетривиально из-за высокой скорости starship и незначительной плотности иона межзвездной среды. Электродинамическое превращение предложено как возможная альтернатива электростатическому превращению.
Подход к электродинамическому превращению thrustless был представлен Matloff и др. (1991). Как показано в иллюстрации 7.5, однонаправленный супертекущий лист сначала создан, частично ограждая петлю сверхпроводимости или соленоид с внешним слоем сверхпроводника, через который не может проникнуть межзвездное магнитное поле. Если
Область петли

Иллюстрация 7.5. Один подход к thrustless электродинамическому превращению требует частично вложенного в ножны сверхпроводника. Межзвездное магнитное поле, как предполагается, перпендикулярно длине петли и суперпотоку. Внутренние и внешние щиты сверхпроводимости обозначены расплющенными линиями.
100 21-ых столетий starflight
[Ch. 7
поток в петле сверхпроводимости или соленоиде - i1oop, и длина петли - Lloop (как показано в иллюстрации 7.5), магнитная сила ^looPjmag заставляет петлю поворачиваться через круглую траекторию в (постоянном) межзвездном магнитном поле:
Госпожа 2
■ ^loop, mag iloopLloop x Bism - iloop^loopBism - R Vsrm
(7.9)
Rmtr
где Lloop приблизительно перпендикулярен межзвездному магнитному полю, и Rmtr - радиус магнитного поворота. Перестановка уравнения (7.9) урожаи следующий результат для магнитного радиуса поворота:
М. Против
Rmr-.; VsrmR	(7.10)
iloop Lloop^ism
Чтобы оценить разумные ценности для параметра iloop Lloop в уравнении (7.9), Matloff и др. (1991) применял анализ к соленоиду луга суперповедения тонкой пленки, такому как исследованное Matloff и Fennelly (1974) в случае солнечного паруса starship разработанный, чтобы использовать thrustless превращение, чтобы сделать многократные проходы Солнца. Они использовали стандартные вычисления мембранного напряжения, и предполагали, что повторно свернутый кабель и парус могли быть использованы, чтобы дать компенсацию за магнитное напряжение обруча во время поворота thrustless. Для массы полезного груза 5 x 106 кг и полной массы судна 3.5 x 107 кг, ценность, вычисленная для кг текущей длины 1, является приблизительно 1.5 x 106 amp-metrekg-1. Это привело к ценности для продукта iloop Lloop приблизительно
1.1	x 1014 amp-метровый. Использование более консервативного приближения оптового сверхпроводника Zubrin и Эндрюса (1989) привело к ценности iloop Lloop приблизительно на 50 % ниже чем упомянутая выше ценность.
Осуществление 7.4. Для относящейся к космическому кораблю массы iloop Lloop ценность, процитированная выше и межзвездная сила магнитного поля, используемая в Осуществлении 7.3, вычислите превращение радиуса и время для 180 ° электродинамических поворотов thrustless starship, перемещающимся в 0.005 c.
Летом 2000, Джеффри Лэндис Института Космоса Огайо выражал серьезные проблемы Matloff относительно окончательной выполнимости производства однонаправленного электрического тока, используя частично вложенный в ножны сверхпроводник. Электростатические методы или электродинамические привязи могут быть лучшим выбором для этого заявления.
7.4	ПЕРФОРИРОВАННЫЙ ЛЕГКИЙ ПАРУС ОПТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
Один метод увеличения работы легкого паруса должен использовать thrustleness превращение, чтобы сделать многократные проходы через лазерный луч или Солнцем. Другой подход должен уменьшить массу паруса в максимально возможной степени. Базирование его работы на неопубликованные результаты
Секунда. 7.4]	Перфорированный легкий парус оптическая теория 101
^mesh
z
7

/
7

/

/1
1

V

/1
Я

V

f
2Smesh	^mesh
Иллюстрация 7.6. Перфорированный солнечный парус построен из прямоугольных проводов.
Почетный гражданин Дизон, в 1985 Роберт Форвард предложил, чтобы один возможный метод большого сокращения света пересек под парусом массу.
Этот метод, названный ‘перфорированным легким парусом’, иллюстрирован в иллюстрации 7.6, показывая петлю, построенную из прямоугольных проводов проведения. Параметры петли включают толщину провода петли zmesh, ширина провода петли 2amesh и параметр gmesh, который равняется 2amesh + проводное разделение.
Matloff (1995) представил теорию петли оптические свойства, основанные на подходе в Driscoll и Вогэне (1978). Эта теория применяется, если прямоугольная проводная поперечная частная окружность, Mmesh, определена как 8amesh и если петля удовлетворяет следующие условия:
легкая длина волны »2#mesh> ^flWsh flmesh> глубина кожи (<5skin)
^mesh / ^ поймали в сети ^ 1
Для петель, которые удовлетворяют эти условия, поймайте в сети спектральную фракционную передачу (петля TA), спектральное поглощение фракции (AAmesh) и спектральный фракционный коэффициент отражения (петля Ра) в длине волны A могут быть связаны:
A
~ 4£mesh f r,„„ / ^^ поймали в сети ^ 1
петля - A2	К-Jjj
2£meshRA, петля / C \^
2
A, петля -
^mesh \^meshA
(7.11)
102 21-ых столетия starflight
[Ch. 7
Стол 7.1. Фракционный спектральный коэффициент отражения, поглощение и передача алюминия перфорировали легкий парус с gmesh = 150 нм, amesh = 15 нм, и a1/2 = 3.05 x 10-8s-05.
От Matloff (1995).
A
^A, петля
AA, петля
TA, петля
0.4 ц
0.22
0.10
0.68
0.5
0.50
0.20
0.30
0.6
0.65
0.24
0.11
0.7
0.75
0.25
0.00
где с - скорость света, и ^mesh - проводимость провода петли во взаимном
секунды. Для теории применить, 1 - TA, ~ РА петли, петля начиная с РА, петли> AA, петля -
Как обсуждено в Джексоне (1962), для хорошего проводника, такого как никель комнатной температуры, ^mesh «10-17 s-1. Также от Джексона, глубина кожи (6skin) пропорциональна инверсии квадратного корня частоты ИХ радиационный инцидент на петле. Джексон заявляет, что для частот 60 гц и 108 гц соответственно, глубина кожи составляет приблизительно 0.85 см и 0.71 x 10-4cm для меди. Для видимого света с частотой приблизительно 6 x 1014 гц глубина кожи составляет приблизительно 3 нм. В 2003, ре Matloff исследовало оптическую теорию паруса перфорированного света. Общее выражение для глубины кожи = [7r (c/A) ^/s^mesh]-1/2. В этих отношениях ценности ^mesh во взаимные секунды должны быть преобразованы в единицы МО/МЕТРА, деля их 9 x 109.
Matloff (1995) сравненные предсказания с измерениями для петли, описанной Renk и Genzel (1962) для 100-250^m инфракрасного света. Соглашение между теорией и экспериментом было довольно близко - с теорией, недооценивающей коэффициент отражения в низких длинах волны. Теоретические значения для спектральной фракционной поглощательной способности были вообще в два - три раза больше чем соответствующие наблюдаемые значения.
По общему признанию, теория, представленная здесь для оптической работы перфорированного легкого паруса, является приблизительной и ограничительной. Пока лучшая теория не издана, спектральная передача и результаты отражения, представленные в Столе 7.1 для образца, перфорировали парус, от Matloff (1995), должен рассматриваться как очень приблизительный.
Однако, от этих результатов петля, которую рассматривают, более рефлексивна для красного света чем для синего света. Каждый может легко длина волны составлять в среднем эти оптические параметры с относительной кривой излучаемости абсолютно чёрного тела Солнца, чтобы определить оптическую работу перфорированного солнечного паруса в солнечном свете.
Рассматривая работу частично передающего легкого паруса, reflec tivity фактор для непрозрачного легкого паруса ((1 + Reflectivity)/2) должен быть заменен выражением ((Поглотительная способность + 2 x Reflectivity)/2). От Вольфа (1965), излучаемость для ненепрозрачного или передающего легкого паруса (см. более раннее обсуждение по солнечным парусам для получения дополнительной информации об излучаемости) может быть определена как:
	 (1 Ttrans, парус) (1 Rtrans, парус)	(n 1
^trans, парус	1 T	r	(7,12)
1	T сделка, sailRtrans, парус
где нижняя ‘сделка, парус’, приложенный к символам для излучаемости, передачи и отражения, обозначает частично передающий парус.
Секунда. 7.5]
Линза Френели: метод улучшающейся коллимации лазерного луча 103
Перфорированные легкие паруса, действительно кажется, приводят к существенным усовершенствованиям работы, при сравнении с их неперфорированными копиями. Один результат Мэтлоффа (2003) анализ был довольно строгой демонстрацией, что алюминиевая петля с gmesh = 150 нм и omesh = 7.5 нм может использоваться как солнечный парус, чтобы спроектировать 106-килограммовый полезный груз к Centauri на 1376-летней траектории. Оптимальный радиус паруса составляет 400 км, пиковое ускорение составляет 1.87 г, и расстояние перигелия первоначально параболической солнечной орбиты - 0.044 AU. Полная относящаяся к космическому кораблю масса (парус + полезный груз + кабель) составляет приблизительно 1.1 x 107 кг. Таким образом гораздо больше теоретической и экспериментальной работы может с пользой быть посвящена этому предмету. Нанотехнологии могут быть развиты, чтобы построить эти структуры. Как обсуждено Передовым (1985), очень-обедня-без-пения interstel lar исследования возможна, если мы можем построить перфорированные легкие паруса из материала, который может также служить электронными устройствами.
7.5	ЛИНЗА ФРЕНЕЛИ: МЕТОД УЛУЧШАЮЩЕЙСЯ КОЛЛИМАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА
В 1984, Роберт Форвард предложил, чтобы другая концептуальная техника улучшила работу межзвездного лазерного паруса. Как показано в иллюстрации 7.7, Вперед поместил бы тонкую пленку преломляющий оптический элемент - линза Френели - между лазером и starship. Если положение этих трех оптических элементов (лазер, линза и starship) может быть точно поддержано в течение многих десятилетий или столетий (значительная задача!), световые годы отдаленному starship можно было подарить очень хорошо коллимировавший луч, на расстоянии, измеренном в световые годы. Отправьте предложил 1-^ длин волны солнечный накачанный лазер (возможно в орбите Ртути), с лазерной коллимацией таким образом что 500-километровый радиус
Лазер
Линза
О
Лазерный луч
Starship
: §
Хорошо коллимировавший луч
Солнце
Тонкая пленка линза Френели состоит из чередования концентрических колец пластмассового и пустого места
Иллюстрация 7.7. Линза Френели во внешней Солнечной системе может направить лазерный луч к легким световым годам паруса от Солнца.
104 21-ых столетия starflight
[Ch. 7
Линза зоны френели в 15 AU (приблизительно 2.25 x 10 км) от лазера полностью заполнена лазерным лучом.
Космическая линза зоны Френели была бы построена, используя концентрические кольца пластмассы тонкой пленки, отделенной кольцами пустого места. Число зон в линзе Френели (NZfl) может быть оценено, используя уравнение (18) из Передовых (1984):
r2
NZf1 = fA	(7.13)
то, где Rjj - радиус линзы Френели, является центральной длиной линзы Френели, и A - длина волны лазерного света.
Если радиус линзы составляет 500 км и линза, центральная длина - 15 AU, зоны на приблизительно 110 000 френелей требуются для 1^m лазерный свет. Хорошо коллимировавший луч от линзы полностью заполнил бы 500-километровый парус радиуса очень отдаленного starship, если лазер должен был быть помещен 15 AU от линзы, как показано.
От уравнения (19) из Передовых (1984), может быть вычислен радиус первой зоны Френели:
Rfl, 1 = (ffl A) 1/2	(7.14)
Для случая, обсужденного выше, Rf1 1 составляет приблизительно 1.5 км. Применяя уравнение (24) из Передовых (1984), интервал между внешними зонами Френели (или ширина пластмассы во внешней зоне) может быть написан как:
Sfl, „единое время = 2RT	(7.15)
Для случая, который рассматривают выше, Sflftut составляет приблизительно 2.25 м. От Передового (1984), масса пластмассы тонкой пленки, требуемой для этой линзы Френели, составляет приблизительно 5 x 108 кг.
Осуществление 7.4. Джонс (1985) предложил, чтобы maser продвигал легкий парус, выдвинутый хорошо коллимировавшим 3-m лучом микроволновой печи длины волны. Сколько зон линзы Френели требовалось бы для этой длины волны, если maser разделение линзы (линза центральная длина) является 15 AU, и радиус линзы составляет 3 000 км?
Korman и др. (1999) завершил, что даже современная тонкая пленка и надувные космические техники весьма способны к заявлению к изготовлению больших линз Френели в месте.
7.6	ПУТЕШЕСТВИЕ ТУДА И ОБРАТНО МЕЖЗВЕЗДНЫЕ РЕЙСЫ, ИСПОЛЬЗУЯ НАПРАВЛЕНО-ЛАЗЕРНЫЙ ТОЛЧОК
Отправьте (1985), имел дело с ‘Starwisp’, maser ускорял nanoprobe, в котором умная схема включает перфорированные элементы паруса, и Джонс (1985) полагал, что maser ускорял межзвездное ремесло колонизации. Starwisp незамедлен, и ремесло Джонса
Секунда. 7.7]
Межзвездный толчок пучка частиц 105
потребовал бы magsail или некоторого другого метода для замедления. Но как Norem (1969) указанный и Передовой (1984) обсужденный, есть по крайней мере два возможных способа провести путешествие туда и обратно межзвездные поездки, используя лазерные лучи и легкие паруса.
Norem (1969) сначала ускорил бы его легкий парус, используя лазерный луч и направил бы космический корабль мимо целевой звезды. Тогда, он использовал бы thrustless превращение в межзвездном магнитном поле так, чтобы starship изменил направление 180 °. К decele норме ремесло маневрировало бы еще раз в луч, на сей раз двигая Солнце. К тому времени, когда это еще раз вошло в солнечную систему предназначения, ее скорость относительно целевой звезды будет нолем. Чтобы возвратить его ремесло Земле, Norem сначала ускорил бы ремесло еще раз в луч. После того, как межзвездная скорость круиза достигнута, thrustless превращение снова использовался бы, чтобы переадресовать ремесло 180 ° так, чтобы это поехало к Земле. Приближаясь к нашей Солнечной системе, ремесло Норема снова вошло бы в луч, чтобы быть замедленным к тому времени, когда это достигает Земли.
Отправьте (1984), начал бы многоступенчатый легкий парус от Солнечной системы, и сначала ускорил бы это к межзвездной скорости круиза лазерным лучом. Приближаясь к системе звезды предназначения, парус разделил бы на две секции. Больший и ведущий парус действовал бы как зеркало, чтобы отразить лазерный луч на меньший парус starship для замедления. После завершения их миссии starship команда переадресовала бы их ремесло в луч, отраженный от большего паруса зеркала, который к настоящему времени мог бы быть отдаленными световыми годами. Этот отраженный луч ускорил бы их ремесло назад к Земле. Приближаясь к Солнечной системе, парус starship был бы ре входить в лазерный луч для замедления.
Само собой разумеется, оба подхода чрезвычайно требовательны с точки зрения цели луча и коллимации и starship manoeuving. Даже если технические проблемы могут быть решены, путешествия туда и обратно к даже самым близким звездам займут столетия для разумных полномочий луча и отправят массы.
Другие исследователи предположили, что мы могли уменьшить власть луча, требуют ments при использовании энергии лазерного луча нагреть рабочую жидкость вместо импульса луча. Нерелятивистский лазер нагрелся, межзвездные ракеты были предложены Цветущим растением (1967); релятивистская обработка лазера нагрелась, межзвездные ракеты был издан Джексоном и Whitmire (1978); и Kare (2000) рассмотрел применение этого подхода к краткосрочным межзвездным исследованиям предшественника. (Чтобы рассмотреть не - релятивистский kinematics лазера нагрел межзвездно-электрическую ракету, обратиться к Секции 4.2, и заменить Солнце лазером как источник энергии.)
Whitmire (1977) и Джексон (1977) также издал релятивистскую обработку нагретого межзвездного прямоточного воздушно-реактивного двигателя лазера. Нерелятивистская обработка kinematics этого ремесла представлена в Главе 8. Так как частицы исчерпали от ракет, и у прямоточных воздушно-реактивных двигателей есть намного более высокий линейный импульс, чем делают фотоны, власть луча была бы ниже чем для лазерного парусного ремесла. Но рассматривая миссии путешествия туда и обратно, коллимация лазерного луча и цель были бы столь стимулирующими!
7.7	МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ТОЛЧОК ПУЧКА ЧАСТИЦ
Другое изменение на теме направленного толчка должно заменить аппарат лазерного луча лучом заряженной частицы, ускоренным солнечной энергией, как предложено
106 21-ых столетий starflight
[Ch. 7

Частицы размышляли
Космический корабль
Космический корабль
ускорение
от космического корабля
Иллюстрация 7.8. Ускорение межзвездного космического корабля импульсом переходит от ускоренного пучка частиц.
Певцом (1979). Как показано в иллюстрации 7.8, относящееся к космическому кораблю ускорение было бы произведено передачей импульса с пучка частиц на космический корабль.
Belbruno и Matloff (1993) рассмотренный заявлением излучения частицы к тонкой пленке - межзвездные исследования, и Matloff (1996) далее исследовали нерелятивистскую работу такого ремесла в его газете ‘Robosloth’.
Исследование Robosloth-типа, как предполагалось, было космическим кораблем тонкой пленки, первоначально развернутым близко к Солнцу и ускоренный солнечным парусом приблизительно к 0.005 c, на траектории, которая потребует, чтобы приблизительно 900 лет достигли Centauri. Ремесло тогда вставлено в пучок частиц (прежде, чем или после солнечного прохода), который увеличивает его межзвездную скорость круиза. От Мэтлоффа (1996) бумага Robosloth, изменение в скорости судна AVS может быть связан со скоростью пучка частиц, Vbeam:
где Mpart - полная масса пучка частиц, MS - относящаяся к космическому кораблю масса, и ^mte - эффективность передачи импульса. Для полностью упругого соударения, ^mte = 1; ^mte = 0.5 для полностью неупругого столкновения. Так как направленные частицы электрически заряжены, заряженная ‘пластина отражения’, приложенная к межзвездному космическому кораблю, должна привести к очень упругим соударениям.
Для ^mte = 0.95, Vbeam = 0.012c, общее количество starprobe масса 100 кг и полная масса направленной частицы 73 кг, ударяющих космический корабль, уравнение (7.16) может быть решено, чтобы получить относящееся к космическому кораблю скоростное приращение 0.007 c. Полная энергия луча о

2 Mpart
2Mmte ~ГГ ~
(7.16)
5 x 1014 J.
Осуществление 7.5. Оценочное относящееся к космическому кораблю скоростное приращение и энергия луча для того же самого космического корабля и масс луча и скорости луча, если эффективность передачи импульса уменьшена до 0.7.
Секунда. 7.8]
Библиография 107
Одна проблема со схемами передачи импульса пучка частиц - факт, что лучи заряженной частицы намного более плохо коллимируются, чем лучи maser или лазер. Один способ улучшить коллимацию луча, как предложено Belbruno и Matloff (1993), состоит в том, чтобы ускорить массивные частицы с низкими обвинениями. Эндрюс (1996) предположил, что расхождение луча могло бы быть уменьшено, нейтрализуя луч после ускорения и уменьшая остаточную частицу луча тепловые движения.
Другой подход к улучшающейся коллимации луча был предложен Nordley (1999). Это может стать возможным к частицам луча nanoengineer так, чтобы у них были достаточная разведка и самотолчок к ‘домой в’ на космическом корабле.
7.8	БИБЛИОГРАФИЯ
Эндрюс, D., ‘Рассмотрения Стоимости для Межзвездных Миссий, Журнал британского Interpla netary Общество, 49, 123-128 (1996).
Эндрюс, D. и Zubrin, R., ‘Магнитные Паруса и Межзвездное Путешествие’, Журнал британского Межпланетного Общества, 43, 265-272 (1990).
Belbruno, E. и Matloff, Г. Л., ‘Быстрая и Легкая Миссия к Alpha/Proxima Centauri’, на Слушаниях 1993 ЭЙНА Конференс - Авансы в Нелинейной Астродинамике, редакторе Э. Белбруно, Центре Геометрии, университете Миннесоты, Миннеаполиса, Миннесота (8-9 ноября 1993).
Benford, G. и Benford, J., ‘Помогавший десорбцией Водолаз Солнца Мишен, представленный на Конференции 2002 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, февраль 2002.
Цветущее растение, Дж. Х., ‘Алфа Синтори Проуб’, на Слушаниях 17-ого Международного Космического - навигационный Конгресс (Толчок и Возвращение), Гордон и Нарушение, Филадельфия, Пенсильвания (1967), стр 225-232.
Петухи, Дж. К., Watkins, С. А., Петухи, Ф. Х. и Sussingham, К., ‘Заявления для Развернутых Катушек Сверхпроводимости в Относящейся к космическому кораблю Разработке: Обзор и Анализ, Журнал британского Межпланетного Общества, 50, 479-484 (1997).
Driscoll, В. Г. и Вогэн, W. (редакторы)., Руководство Оптики, McGraw-холма, Нью-Йорка (1978), Глава 8.
Вперед, Р. Л., ‘Нулевой Скоростной Векторный Контроль за Толчком для Межзвездных Исследований: Навигация Силы Lorentz и Кружение’, Журнал AIAA, 2, 885-889 (1964).
Вперед, Р. Л., ‘Межзвездное Путешествие Туда и обратно Используя Выдвинутого лазером Лайтсэйлса, Журнал Космического корабля и Ракет, 21, 187-195 (1984).
Вперед, Р. Л., ‘Starwisp: Ультралегкое Межзвездное Исследование’, Журнал Космического корабля и Ракет, 22, 345-350 (1985).
Gilfillan младший, Э. С., Перемещение к Звездам: Никогда Снова Достаточно многие Люди, Люс, Вашингтон, округ Колумбия (1975).
Джексон IV, А. А. и Whitmire, Д. П., ‘Приведенная в действие лазером Межзвездная Ракета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 32, 335-337 (1978).
Джексон, Дж. Д., Классический Electrodynamics, Wiley, Нью-Йорк (1962).
Джонс, E., ‘Укомплектованное Межзвездное Судно Используя Микроволновый Толчок: Dysonship’, Журнал британского Межпланетного Общества, 38, 270-273 (1985).
Kare, Дж. Т., ‘Пульсировал Лазерный Тепловой Толчок для Межзвездного Предшественника Мишена, представленного на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 30-3 февраля 2000.
108 21-ых столетий starflight
[Ch. 7
Korman, V., Грегори, Д. А. и Peng, G., ‘Оптическая Оценка для Компонентов Линзы Френели Большой Надувной и Тонкой пленки, представленных на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Landis, Г. А., ‘Излученный Толчок Энергии для Практического Межзвездного Полета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 420-423 (1999). Также см. Г. А. Лэндиса, ‘Диэлектрические Фильмы для Солнечного и Выдвинутого лазером Лайтсэйлса, представленного на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000; и Landis, Г. А., ‘Эрозия Пыли Межзвездных Двигательных установок, AIAA-2000-3339.
Matloff, Г. Л., ‘Приблизительный Heterochromatic Перфорированная Теория Легкого паруса’, IAA-95-IAA.4.1.01 (1995).
Matloff, Г. Л., ‘Robosloth: Медленный Межзвездный Робот Тонкой пленки’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 33-36 (1996).
Matloff, Г. Л., ‘Использование Параболических Солнечных Концентраторов, чтобы Улучшить Работу Межзвездного Солнечного Паруса’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 21-22 (1996).
Matloff, Г. Л. и Fennelly, А. Дж., ‘Совок Иона Сверхпроводимости и его Заявление к Межзвездному Полету’, Журнал британского Межпланетного Общества, 27, 663-673 (1974).
Matloff, Г. Л. и Гончар, С., ‘Ближайшие Возможности для Лазерно-легкого Паруса’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1996), стр 53-64.
Matloff, Г. Л., Ходок, Э. H. и Парки, K. ‘Межзвездный Солнечный Парусный спорт: Заявление Гальваностереотипа динамическое Превращение’, AIAA-91-2538 (1991).
Matloff, Г. Л., ‘Перфорированный Солнечный Парус: Его Заявление к Межзвездному Путешествию’, Журнал британского Межпланетного Общества, 56, 255-261 (2003).
Nordley, Г. Д., ‘Алгоритм Возвращения Частицы Передачи Импульса’, представленный в NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Хантсвилл, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Norem, П. К., ‘Межзвездное Путешествие: Двигательная установка Путешествия туда и обратно с Релятивистскими Скоростными Способностями, НАУЧНЫЙ РАБОТНИК 69-388 (1969).
Pikel’Ner, С. Б., ‘Структура и Динамика Межзвездной Среды’, Ежегодный Обзор Астрономии и Астрофизики, 6, 165-194 (1968).
Renk, К. Ф. и Genzel, L., ‘Фильтры Вмешательства и Интерферометры Fabry-Perot для Далекого Инфракрасного’, Прикладная Оптика, 1, 643-648 (1962).
Певец, К. F., ‘Межзвездный Толчок Используя Поток Шарика для Передачи Импульса’, Журнал британского Межпланетного Общества, 33, 107-116 (1980).
Валпетти, G., ‘Критический Обзор на Жизнеспособности Космического Толчка, Основанного на Потоке Импульса Солнечного ветра’, Протоколы Astronautica, 37, 641-642 (1994).
Валпетти, G. и Pecchioli, M., ‘Понятие Толчка С двумя парусами’, IAA-91-721 (1991).
Whitmire, Д. П. и Джексон IV, А. А., ‘Приведенный в действие лазером Межзвездный Прямоточный воздушно-реактивный двигатель’, Журнал британского Межпланетного Общества, 30, 223-226 (1977).
Вольф, В. Л., Руководство Военной Инфракрасной Технологии, американский Office Военно-морского Исследования, Военно-морского министерства, Вашингтона, округ Колумбия (1965).
Zubrin, R., Вход в Место, Tarcher/Putnam, Нью-Йорк (1999).
Zubrin, R. и Эндрюс, D., ‘Магнитные Паруса и Межпланетное Путешествие’, AIAA 89-2441 (1989).
8
На технологическом горизонте
Это была раковина размера планеты накала, где атомы были захвачены за его наиболее удаленные края силы и взволнованы в тепловую, флуоресцентную радиацию синхротрона. И это прибыло только позади фронта волны, который объявил о его марше. Но яркость судна была скоро потеряна через световые годы. Ее проход сползал через пропасти, у которых по-видимому не было никакого конца.
Пул Андерсон, Ноль (1970) Tau
Первые годы космической программы видели происхождение межзвездного прямоточного воздушно-реактивного двигателя. В течение опрометчивых 1960-ых и 1970-ых, этот подход казался более чем способным к разрешению человеческого исследования и colonsation соседних солнечных систем. Фактически, вся Вселенная могла бы открыться, чтобы обработать, который следовал за вымышленным следом Леоноры Кристин Пула Андерсона. Позже, оригинальное понятие прямоточного воздушно-реактивного двигателя казалось менее выполнимым, и нам, вероятно, придется удовлетворить нас его менее способными производными. Но независимо от нашего общепризнанного мнения относительно его окончательной выполнимости, понятие прямоточного воздушно-реактивного двигателя является слишком захватывающим, чтобы быть оставленным. Это может все еще привести к релятивистскому межзвездному путешествию.
Много изменений на понятии прямоточного воздушно-реактивного двигателя рассматривают в этой главе. Они включают оригинальный чистый прямоточный воздушно-реактивный двигатель, увеличенную домкратом межзвездную ракету, лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель и взлетно-посадочную полосу прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Также рассмотренный тот, предложенный магнитный - геометрия совка, которая собирает межзвездные ионы вместо того, чтобы отразить их.
8.1	ПЛАВЯЩИЙ ВОДОРОД МЕЖЗВЕЗДНЫЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Вероятный создатель понятия межзвездного прямоточного воздушно-реактивного двигателя - Роберт Бассард, который опубликовал его провокационную работу на теме в 1960. Иллюстрация предложения Бассарда представлена в иллюстрации 8.1.
Космический корабль, оборудованный магнитным совком (или ramscoop), перемещается через межзвездную среду. Область совка собирает межзвездные ионы (главным образом протоны), который
110 На технологическом горизонте
[Ch. 8

Руководство относящейся к космическому кораблю скорости и ускорения
Иллюстрация 8.1. Плавящий протон межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
движение через термоядерный реактор, способный к соединяющимся протонам, чтобы получить гелий, в манере, аналогичной реакции, приводящей в действие Солнце и большинство других главных звезд последовательности. Ускоренные продукты реакции исчерпаны тыл космического корабля, который производит толчок. Следующее описывает нерелятивистскую обработку прямоточного воздушно-реактивного двигателя kinematics.
Во время каждого возрастающего временного интервала dt (в секундах), масса топлива, собранного ramscoop прямоточного воздушно-реактивного двигателя, может быть написана как:
dMf	,	,
пион dt Mion-A выкапывает Против кг	I8-1)
где пион - плотность межзвездной среды в ионах за кубический метр, Mion - масса собранного межзвездного иона в килограммах, Ascoop - область совка в квадратных метрах, и Против относящаяся к космическому кораблю скорость относительно межзвездной среды в метрах в секунду.
Если ramscoop область не передает скоростной компонент собранным ионам вдоль линии судна полета, ионы достигают совка со скоростью Против относительно судна и исчерпаны в Против + Ve относительно судна, где Ve - выхлопная скорость. Предыдущее обсуждение ядерных ракет и конверсионного уравнения массовой энергии Эйнштейна может использоваться, чтобы вычислить Ve:
Ve = - Против + \JV2 + 2Фи/enfc 2 миллисекунды 1	(8-2)
где (bnf конверсионная эффективность массовой энергии реактора сплава судна, enf - эффективность топливной передачи в выхлоп, и c - скорость света в метрах в секунду.
Если мы теперь рассматриваем сохранение импульса время от времени t и t + dt в системе координат, перемещающейся с ремеслом во время t, госпожа (dVs/dt) = Ve (dMf/dt). Заменяя уравнениями (8.1) и (8.2), мы получаем выражение для ускорения прямоточного воздушно-реактивного двигателя:
d_V = PionMi°Mscoopc2 (-P2 + v/fit + 20nfenfP2) миллисекунда 2	(8.3)
Секунда. 8.1]
Плавящий водород межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель 111
где Постскриптум = Vs/c. Уравнение (8.3) является основным уравнением для нерелятивистского прямоточного воздушно-реактивного двигателя kinematics, и будет точно для скоростей судна меньше чем приблизительно 0.2 c.
Осуществление 8.1. Утвердите все промежуточные шаги в происхождении уравнения (8.3).
В его оригинальном релятивистском исследовании прямоточного воздушно-реактивного двигателя, Bussard (1960) рассмотренный ускорением в Галактических туманностях с водородными удельными весами приблизительно 109 за m3. С тех пор самый высокий - туманности плотности состоят из главным образом нейтрального, а не ионизировали водород, некоторая форма топливной ионизации перед судном будет требоваться. Как упомянуто в предыдущей главе, определенные ramscoop магнитные поля могли бы ионизировать нейтральный водород. Другой подход мог бы быть должен спроектировать ультрафиолетовый лазерный луч, чтобы ионизировать водород перед космическим кораблем, как предложено Matloff и Fennelly (1975).
Но, как отмечено Sagan (1963), средняя межзвездная водородная плотность - приблизительно 0.001 раза водородная плотность в плотных формирующих звезду Галактических туманностях. Как упомянуто в последней главе, местная межзвездная протонная плотность, вероятно, будет только 50 000 за m3. Местная плотность нейтрального межзвездного водорода ближе к 105 за m3.
Чтобы оценить работу прямоточного воздушно-реактивного двигателя, используя уравнение (8.3), рассмотрите космический корабль с массой 106 кг, перемещающихся в в начальной скорости 0.004 c через межзвездную среду с плотностью иона 105 за m3. Конверсионная эффективность массовой энергии 0.004, и 50 % выпущенной ядерной энергии переданы выхлопу. У ramscoop области есть эффективный радиус 1 000 км, и масса каждого собранного межзвездного протона 1.67 x 10-27kg. Для этого случая уравнение (8.3) становится:
djL = 47.2 ^-P2 p4 + 0.004P?) миллисекунда 2	(8.4)
Иллюстрация 8.2 представляет ускорение против скоростного профиля для этого прямоточного воздушно-реактивного двигателя между Постскриптумом = 0.004 и 0.1. Для скоростей ниже приблизительно 0.01 c ускорение в ms2 приблизительно равно 3ps. Увеличение ускорения со скоростью становится меньше для более высоких скоростей, приближаясь к ценности приблизительно 0.095 миллисекунд 2 для скоростей сверх 0.1 c.
Между скоростями 0.004 c и 0.05 c, среднее ускорение составляет приблизительно 0.045 миллисекунды 2. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель требует о приблизительно 9.7 годах, чтобы ускориться между 0.004 c и 0.05 c. Так как средняя скорость прямоточного воздушно-реактивного двигателя - приблизительно 0.027 c в это время интервал, судно пересекает приблизительно 0.26 световых года.
Между скоростями 0.05 c и 0.1 c, среднее ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя составляет приблизительно 0.08 миллисекунды 2. Приблизительно шесть лет обязаны ускоряться между 0.05 c и 0.1 c. В средней скорости приблизительно 0.075 c ремесло пересекает приблизительно 0.45 световых года в это время интервал.
Осуществление 8.2. Примените двучленный ряд, чтобы расширить радикала в уравнении (8.4) для случаев, когда первый термин под радикальным знаком намного меньше
112 На технологическом горизонте
[Ch. 8
0.10

0.02	0.04	0.06	0.08	0.10
Vs/c
Иллюстрация 8.2. Плавящее протон межзвездное ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя (миллисекунда 2) против velocity/c.
чем второй термин, и когда второй термин при радикале больше чем первое. После подтверждения, что обсуждение низких - и ускорение высокой скорости для вышеупомянутого случая правильно, примените тот же самый подход, чтобы произойти низко - и высокая скорость нерелятивистское ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя для общего случая, определенного уравнением (8.3).
К сожалению, реактор сплава, который мог объединить протоны непосредственно, чтобы получить гелий, таким образом Солнца, кажется, безнадежно вне технологических способностей. Звезды, более горячие чем Солнце, получают некоторых или большую часть их энергии сплава циклом CNO, в котором углерод 12 ядер реагируют с протоном, чтобы сформировать азот 13 плюс энергия. После того, как ряд реакций с протонами, в которых различные изотопы углерода, азота и кислорода созданы, окончательный результат, является углеродом 12 ядер, гелий 4 ядра и энергия. Углерод 12 ядер - катализатор, поскольку это полностью не используется, и это очень, ускоряет норму реакции.
Будучи намного легче загореться чем прямой p-p сплав, цепь CNO, возможно, не навсегда вне досягаемости технологии сплава. В 1975, Витмайр проанализировал проблемы и потенциалы прямоточного воздушно-реактивного двигателя CNO-цикла, и в течение 1970-ых много исследователей исследовали выполнимость менее способной версии протонного прямоточного воздушно-реактивного двигателя - увеличенная домкратом межзвездная ракета (RAIR).
Секунда. 8.2]
Увеличенная домкратом межзвездная ракета 113
Межзвездные протоны собрались областью совка
Магнитный протон совка
я акселератор
Межзвездный протонный выхлоп
Система передачи энергии
Полезный груз
Бортовое топливо сплава
Выхлоп сплава
Сплав
реактор
Руководство относящейся к космическому кораблю скорости и ускорения
Иллюстрация 8.3. Увеличенная домкратом межзвездная ракета.
8.2	УВЕЛИЧЕННАЯ RAM МЕЖЗВЕЗДНАЯ РАКЕТА
В принципе, RAIR (то, который был предложен Облигацией (1974), преодолевает проблемы получения энергии от межзвездной среды, используя межзвездное вещество как масса реакции и неся бортовую поставку с готовностью fusable изотопы. Как представлено в иллюстрации 8.3, RAIR - по существу термоядерная ракета с двумя потоками, такая как те, которых рассматривают в Главе 6, за исключением того, что ядерно-инертный топливный компонент состоит из межзвездных протонов. Линейное уравнение сохранения импульса для RAIR может быть выражено как:

где приписка ‘s’ обозначает массу судна, и скорость во время t, ‘f’ обозначает бортовую топливную массу, 'если' обозначает межзвездное топливо иона, и ‘e’ обращается к скоростям двух выхлопных потоков относительно судна. Масса топлива иона, собранного в секунду - второй дифференциал слева уравнения (8.5) - определена, используя уравнение (8.1).
Мы затем предполагаем, что норма топливного потока иона к бортовому топливному потоку равна константе, Krair = dMf/dMf. Предполагая, что вся продвигающая энергия получена из бортового топлива, топливная скорость выхлопа иона может быть определена как:
V2f + 2V, Ve> ¥ - 2Um« = 0	(8.6)
где Urair = c2Фпеeneeei (Krair)-1, c - скорость света, Фпе - фракция топлива сплава, преобразованного в энергию, ene - эффективность преобразования энергии сплава в электроэнергию, и eei - эффективность топлива иона линейный акселератор.
114 На технологическом горизонте
[Ch. 8
Быстродействующее приближение RAIR
Мы можем решить уравнение (8.6) для Ve, у, используя квадратную формулу, если мы определяем
условие V2S> 2Urair. Применяя двучленный ряд, мы находим, что Ve^f - approxi-
mately, равный Urair/Vs. Заменение этим результатом и определением для Krair в
уравнение (8.5), мы получаем:
Помня, что dMs =-dMf, уравнение (8.7) может быть переписано для интеграции:
Против	'dVs	(8.8)
Ln
МС + Средняя частота
МС
Ve, nfVs ^ Urair Krair
где M0 и Средняя частота - соответственно массы непитаемого RAIR и топлива сплава RAIR,
и Вин и Vfin - соответственно скорости RAIR вначале и конец высоких -
скорость операция RAIR. Правая сторона уравнения (8.8) является стандартной формой, и
может быть легко решен. Термин (M0 + Средняя частота)/M0 является массовым отношением г. Мэнипулэтинг
решение, заменяющее Urair и Krair, и применяющее замену P = V/c,
мы получаем быстродействующий нерелятивистский RAIR kinematics приближение:
Г. (P fP' + Ф e £ ■ \£ne£ei / (2£nf)
JK/Jvrair	f r e, njh'm '^ne ^-ne ^-ei \	(8 9)
MRvocket V Pe, nf Pfin “b ^nepnepei
который сравнивает RAIR и порцию массы ракеты сплава для случая V ^> 2Ur,
Медленное приближение RAIR
Чтобы оценить медленный (/s) RAIR kinematics, мы следуем за аргументами Matloff
(1)	. Предположите, что относящаяся к космическому кораблю скорость относительно межзвездной среды настолько низка, что мы можем проигнорировать скорость потока иона, и что оба выхлопных потока хорошо смешаны. От уравнения энергосбережения для выхлопа RAIR может быть приближена медленная скорость выхлопа RAIR:
Ve, rair ’/s ~ у 2^eeneeei'c2 (dMif + dMnf) Ve’rock\/1 + Krair	(8.10)
где всем словам ранее дали определение.
Так как изменение импульса судна во время маленького временного интервала равно изменению импульса смешанного иона и топлив сплава, и возрастающее изменение в топливной массе сплава равно и напротив изменения в массе судна во время маленького временного интервала.
_dM± ~ dVs	Г8Ш
Госпожа В1 + Krair) Ve, nf
Медленное массовое отношение RAIR может теперь быть приближено как функция судна
Секунда. 8.2]
Увеличенная домкратом межзвездная ракета 115
скоростное увеличение во время операции RAIR, ядерное топливо исчерпывает скорость, и ^rair:
Сравнение с компьютерным моделированием: типовая миссия RAIR
Много предположений упрощения использовались в вышеупомянутом рассмотрении RAIR kinematics. Во-первых, мы принимали non-relativisitic динамику и что предавание земле звездного топлива иона было ядерное инертный. Это не обязательно верно, с тех пор (как предложено Облигацией (1974)) протоны, входящие в корабельную палату реакции в высокую энергию, могли реагировать с бортовыми топливами сплава, такими как литий или бор. Хотя протон - литий и реакции протонного бора являются относительно трудными загореться и не столь энергичные как некоторые из других альтернатив сплава, эти реакции - aneutronic. Большая фракция энергии сплава, поэтому, может быть передана выхлопным потокам.
Предположение было также сделано этим Krair - отношение межзвездных к топливному потреблению сплава - является константой в течение операции RAIR. Как обсуждено Conley Powell (1975, 1976a) компьютерные исследования оптимизации RAIR kinematics, Krair может быть оптимизирован на каждой стадии операции RAIR.
В эксплуатационной миссии RAIR первая стадия могла бы быть солнечным парусом, чтобы ускорить космический корабль приблизительно к 0.004 c относительно межзвездной среды. Вместо этого чтобы сравниться с Пауэллом (1975) результаты, мы предполагаем, что начальное ускорение от планетарных скоростей - низкой скоростью приближение RAIR, сопровождаемое высоким - скорость ускорение RAIR к 0.134 c.
С Powell мы предполагаем что Фж = 0.002, enf = 0.25, и eneeei = 0.25. Эти предположения подразумевают, что 25 % энергии сплава переданы выхлопу ракеты, 25 % передан выхлопу иона, и 50 % излучены как ненужная высокая температура. Мы также предполагаем что Krair = 10 в течение операции RAIR.
От вышеупомянутого обсуждения быстродействующее приближение RAIR применяется если V2S> 2c2Фneeneeei (Krair)-1. Для этого случая, поэтому, мы предполагаем, что медленное приближение ускорения RAIR просит скорости судна ниже 0.02 c, и быстродействующее приближение просит более высокие скорости судна.
Во-первых, мы применяем уравнение (8.12), чтобы оценить медленное массовое отношение RAIR для ускорения к 0.02 c. Скорость выхлопа ракеты сплава в этом уравнении - 0.032 c. Массовое отношение RAIR для ускорения от планетарных скоростей до 0.02 c 1.22, который сравнивается хорошо с результатом Пауэлла 1.25.
Уравнение (8.9) было тогда применено, чтобы вычислить (быстродействующее массовое отношение RAIR) / (отношение массы ракеты) за различные ценности Pfin и Булавки = 0.02. Отношения массы ракеты были также вычислены для каждого скоростного приращения, и использовались, чтобы оценить высокую скорость (hs) RAIR массовые отношения. Полное отношение массы RAIR для каждого скоростного приращения было вычислено, умножая быстродействующие результаты 1.22. Стол 8.1 сравнивает наши результаты с Пауэллом (1975) результаты.
Для скоростей меньше чем приблизительно 0.07 c наши результаты находятся в превосходном соглашении с результатами Пауэлла. Наши массовые отношения RAIR приблизительно на 10 % выше чем Пауэлл для судна

116 На технологическом горизонте	[Ch. 8
Стол 8.1. Оцененные массовые отношения RAIR по сравнению с Powell (1975) результаты.
Pfin
MRrair/MRrocket
М. "Rrocket
MRrair, hs
MRrair
MRrair Пауэлла
0.065
0.67
4.08
2.73
3.33
3.33
0.085
0.60
7.62
4.57
5.57
5.00
0.127
0.50
28.33
14.17
17.29
10.00
0.134
0.49
35.25
17.27
21.07
10.98
скорости приблизительно 0.09 c, и наше приближение становятся недействительными для скоростей выше 0.1 c.
Осуществление 8.3. Powell (1976b) сообщил, что RAIR kinematics очень чувствителен к маленьким изменениям в полезных действиях подсистемы. Чтобы проверить это, повторите вышеупомянутые вычисления для случая ядерной конверсионной эффективности массовой энергии 0.003, с 30 % выпущенной энергии, переданной каждому выхлопному потоку.
Возможно использовать данные, используемые, чтобы произвести Стол 8.1 к образцовым различным аспектам миссии RAIR. Предположите сначала, что операция RAIR начинается в 0.004 c в межзвездной среде с 0.05 протонными см 3. Если у совка RAIR есть радиус
2,1	км, уравнение (8.1) может использоваться, чтобы продемонстрировать, что 0.0013 кг межзвездных протонов собраны и ускоряются каждую секунду. Для Krair = 10, приблизительно 13 граммов топлива сплава реагируются каждую секунду, когда скорость судна - 0.004 c. Когда скорость судна увеличилась к скорости отключения RAIR 0.08 c, приблизительно 2.6 грамма в секунду топлива сплава потребляется.
В 0.004 c реактор сплава судна производит приблизительно 2.3 x 1010 W, половина которых является ненужной высокой температурой. Когда скорость судна достигает 0.08 c, реакторная выработка энергии увеличила к 4.7 x 1011 W.
Максимум 2.35 x 10nW ненужной высокой температуры должен быть излучен подсистемой радиатора судна. Если у этого радиатора есть максимальная эксплуатационная температура 2 100 k, калькулятор излучения черного тела может быть применен, чтобы продемонстрировать, что область радиатора приблизительно 105m2 требуется.
Предположите затем, что непитаемая масса судна составляет приблизительно 106 кг, и масса топлива сплава составляет приблизительно 3 x 106 кг. За топливные нормы потребления, которые рассматривают здесь, много десятилетий обязаны ускоряться от 0.004 c до 0.08 c.
Можно было бы считать, что каждый подразумевает улучшения работы RAIR, должен был бы просто увеличить радиус ramscoop фактором 2 или 5. Но поскольку наше обсуждение проекта ramscoop позже в этой главе показывает, постройка даже 2 000-километрового радиуса ramscoops будет очень стимулирующей.
Но есть по крайней мере два других способа улучшить работу прямоточного воздушно-реактивного двигателя или RAIR: лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель и взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя, которые рассматривают в следующих разделах этой главы.
Секунда. 8.3]
Лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель 117

Солнце накачало лазерную электростанцию

Лазерный приемник/конвертер ► Полезный груз
Собранный
:-i """ “iillar ионы

Лазерный луч
7
Выхлоп
Ramscoop

Линейный акселератор иона
Руководство относящейся к космическому кораблю скорости и ускорения
Иллюстрация 8.4. Лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
8.3	ЛАЗЕРНЫЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Иллюстрация 8.4 демонстрирует принципы лазерного прямоточного воздушно-реактивного двигателя, сначала предложенного Whitmire и Джексоном (1977), и далее проанализированный Matloff и Mallove (1988).
Лазерная электростанция расположена близко к Солнцу так, чтобы его луч (с властью Plaser) был передан на лазерный приемник/конвертер, установленный на отдаленном starship. Лазерные новообращённые приемника/конвертера получили лазерный свет к электричеству с эффективностью efrc. Как с другими версиями прямоточного воздушно-реактивного двигателя, электромагнитное (ИХ) совок собирает ионы у межзвездной среды. Эти ионы ускорены линейным акселератором и испускаются как выхлоп. Энергия/время, переданная выхлопной кинетической энергии, является eeiefrcPlaser, где eei - эффективность топлива иона линейный акселератор.
Продолжаясь как прежде, лазерная скорость выхлопа прямоточного воздушно-реактивного двигателя может быть написана как:
где dMf - масса межзвездных ионов, собранных в интервале времени dt, от уравнения
Требуя сохранения импульса, и заменяя dMf/dt, лазерное ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя может быть написано как:

(8.13)
(8.1).
dt

совок
(8.14)
Осуществление 8.4. Продемонстрируйте что оба срока под радикальным знаком в уравнении
(8.1)	размерностно последовательны.
118 На технологическом горизонте
[Ch. 8
Закрытая интеграция уравнения (8.14), чтобы аналитически определить скорость судна как функцию времени укрощает, по крайней мере для скоростей и лазерных полномочий интереса для ранних межзвездных исследователей. Вместо того, чтобы пробовать выполнить такую задачу, Matloff и Mallove (1989) первый определили параметры справочной миссии в типичной межзвездной среде, и затем, от уравнения (8.14), вычисленное относящееся к космическому кораблю ускорение как функция скорости. Эти результаты использовались, чтобы оценить время, требуемое для краткосрочного лазерного прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Для госпожи = 7.5 x 105 кг, Plaser = 5 x 1010 W, eei£irc = 0.5, ramscoop радиус
1,1	км и межзвездная плотность иона 0.05 см 3, ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя - приблизительно 6 x 10-5g. Переменная лазерная власть поддержать постоянное ускорение как скоростные увеличения, приблизительно 80 лет обязаны ускоряться от начальной скорости 0.003 с к 0.008 с. Лазерная власть уменьшает приблизительно к 4 x 1010 W в конце ускорения. Во время периода ускорения пересечены 0.46 световых года. С замедлением magsail приблизительно 500 лет были бы обязаны достигать Centauri.
Если лазер работает непрерывно до начала magsail замедления перелеты без возвращения к Centauri в 4.3 световых года, r Ceti приблизительно в 12 световых годов, и Hydri приблизительно в 21 световой год соответственно требуют приблизительно 450, 600 и 750 лет, позволяя приблизительно 50 лет для magsail замедления.
Лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель имеет преимущество перед лазерным легким парусом в так намного меньшей лазерной власти, требуется. Однако, чтобы достигнуть полного преимущества операции прямоточного воздушно-реактивного двигателя, будет необходимо поддержать коллимацию лазерного луча в течение многих десятилетий или столетий. Возможно превращение thrustless могло быть применено к лазерному прямоточному воздушно-реактивному двигателю, чтобы возвратить это несколько раз лазерному лучу с умеренным коллимационным расстоянием.
8.4	ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ ПОЛОСА ПРЯМОТОЧНОГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Заключительная версия прямоточного воздушно-реактивного двигателя, которую рассмотрят в этой главе, является взлетно-посадочной полосой прямоточного воздушно-реактивного двигателя, представленной схематично в иллюстрации 8.5. Сначала предложенный Whitmire и Джексоном
(2)	, и оцененный в нерелятивистских скоростях Matloff (1979), взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя - подход компромисса, который дает компенсацию за non-fusability, предают звездные ионы земле, готовясь, перед космическим кораблем, 'взлетно-посадочная полоса', состоящая из электричества trically заряженные микрошарики сплава. Эти микрошарики были бы депонированы a
Ramscoop
Реактор сплава
Электрически заряженный предварительно внес fusable микрошарики
• •
С
Полезный груз
Руководство относящейся к космическому кораблю скорости и ускорения
- ■ - ■■■■-	■■■■■ -			
Иллюстрация 8.5. Взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Секунда. 8.4]
Взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя 119
ряд медленного ремесла 'танкера' начал годы или за десятилетия до starship, используя солнечные паруса или электрический толчок. Взлетно-посадочная полоса должна достаточно коллимироваться, что даже скромный ramscoops, который мы могли в настоящее время проектировать (такие как тот, обсужденный в следующей секции), мог собрать топливные шарики сплава и направить их в на борту реактора сплава. Как предложено Nordley (1999), нанотехнология могла бы позволить степень разведки шарика так, чтобы шарики могли автономно поддержать хорошую коллимацию взлетно-посадочной полосы до коллекции starship.
Если топливное движение шариков в скорости Vfp относительно межзвездной среды, аргументы сохранения импульса могут быть применены, чтобы получить:
Миллисекунда Мил
Vfin	dV
aV'	(8.15)
- (Против - Vfp) + j (Против - Vfp) 2 + 2Ф „е£nfC2
где Mfp - полная масса топлива сплава, собранного ramscoop от взлетно-посадочной полосы
и другие параметры были ранее определены.
Как демонстрирующийся Matloff (1979), это уравнение может быть трудоемкое объединено
применение тригонометрической замены. Однако, если замена Vsh = Против - Vfp
относившийся уравнение (8.15), уравнение может быть очень легко объединено для высокого -
скоростной случай: V ^> 2ФпеenfC2. Для высоких скоростей судна относительно межзвездного
среда,
Mfp _ (flfin - Pfp) 2 - (flin - flfp) 2
Госпожа	A
2	(8.16)
, скала
где flfp - Vfp/c, fle, скала (исчерпайте velocity/c) для ракеты сплава с теми же самыми полезными действиями, поскольку были ранее определены двигательная установка сплава прямоточного воздушно-реактивного двигателя, и другие параметры.
Давайте исследуем случай двигательной установки сплава прямоточного воздушно-реактивного двигателя с Фпе = 0.004 и enf = 0.15. Скорость взлетно-посадочной полосы сплава относительно межзвездной среды - 0.004 c. От условия для операции высокой скорости, Vsh> 0.034 6 c. В начале операции прямоточного воздушно-реактивного двигателя, flin = 0.038 6. Для этого случая flerock 0.034 6.
Подарки стола 8.2 питают/непитают относящиеся к космическому кораблю массы для этого прямоточного воздушно-реактивного двигателя и эквивалентной ракеты сплава (Mfp/Ms> скала). Предполагается, что и ремесло использует солнечный парус для начального ускорения к 0.004 c, и что ракета сплава с идентичным eficien-cies используется, чтобы ускорить прямоточный воздушно-реактивный двигатель от 0.004 с до 0.038 6 c. Требование для a
Стол 8.2. Работа взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя сплава по сравнению с ракетой сплава.
fifin
Mfp/госпожа (hs)
1.72Mfp/Ms
Mfp/Ms, скала
0.05
0.77
1.32
2.78
0.07
2.64
4.54
5.74
0.10
6.70
11.52
15.03
0.15
16.81
28.91
67.01
0.20
32.09
55.19
288.51
120 На технологическом горизонте
[Ch. 8
ракета сплава увеличит питать/непитать относящиеся к космическому кораблю отношения массы с уравнения
(8.1)	, Mfp/Ms (hs), фактором 1.72. Результаты для flfin больше чем 0.2 не включены в Стол 8.2, потому что нерелятивистское приближение становится менее точным в более высоких скоростях.
Отметьте, что превосходство взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя над ракетой сплава увеличивается как starship скоростные увеличения. Это в согласии с более точными результатами в Matloff (1979).
Считайте starship с непитаемой массой 107 кг, сначала ускоренных к 0.004 c солнечным парусом и затем к 0.0346 c ракетой сплава рассмотренным здесь. Полная масса starship после запуска от Земли составляет 2.72 x 107 кг.
После закрытия ракеты космический корабль входит в ранее начатую взлетно-посадочную полосу прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащую 6.7 x 107 кг микрошариков сплава, отступающих от Солнечной системы в 0.004 c. Скорость starship будет 0.1 c после пересечения взлетно-посадочной полосы.
Если взлетно-посадочная полоса была подготовлена по 50-летнему временному интервалу до запуска starship, длина взлетно-посадочной полосы составит 0.2 световых года. На средней скорости 0.067 c starship пересекает взлетно-посадочную полосу приблизительно через три года. Его ускорение будет о 0.02g. Такое ускорение может быть поддержано тороидальной ramscoop структурой, обсужденной в Секции 8.5.
В течение каждой секунды ramscoop операции судно глотает и плавит приблизительно 0.7 кг топлива сплава. Если все топливо реагирует, двигатель сплава starship производит приблизительно 2.5 x 1014 W во время ускорения - приблизительно десять раз полного настоящего момента - земное потребление электроэнергии.
Осуществление 8.5. Проанализируйте взлетно-посадочную полосу прямоточного воздушно-реактивного двигателя, подобную тому, который рассматривают в Столе 8.2, кроме с топливной скоростью шарика 0.002 c относительно межзвездной среды.
Одна альтернатива ракете сплава ‘вторая стадия’ взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя должна использовать высокоэффективную лазерную ракету, в которой бортовое топливо возбуждено лазером, излученным от Солнечной системы. Джексон и Whitmire (1978) проанализировали такое ремесло (см. Главу 7).
Обвинения расщепления можно было бы рассмотреть как топливные источники как альтернатива микрошарикам сплава вдоль взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Такая возможность была исследована в недавней газете Lenard и Липински (2000).
Рассмотрение взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя выше предполагает, что обвинения сплава во взлетно-посадочной полосе зажжены или электронными лучами или лазерными лучами. Шмэтов (1995) inves tigated взлетно-посадочная полоса прямоточного воздушно-реактивного двигателя kinematics, в котором лобовые столкновения между выкапываемыми частицами зажигают микровзрывы сплава.
8.5	ТОРОИДАЛЬНЫЙ RAMSCOOP
Чтобы проектировать лазерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель или взлетно-посадочную полосу прямоточного воздушно-реактивного двигателя, необходимо сначала продемонстрировать, что некоторая форма ramscoop - conceiveable, и что это соберется, а не
Секунда. 8.5]
Тороидальный ramscoop 121

Торус со сверхпроводимостью телеграфирует повороты
Руководство относящейся к космическому кораблю скорости и ускорения М.	
Иллюстрация 8.6. Тороидально-магнитный ramscoop. Электрические токи вдоль проводов ранили вокруг торуса; положительные ионы отклонены внутрь.
отразите поступающие межзвездные протоны или электрически заряженные топливные шарики взлетно-посадочной полосы. Как обсуждено в предыдущей главе, ранний solenoidal или текущая петля ramscoop проекты были более эффективными при отражении иона чем при коллекции иона.
Электростатическая схема межзвездной коллекции иона, предложенной Matloff и Fennelly (1977), была основана на более ранних исследованиях электростатического взаимодействия межзвездной плазмы Мартином (1972), Langton (1973) и Whitmire (1975).
Как указано Cassenti (1991), рассмотрение взаимодействия между межзвездной плазмой и перемещением electrostatically заряженное тело не является тривиальной проблемой в плазменной физике. Как обсуждено в стандартном учебнике Джексоном (1962), экранирование Debye-Huckel могло бы строго ограничить работу электростатических межзвездных методов коллекции или отклонения иона. Межзвездные ионы от большого расстояния будут иметь тенденцию перемещаться в направлении противоположно заряженного электростатического совка. Обвинение этих ионов покажет на экране совок электростатическая область и уменьшит ее интенсивность, с точки зрения более отдаленных обвинений. Хотя относящееся к космическому кораблю движение - фактор усложнения, кажется вероятным, что эффективности электростатических методов коллекции иона будут менее чем первоначально верить.
В 1991 Кэссенти попытался спасти понятие прямоточного воздушно-реактивного двигателя, предлагая тороидальную область ramscoop, такую как тот, иллюстрированный в иллюстрации 8.6. Так как это - электромагнитная техника, Debye-Huckel, показывающий на экране, не должен примениться. Поскольку поступающие ионы не затронуты областью совка, пока они не будут в пределах совка, отражение иона будет минимально.
Много элементарных текстов физики, включая Ohanian (1989), считают операцию магнитного торуса таким как один показанный в иллюстрации 8.6. Как показано в числе, провод сверхпроводимости в тороидальном ramscoop - рана вокруг cir cumference торуса. Линии магнитного поля в пределах торуса - закрытые круги. В зависимости от текущего руководства и обвинения иона, ион, входящий в торус, будет отклонен или к центру или к окружности торуса формы пончика.
122 На технологическом горизонте
[Ch. 8
От Ohanian, силы магнитного поля на радиальном расстоянии rtorus от
центр магнитного торуса может быть выражен как:
D	M/sNwire-^ телеграфируют	, 0,
^torus - 2	(8 • 1/)
2^rtorus
где Nwire - число поворотов в проводе торуса, / провод поток в проводе,
и Mfs - проходимость вакуума (1.26 x 10~6 Генри m_1).
Если скорость космического корабля, Против, намного больше чем относительная скорость
колебания межзвездного газа, силы на межзвездном ионе (Fion) обвинения qion
входя в торус расстояние rtorus от центра торуса будет:
r тл r> Vs^ionMfsNwire^wire/0 0n
Fion = ^ion^torus =	2^		(8.18)
2^rtorus
Если супертекущее руководство и обвинение иона таковы что поступающее межзвездное
ион отклонен к центру торуса, ускорения иона под
влияние магнитного поля ramscoop будет:
Fion Vs^ion MfsNwire^wire
2Wt,
(8.19)
где mion - масса иона. От элементарного kinematics время для иона, который будет отклонен от rtorus до центра торуса, будет:
2r \1/2 f 4-^ r2 м. • \1/2
- j	4^гюптюп	j	(8.20)
^ccion/	V Vs^ionM/sNwire^wire /
Прежде, чем они будут сосредоточены в центре совка, межзвездное путешествие ионов longi tudinal расстояние Дайон через совок. Расстояние может быть оценено:
Aon-VAon-f	y/2	(8.21)
V 4ion Mfs Nwire*wire /
Cassenti (1991) рассматривал тороидальный совок с радиусом 400 км, потоком высшего качества 3 x 105 amps и двенадцать проводных поворотов, едущих через межзвездную среду в 0.1 c. Если межзвездные протоны (qioa = 1.6 x 10~19 кулонов, mion = 1.67 x 10~27 кг) собраны этим совком, уравнение (8.21) показывает, что расстояние центра для ионов, входящих приблизительно в 200 км от центра совка, составляет приблизительно 190 км. Cassenti, с более точным приближением, получил длину центра иона приблизительно 170 км для этого случая.
Осуществление 8.6. Оцените длину центра для дейтеронов (с дважды массой протонов и того же самого обвинения) вход в совок в 0.01 c.
Изменение центральной длины с ионным отношением массы/обвинения может позволить коллекцию в межзвездной среде fusable изотопов. Как упомянуто в предыдущей главе,
Секунда. 8.6]
Библиография 123
заявление этого или любого другого устройства сверхпроводимости во внутренней Солнечной системе, чтобы собрать fusable ионы у солнечного ветра (таким образом предложенный Matloff и Cassenti (1992)) будет ограничено сверхпроводником тепловые ограничения.
Чтобы поддержать электрически нейтральный выкапываемый - в плазме, тороидальный ramscoop был бы оборудован низким потоком, противоположно направленный тороид, чтобы отклонить предают звездные электроны земле к центру совка. Сетки могли использоваться в пределах интерьера совка, чтобы отделить ионы и электронные потоки.
Поскольку starship ускоряется, неподдержанная проводная структура перед ремеслом быстро разрушилась бы. Совок Кэссенти стабилизирован с комбинацией вращения - произвел центростремительную силу и структуру поддержки. Компьютерное моделирование показывает, что ускорение 0.04g может быть поддержано структурой совка. Электрические охотники и радиационное давление от бортовых лазеров могли также быть применены, чтобы держать компоненты совка обедни без пения в положении во время starship ускорения. Полная масса ramscoop Кэссенти составила бы несколько сотен тысяч килограммов.
8.6	БИБЛИОГРАФИЯ
Облигация, A., ‘Потенциальная Работа Увеличенной домкратом Межзвездной Ракеты’, Журнал британского Межпланетного Общества, 27, 674-685 (1974).
Bussard, Р. В., ‘Галактический Вопрос и Межзвездный Полет’, Протоколы Astronautica, 6, 179-194 (1960).
Cassenti, B., ‘Концепции дизайна для Межзвездного Прямоточного воздушно-реактивного двигателя’, Журнал британского Межсамолета tary Общество, 46, 151-160 (1993); также изданный как AIAA 91-2537 (1991).
Джексон, Дж. Д., Классический Electrodynamics, Wiley, Нью-Йорк (1962), p. 342.
Джексон IV, А. А. и Whitmore, Д. П., ‘Приведенная в действие лазером Межзвездная Ракета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 32, 335-337 (1978).
Langton, Н. Х., ‘Эрозия Межзвездных Экранов Бремени, Журнал британского Межсамолета tary Общество, 26, 481-484 (1973).
Lenard, R. X. и Липински, Р. Дж., ‘Межзвездные Миссии Свидания, Использующие Двигательные установки Расщепления, представленные на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Мартин, А. Р., ‘Эффекты Тянутся Релятивистский Космический полет’, Журнал британского Межпланетного Общества, 25, 643-652 (1972).
Matloff, Г. Л. и Fennelly, А. Дж., ‘Вакуум Ультрафиолетовый Лазерный и Межзвездный Полет’, Журнал британского Межпланетного Общества, 28, 443 (1975).
Matloff, Г. Л., ‘Использование Модели О'Неилла я Колония Пункта Lagrange как Межзвездный Ковчег’, Журнал британского Межпланетного Общества, 29, 775-785 (1976).
Matloff, Г. Л. и Fennelly, А. Дж., ‘Межзвездное Заявление и Ограничения Нескольких Электростатических/Электромагнитных Методов Коллекции Иона, Журнал британского Interpla netary Общество, 30, 213-222 (1977).
Matloff, Г. Л., ‘Межзвездная Взлетно-посадочная полоса Ускорения Прямоточного воздушно-реактивного двигателя’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 32, 219-220 (1979).
Matloff, Г. Л. и Mallove, Э. Ф., ‘Лазерно-электрический Прямоточный воздушно-реактивный двигатель: Ближайшее время Межзвездная Альтернатива Толчка’, AIAA-88-3769 (1989).
Matloff, Г. Л. и Cassenti, B., ‘Солнечный ветер: Источник для Гелия 3’, IAA-92-228 (1992).
124 На технологическом горизонте
[Ch. 8
Nordley, Г. Д., ‘Алгоритм Возвращения Частицы Передачи Импульса’, представленный в NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Хантсвилл, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Ohanian, Х. К., Физика, 2-ой edn, Нортон, Нью-Йорк (1989), p. 759.
Powell, C., ‘Динамика Полета Увеличенной домкратом Межзвездной Ракеты’, Журнал британского Межпланетного Общества, 28, 553-562 (1975).
Powell, C., ‘Оптимизация Системы для Увеличенной домкратом Межзвездной Ракеты’, Журнал британского Межпланетного Общества, 29, 136-142 (1976a).
Powell, C., ‘Эффект Неэффективности Подсистемы После Работы Домкрата - Увеличенная Межзвездная Ракета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 29, 786 794 (1976b).
Sagan, C., ‘Прямой контакт Среди Галактических Цивилизаций Релятивистским полетом Межзвездного пространства’, Планетарный и Космические исследования, 11, 485-498 (1963).
Шмэтов, М. Я., ‘Относящийся к космическому кораблю Двигатель, Основанный на Воспламенении Микровзрывов Лобовыми lisions’ полковника, Технические Письма Физики, 21, 155-156 (1995).
Whitmire, D., ‘Релятивистский Космический полет и Каталитический Ядерный Прямоточный воздушно-реактивный двигатель’, Протоколы Astronautica, 2, 497-509 (1975).
Whitmire, Д. П. и Джексон IV, А. Дж., ‘Лазерный Приведенный в действие Межзвездный Прямоточный воздушно-реактивный двигатель’, Журнал британского Межпланетного Общества, 30, 223-226 (1977).
9
Экзотические возможности
‘Время настало,’ морж сказал,
‘Чтобы говорить о многих вещах:
Из ботинок - и судов - и сургуча - капуст - и королей - И почему море является кипящим - И есть ли у свиней крылья.’
Льюис Карролл, Через Зеркало (1871)
Обзор предыдущих глав покажет, что кое-что является неправильным со всеми подходами к межзвездному полету, который мог преследоваться, используя существующую или обозримую технологию. Солнечные паруса выполнимы, но время прохождения длиной втысячелетие представляет проблемы для человеческих команд науки или укомплектованных судов. Ядерный пульс технически выполним и возможно немного быстрее, но как Вы продаете мировую общественность на перспективе хранения большого количества сорта оружия ядерный или термоядерный материал в околоземном месте во время постройки судна? Антивещество является технологически подходящим и потенциально очень быстрым, но это также очень дорого. Только более медленные альтернативы прямоточного воздушно-реактивного двигателя, такие как взлетно-посадочная полоса могли бы оказаться выполнимыми в ближайшем времени, и они могли бы потребовать многих десятилетий подготовки прежде, чем starship будет начат. И лазерный легкий парус (возможно текущий фаворит, согласно Летающей тарелке и Leifer (1998)) требует не только технической способности излучить лазер или maser более чем триллионы километров с дрейфом луча и точностью, измеренной в сотнях километров, но также и длительной земной поддержке миссии в течение длиной вдесятилетия или процесса ускорения длиной встолетие.
Поэтому не очень удивительно, что ученые и инженеры, заинтересованные путешествием к звездам, посвятили некоторые из своих усилий к двигательным установкам, которые кажутся по крайней мере столь же экзотичными как ‘капусты моржа и короли. Но аналитики, рассматривающие эти варианты, должны знать, что много препятствий противостоят им - и не только знакомые препятствия физики и технологии.
126 Экзотических возможностей
[Ch. 9
К сожалению, исследователи в областях, которые, как полагают, были в или вне краев установленной науки сегодня, должны иногда бороться с насмешкой их более обычных коллег. Причины для этого являются конечно самыми сложными, но имеют много дел с увеличенным соревнованием навсегда более неуловимые фонды исследования.
Вина за текущее состояние дел является конечно не односторонней. Вовлеченные в 'прорыв' или экзотические области исследования иногда позволяли их энтузиазму настигнуть их хорошее суждение, и публично выпустили результаты исследования прежде, чем нормальные журналы обзора пэра выполнили свою функцию. Подставьте servative, и известные исследователи, с другой стороны, иногда использовали властную тактику, чтобы подавить их более радикальных братьев и таким образом уменьшить соревнование за гранты исследования.
Иногда это соревнование берет юмористическое, а не противный поворот. Служа профессором гостя в университете Сиены, Италия, в течение лета 1994, у меня была честь встретить итальянского физического химика на факультете естественных наук того 800-летнего университета, профессора Франческо Пьантели. Лиги седла профессора Пиэнтелли были впечатлены, что он получил финансирование из итальянского Совета по Энергии, чтобы делать попытку проверки провокационного и очень спорного 1989 низко - температурные результаты ядерного сплава Дрс Стэнли Понса и Мартина Флеишмэнна (Mallove, 1989). Однако, многие из его коллег очевидно наслаждались фактом, что лаборатория в древнем университете очень ограничена, и что оборудование Пиэнтелли было перемещено в неиспользованное крыло Сиены Психиатрическое Средство.
В последние годы, дела стали скорее менее изменчивыми начиная с Гленн НАСА (прежде Льюис), Исследовательский центр финансировал исследование, потенциально ведущее, чтобы сделать интервалы между прорывами толчка. Но прорывы, вызывающие главные модификации существующего физического закона, возможно, не необходимы, чтобы очень увеличить наши способности открытого космоса. Исследование, выполненное в течение лета 1999, указывает, что простая реинтерпретация студенческого уровня electrodynamics может привести к положительным результатам.
9.1	‘БОТИНКИ И СУДА: ПОТЕНЦИАЛ МАГНИТНОГО СЕРФИНГА
Чтобы уменьшить количество противоречия окружающее исследование прорыва, это было бы преимущество, чтобы иметь некоторый признак, что такое исследование могло бы фактически принести плоды. Один метод был бы простой демонстрацией, что наши понятия физики - по крайней мере, насколько они принадлежат относящемуся к космическому кораблю толчку - менее полны чем обычно воспринятый.
В течение лета 1999, служа Товарищем Способности в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА, я был частью команды, которая выполнила такого демона stration. В то время как заявление исследования требует новой астрономии, а не новой физики, и работа космического двигателя никогда не будет равна более экзотическим подходам, серфинг магнитной линии демонстрирует, что обычный толчок scien tists пропустил по крайней мере одно соответствующее значение физического закона: могут быть многие, еще много неожиданностей, скрывающихся только ниже по-видимому спокойной поверхности обычной физики.
Выберите любой учебник уровня колледжа или университетского уровня, который имеет дело с electromag-
Секунда. 9.1]	‘Ботинки и суда: потенциал магнитного серфинга 127
я
A
(1)	Проводник в движении
(b) Область в движении
Иллюстрация 9.1. Поток я произвел в проводнике в движении относительно магнитного поля. Полевые линии (перпендикуляр к странице) обозначены ‘X’.
netism, и продолжаются к секции на ‘двигательной ЭДС’ (часто находимый в главе, имеющей дело с электромагнитной индукцией.) иллюстрация 9.1 (a) получен от числа, которое (очевидно) неизменно сопровождает текст на этом предмете. Это представляет знакомое заявление закона Ленза. Рассмотрите электрического проводника, двигающегося через постоянное магнитное поле. Вызванная ЭДС (электродвижущая сила) будет произведена в проводнике, чтобы противостоять этому движению. По существу, если часть электроэнергии, вызванной в проводнике, преобразована в полезную работу, проводник замедляется.
Но что случается в cosmically более интересном случае, куда линии магнитного поля перемещаются более быстро чем проводник, от перспективы земного наблюдателя? Грегори Мэтлофф и Ле Джонсон НАСА Маршалл consid ered этот вопрос в течение лета 1999. Наша гипотеза была то, что относительное движение проводника и магнитного поля, не абсолютное движение, было существенным. Для случая медленно движущегося проводника и быстро движущегося космического магнитного поля (показанный в иллюстрации 9.1 (b)), мы чувствовали, что процесс преобразования электроэнергии в проводнике в полезную работу приведет к замедлению проводника относительно движущихся линий магнитного поля. С земной точки зрения проводник мог бы ускориться резко, как будто 'занимаясь серфингом' на движущихся линиях магнитного поля.
Чтобы продемонстрировать законность нашей гипотезы, мы попросили, чтобы НАСА Маршальская технология nician Брюс Маккой контролировало двух летних студенческих помощников в Маршалле - Рассела Ли и Олкеша Мехту, Колледжа Нью-Йорка Технологии (CUNY) - в постройке простого двойного маятника. Как показано в иллюстрации 9.2, центральная рука этого маятника состояла из электрического проводника, связанного с pico-амперметром, чтобы контролировать, движение вызвало ЭДС в проводнике. Внешнее оружие состояло из магнита, и проводник и магнит могли двигаться вместе или независимо. Пустое чтение метра было получено, когда два оружия маятника было постоянно или когда они двигались синхронно. Но когда или магнит или проводник были постоянны и, другой перемещенный, текущий тек в проводнике.
128 Экзотических возможностей
[Ch. 9

Магниты на внешнем маятнике
Я
Проводник на внутреннем маятнике двигается независимо от магнитов
Picoammeter регистрирует поток, если магниты и проводник находятся в относительном движении
Иллюстрация 9.2. Двойной маятник, разработанный, чтобы продемонстрировать потоки, вызванные движением проводника относительно магнитного поля. Аппарат был построен в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА в течение лета 1999.
Космический корабль
Космический корабль
движение
Привязь
Электрон
сбор
подсистема
Испускаемый
электроны
Земля
Руководство суперпотока
Сверхпроводимость
ножны
(a)
Относящаяся к космическому кораблю скорость (b)
Иллюстрация 9.3. Два метода производства однонаправленного электрического тока в месте. (a) гальваностереотип динамическая привязь в Земной орбите; (b) петля сверхпроводимости, в которой слой сверхпроводимости ограждает текущее возвращение от межзвездного магнитного поля.
Устройства, которые могли быть развиты, чтобы эксплуатировать быстро движущиеся космические области магнита для относящегося к космическому кораблю толчка, должны подарить магнитному полю однонаправленный поток. Два таких устройства - электродинамическая привязь и частично вложенная в ножны сверхпроводимость 'крыло' (или доска для серфинга?) - рассмотрены Matloff и Джонсоном (2000), и представлены в иллюстрации 9.3.
Секунда. 9.1]
‘Ботинки и суда: потенциал магнитного серфинга 129
В течение лета 2000 заявление частично вложенных в ножны сверхпроводников к производству однонаправленных текущих листов получило неудачу. На Объединенной Конференции Толчка в Хантсвилле, Алабама, Джефф Лэндис Института Места Огайо прокомментировал, что щит сверхпроводимости вокруг провода переместит силу, произведенную внешним магнитным полем от провода до superconduc скалистой вершины, но вся система будет все еще вести себя как замкнутый текущий круг. Анализ обязан улаживать эту проблему.
Электродинамические привязи, как обсуждено Иваном Беки, были проверенным успехом полностью в околоземной орбите. Как показано в иллюстрации 9.3 (a), такие привязи развернуты от спутников, и работают, перемещаясь через магнитное поле Земли, в то время как электроны переданы между двумя слоями в ионосфере Земли. Если электроэнергия электронов в привязи проведения преобразована в полезную работу - чтобы привести охотника в действие, например - космический корабль замедляет относительно магнитного поля Земли. Но НАСА рассматривает тест привязи в магнитосфере Юпитера (Gallagher, и др., 1998). Если магнитное поле Юпитера перемещается с гигантской планетой (который вращается каждые 10 часов), операция электродинамической привязи около той планеты может привести к космическому кораблю accelera tion, с земной точки зрения.
Скорость межзвездных линий магнитного поля относительно Солнца в его орбите вокруг центра нашей Галактики - вопрос догадки. Если Галактические полевые линии будут ‘заморожены в’ местные потоки ионизированных газов, то относительная скорость вероятно составит меньше чем несколько сотен километров в секунду, и межзвездный магнитный серфинг будет маловероятен.
Однако, что, если компонент местной Галактической области происходит из-за быстро сменяющих друг друга источников, таких как нейтронные звезды (Zhang и др., 1998) или черные дыры (Zhang и др., 1997)? Тогда, межзвездный космический корабль мог бы заняться серфингом движущиеся полевые линии, используя привязь или частично огражденную петлю сверхпроводимости, показанную в иллюстрации 9.3 (b). В таком устройстве Галактические полевые линии 'видят' однонаправленный поток, потому что текущее возвращение вложено в ножны слоями материала сверхпроводимости, через который не могут проникнуть линии магнитного поля.
В таком быстро движущемся Галактическом магнитном поле starship мог бы сначала выйти из Солнечной системы, используя солнечный парус, после которого это могло развернуть одно из магнитных устройств в иллюстрации 9.3 или эквивалентной системе, чтобы 'заняться серфингом' к скорости линий магнитного поля. Супертекущая петля могла тогда повторно формироваться (как обсуждено в Главе 7), чтобы закончить поворот thrustless к желательной траектории.
Невозможно оценить работу межзвездного магнитного серфингиста без на месте измерений близкого межзвездного магнитного поля. Возможно ранние исследования heliopause следующих нескольких десятилетий могли быть оборудованы основанным на привязи магнитометром, чтобы оценить скорость местного межзвездного магнитного поля относительно Солнца.
Различный тип магнитной 'обуви' - минимагнитосферы - был предложен Winglee (2000) из университета Вашингтона, и упомянут в литературе Робертом Кэссэновой Института НАСА Продвинутых Понятий. В этом подходе магнитное поле произведено вокруг космического корабля с конфигурацией, подобной магнитному полю Земли. Как область Земли, мини-магнитосфера могла отклонить поступающую плазму. Если это оказывается выполнимым, и если
130 Экзотических возможностей
[Ch. 9
сверхпроводники не требуются, толчок отражением солнечного ветра, магнитным ограждением от космических лучей и других внутренних заявлений магнитного поля Солнечной системы станет возможным.
После нескольких лет многообещающего анализа и лабораторной работы (Winglee и др., 2001), минимагнитосфера (также названный M2P2) столкнулась с серьезными трудностями в течение лета 2003. Роберт Шелдон, затем университета Алабамы, обсуждал понятие с Грегори Мэтлоффом и обсуждал аналитические трудности. Минимагнитосфера работает, строя пузырь плазмы самопроизводства из межпланетной среды. Недавний анализ указывает, что спроектированная целая жизнь этого плазменного пузыря в пределах космического пространства, возможно, не достаточно длинна для заявления M2P2 к относящемуся к космическому кораблю анализу.
Хотелось бы надеяться, будущая работа произведет решение этой проблемы или приведет к соответственно измененной полевой геометрии. Даже если минимагнитосфера терпит неудачу как механизм толчка, это можно было бы рассмотреть как метод космического ограждения луча.
Заключительный метод увеличения эффективности межзвездного космического корабля, как предложено Сьюардом (1997) из Электронных Систем Власти Inc., мог бы быть должен сохранить энергию как энергию магнитного поля в пределах полого торуса вокруг который спираль электронов. Если идея, оказывается, выполнима, движущий мог бы быть удален в огромных скоростях, будучи нагретым упругими соударениями с поверхностью торуса.
9.2	'СУРГУЧ': ПОДХОДЫ К АНТИГРАВИТАЦИИ
'Сургуч' (чтобы перефразировать моржа Льюиса Карролла еще раз) многих эпопей научной фантастики является антигравитацией. Поскольку большинство читателей знает, гипотетическая антигравитационная машина производит некоторую форму области, в которой полностью изменено руководство гравитационных линий силы. Вместо того, чтобы быть привлекательной силой, такой как сила тяжести, антигравитационные отпоры. Такая вещь могла бы фактически стать возможной однажды в реальном мире, или антигравитация всегда будет фаворитом эпопеи научной фантастики? Это - невозможный вопрос, чтобы ответить в настоящее время. Много физиков - особенно Huseyin Yilmaz - развили альтернативы общей теории относительности, в которой позволена антигравитация. Но для таких альтернатив трудно преуспеть, рассматривая успех общей относительности в объяснении таких явлений как прогресс перигелия Ртути, существование гравитационных линз и наблюдаемое изменение положений звезды около Солнца во время полного солнечного затмения.
Некоторые экспериментаторы, включая Noever и Koczor (1997), исследовали возможные сцепления между электромагнетизмом и силой тяжести, которая могла бы однажды использоваться, чтобы произвести антигравитацию. Согласно экспериментальным результатам, могла бы произойти мелочь в массе (меньше чем 1 часть в 1 000) испытательной массы, приостановленной выше сменяющего друг друга проводника высшего качества. Но эти эксперименты являются трудными выступить, и много вопросов физиков, воспроизводимы ли результаты. (См. Szames (1998), чтобы рассмотреть другие антигравитационные понятия.)
Секунда. 9.3]
‘Кипящее море’: Энергия нулевых колебаний и специальная релятивистская звезда двигаются 131
9.3	‘КИПЯЩЕЕ МОРЕ’: ЭНЕРГИЯ НУЛЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ДВИГАТЕЛИ ЗВЕЗДЫ
Как обсуждено Henning Genz, физическая Вселенная, кажется, следует из stabi lised колебание квантового уровня в основной 'пене' универсального вакуума. Пустое место, на расстояниях приблизительно 10~35 м., является динамическим, ‘кипящее море’ частиц, постоянно входя и выходя из существования, и огромных 'положительных' энергий, точно уравновешенных их 'отрицательными' копиями энергии (так, чтобы наблюдаемые усредненные временем эффекты были точно нулевыми).
Кое-что, случилось, в первые моменты Вселенной стабилизировало вакуумное колебание и произвело наше пространство-время. Мы могли возможно дублировать этот эффект в намного меньшем масштабе и использовать получающийся вакуум энергии нулевых колебаний (ZPE), чтобы продвинуть starship (как предложено Передовым (1984) и Froning (1980, 1981))?
Как упомянуто Genz (1999), исследование ZPE не без рисков. Если мы пытаемся извлечь вакуумную энергию, дублируя условия Большого взрыва, мы можем неосторожно стереть нашу Вселенную в совершенно новом Создании. Большинство людей считало бы такой случай главным воздействием на окружающую среду.
Но такая чрезвычайная энергия и полевые уровни, возможно, не необходимы. Отправьте (1983, 1984) обсуждает работу Кэзимира в течение 1940-ых. Кэзимир (1948) исследовал изменение расстояния короткого диапазона, электромагнитного (ИХ) взаимодействие между молекулами, и предсказал то, что прибыло, чтобы быть известным как эффект Кэзимира - что часть силы между двумя объектами проведения с очень маленькой порцией sepa происходит из-за колебаний нулевого пункта вакуума. Определенно, любая пара проведения пластин с достаточно маленьким разделением (меньше чем 1 ^) испытает неэлектростатический компонент силы вследствие того, что часть вакуума fluctua tions не существует в маленьком месте между пластинами проведения. Долгое время теоретическое любопытство, эффект Кэзимира был наконец подтвержден Lamoreaux (1997).
Отправьте (1984), представил концептуальную вакуумную батарею колебания, в которой большое количество так же заряженных ультратонких металлических листьев или плоская спираль ультратонкого металлического листа устроены в стеке с разделениями в заказе 1 ^. Соответственно регулируя разделение пластины, может быть возможно получить чистую энергию ZPE в продвигающих целях. Микромашины Кэзимира были также обсуждены Maclay (2000).
Более изящный подход должен был бы получить ZPE из некоторого физического процесса, который потребует меньшего количества движущихся частей. Одна возможность - sonoluminescence, явление, в котором высокочастотный свет излучается звуком, который везут расширением или сокращением газовых пузырей в жидкостях. Согласно Eberlein (1996a, b) университета Иллинойса, одно теоретическое объяснение этого таинственного phenom enon является ZPE, произведенным типом эффекта Кэзимира. Однако, Glanz (1996) обсудил альтернативные теоретические объяснения sonoluminescence, которые не требуют ZPE.
Если окажется возможным получить большие количества энергии от вакуума, то много релятивистских космических двигателей станут возможными. Froning (1980, 1981) предложил квантовый прямоточный воздушно-реактивный двигатель (иллюстрация 9.4 (a)), который получает массу реакции из межзвездной среды (в той же самой манере как межзвездные прямоточные воздушно-реактивные двигатели, обсужденные в
132 Экзотических возможности
[Ch. 9
ZPE с

Межзвездный ион
траектории
Q.
Генератор ZPE
Ион
исчерпайте Электромагнитный ramscoop
Лазер испускал фотоны
ZPE накачал лазер
Руководство относящегося к космическому кораблю движения
Руководство относящегося к космическому кораблю движения
(a) Квантовый прямоточный воздушно-реактивный двигатель
(2)	ZPE накачал лазер
Иллюстрация 9.4. Два гипотетических ZPE продвигали starships.
предыдущая глава). Энергия ускорить межзвездные ионы прибыла бы из машины ZPE, а не реактора сплава.
Matloff (1997) предложил альтернативный подход (иллюстрация 9.4 (b)), в котором ZPE используется, чтобы 'накачать' бортовой лазер, и космический корабль продвигается импульсом испускаемых фотонов лазера. Хотя менее эффективный чем квантовый прямоточный воздушно-реактивный двигатель, потому что у ионов есть больше импульса чем фотоны, лазер ZPE может быть способным к релятивистским скоростям, если определенная власть машины ZPE (в киловаттах за грамм килограмма) и лазерная эффективность достаточно высока.
Но могут быть более тонкие способы использовать вакуумные колебания, чтобы позволить космическому кораблю приближаться к скорости света. Puthoff (1997) и Haisch (1997) предположили, что инерция могла бы быть вызвана взаимодействием между 'реальными' частицами вопроса и 'действительными' частицами универсального вакуума. Если это действительно верно, не невозможно, что мы можем однажды узнать, как 'поляризовать' вакуум перед starship и таким образом очень, уменьшить его инерцию.
Если некоторая форма толчка ZPE становится возможной, космический полет на скоростях близко к скорости света может стать реальным. Проектировщики Starship будут вынуждены включать эффекты специальной теории Эйнштейна относительности в планах миссии.
Специальная относительность и быстродействующий космический корабль kinematics
Один из основных принципов специальной теории относительности - то, что скорость света, c, является константой всем наблюдателям, независимо от наблюдателя или скорости источника света, и что c - основное ограничение скорости Вселенной. Если мы определяем измерения массы космического корабля (госпожа), длина (Ls) и затраченное время (ts) в неускоренной или Галактической справочной структуре (grf) и ускоренной относящейся к космическому кораблю справочной структуре (srf) для относящейся к космическому кораблю скорости Против, мы можем сравнить измерения этих параметров в двух справочных структурах, используя параметр Lorentz, 7 (Fowles, 1962):
Госпожа, grf госпожа, srf7 Ls, grf Ls, srf 7; ts, grf ts, srf7
(9.1)
где 7 = [1 - (Vs/c) 2] 1/2
Секунда. 9.3]
‘Кипящее море’: Энергия нулевых колебаний и специальная релятивистская звезда двигаются 133
Давайте исследуем случай космического корабля с массой проекта 106 кг и длиной проекта 100 м., передающих неускоренного наблюдателя в скорости 0.5 c. Для такой ситуации, 7 = 1.15. Неускоренный наблюдатель измерит массу космического корабля и длину соответственно как 1.15 x 106 кг и 87 м. Временному интервалу, измеренному как один час на борту космического корабля, измерит продолжительность неускоренный наблюдатель приблизительно 69 минут.
Осуществление 9.1. Вычислите 7 и сравните массы судна, длины и затраченное время с точки зрения неускоренных и ускоренных наблюдателей для судна, описанного выше и Против = 0.1 c и 0.9 c.
От понтонного моста представления Галактического наблюдателя масса ускоренного судна приблизится к бесконечности, поскольку ее скорость приближается к скорости света. Одновременно, длина судна приблизится к нолю, и бортовые часы судна, будет казаться, остановятся, как измерено неускоренным наблюдателем.
Было много подтверждений этих причудливых эффектов - особенно, масса / конверсионное уравнение энергии, которое приводит к выпуску ядерной энергии. Кроме того, атомные акселераторы разработаны, чтобы дать компенсацию за увеличение массы частицы с accel eration, и ускорялись, радиоактивные разновидности занимают больше времени, чтобы распасться, после предсказаний специальной относительности.
От одной только специальной относительности можно было бы подозревать, что эффекты - symmet rical: shipbound наблюдатель мог бы видеть те же самые эффекты в неускоренной справочной структуре, которую он передает. Как описано Ohanian (1989), эксперимент был выполнен в 1980-ых, чтобы определить, встречается ли расширение времени - замедление ускоренных часов - действительно. Два очень точных атомных часов были калиброваны на основании. Один оставался в месте, поскольку его близнец облетал вокруг мира на борту коммерческого реактивного лайнера. Когда два часов были позже сравнены, бортовые часы замедлились, как предсказано специальной относительностью.
Дополнительные релятивистские преобразования обобщают линейный импульс (MsVs для судна массы госпожа, двигающаяся в нерелятивистскую скорость Против) и кинетическая энергия (KE) (2MsV2s для нерелятивистского starship), для случая релятивистских скоростей. С точки зрения наблюдателя в Галактической справочной структуре линейный импульс и кинетическая энергия starship, перемещающегося в почти оптическую скорость, (Иссушает и др., 1977),
Psggrf = госпожа, srf 7Vsi KEs, grf = госпожа, srfc2 (7 - 1)	(9.2)
Осуществление 9.2. В выражении для релятивистской кинетической энергии в уравнении (9.2), сначала расширьте 7 использований бинома Ньютона, и подтвердите, что релятивистское кинетическое уравнение уменьшает до ньютонова кинетического уравнения для низких скоростей. Тогда подготовьте отношение релятивистских к ньютоновым кинетическим энергиям против Против для @s между 0.1 и 0.9.
134 Экзотических возможности
[Ch. 9
Много авторов (включая Маркса (1963), Пастух (1958) и Оливер (1990)) применили вышеупомянутые релятивистские преобразования к случаю релятивистской ракеты. Выражение для массового отношения релятивистской ракеты было получено:
Мы можем сравниться релятивистский с ньютоновыми массовыми отношениями, вычисленными, используя уравнение (4.4). Взятый выхлопная скорость 0.1 c и ценности @s (Vs/c) 0.1 и 0.2. В @s = 0.1, оба уравнения приводят почти к равным массовым отношениям 2.72. Для @s = 0.2, релятивистское массовое отношение 7.59, и ньютоново 7.2.
Осуществление 9.3. Как скоростные увеличения, релятивистские отношения массы ракеты становятся больше чем соответствующие ньютоновы массовые отношения. Проверьте это calculat отношениями массы луга для @s = 0.3 и 0.4.
Froning (1980), на квантовом прямоточном воздушно-реактивном двигателе, исследовал релятивистский kinematics этого космического корабля в его собственной ускоренной справочной структуре (srf). От уравнения Фронинга (6), квантовое ускорение прямоточного воздушно-реактивного двигателя в его собственной справочной структуре может быть соединяемым approxi:
то, где булавка, grf - межзвездная плотность массы иона в Галактической системе взглядов, ^scoop, grf - полевая область ramscoop в Галактической системе взглядов, MSssrf - масса судна в своей ускоренной справочной структуре, является эффективностью сплава преобразования массовой энергии, enf - эффективность передачи энергии в относящийся к космическому кораблю поток выхлопа иона, и fqr - отношение квантовой энергии за ион к энергии за ион, выпущенный от реактора сплава.
Нерелятивистская работа лазера ZPE обсуждена в Matloff (1997). Ньютоново ускорение лазера ZPE может быть выражено как Plaser / (Msc), где Plaser - лазерная власть, госпожа - масса судна, и c - скорость света. Релятивистская обработка kinematics этого космического корабля еще не была выполнена.
9.4	‘КАПУСТЫ И КОРОЛИ: ОБЩАЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ И КОСМИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ ВРЕМЕНИ
Общие релятивистские эффекты не могут быть проигнорированы в действительно точных обработках даже медленного межзвездного путешествия, потому что, поскольку Banfi (1998) указал, внутренняя отправная точка Солнечной системы для любой межзвездной экспедиции в пределах исковерканного космического времени, произведенного полем тяготения Солнца. Но такие обработки могли бы быть доводом "против" sidered 'капусты' общей относительности. 'Короли' релятивистского генерала

(9.3)

(9.4)
Секунда. 9.4]
‘Капусты и короли: Общая относительность и пространство-время деформируют 135
теория, конечно, пространство-время деформирует долго используемый как универсальные сокращения авторами научной фантастики. Космические понятия деформации относились к путешествию межзвездного пространства, были рассмотрены Передовым (1989), Matloff (1996), и Cassenti и Ringermacher (2000).
В то время как верно, что объект солнечной массы и размера деформирует ткань космического времени в его близости, намного более чрезвычайные условия обязаны строить машину времени или космический двигатель, способный к достижению звезд во времена намного меньше чем человеческая целая жизнь. Чтобы проявить такие условия, необходимо создать 'особенность' - место, где пространственно-временное искривление приближается к бесконечности (Кофмэнн, 1979). Чтобы сделать это гравитационно, создатель особенности должен построить 'черную дыру'.
Солнечно-массовые миллионом черные дыры, перенесенные от ранних эпох Вселенной очевидно, проживают в центре спиральных галактик, таких как наш Млечный путь. Меньшие массовые звездой черные дыры произведены как заключительный этап в развитии очень массивных звезд. Черная дыра формируется, когда гравитационная энергия черной дыры приближается к своей полной массовой энергии (см. Eardley и Прессу, 1975).
На горизонте случая черной дыры массовая плотность разваленного астрономического объекта (черная дыра) является настолько большой, что свет не может убежать. Заменяя скоростью света, c, для скорости спасения черной дыры, мы можем легко вычислить радиус Schwartzchild особенности:
R., »^	(9.5)
где Г - гравитационная константа, и Mcoll - масса черной дыры. Объекты в пределах горизонта случая черной дыры эффективно отступили от нашей Вселенной. У солнечно-массовой черной дыры есть радиус Schwartzschild приблизительно 1.5 км.
Осуществление 9.4. Сначала вычислите радиус Schwartzchild 106 солнечных масс черной дыры, подозреваемой в скрывании в центре Галактики Млечного пути. Тогда проверьте гипотезу, что вся Вселенная может быть черной дырой. Сделайте это, вычисляя радиус Schwartzchild вселенной, содержащей 3 x 1023 солнечно-массовых звезды, и подтверждая, что этот радиус приближает десятки миллиардов световых годов.
Если мы можем определить местонахождение удобной черной дыры, мы могли conceiveably использовать это, чтобы оставить нормальное пространство-время и взять сокращение через некоторое более высокое размерное гиперместо (‘отверстие червя’), при условии, что, что мы можем определить местонахождение соответствующей апертуры к нормальному месту (часто названный ‘белым отверстием’), понять запутанность гиперпространственного путешествия, и преодолеть такие неудобства как огромные периодические усилия, испытанные, поскольку мы приближаемся к радиусу Schwartzschild. Но эти проблемы, могло бы казаться, были бы несколько академическими, так как никакие черные дыры не были обнаружены в пределах космической близости нашей Солнечной системы.
Одним автором, который рассмотрел, как мы могли бы облегчить эту очевидную нехватку соседних звездно-массовых черных дыр, является Эйдриен Берри, который предложил в 1977 это
136 Экзотических возможностей
[Ch. 9
межзвездная ramjet/magsail технология (см. Главы 7 и 8) могла бы использоваться, чтобы создать искусственную звездно-массовую особенность. Ягода предполагает, что огромный флот прямоточных воздушно-реактивных двигателей мог 'пасти' межзвездную среду по обширному объему места около Солнечной системы, так, чтобы огромные количества межзвездного газа могли быть вызваны сходиться на том же самом пункте.
Несколько более немедленный предположения, что мы могли бы создать искусственную особенность, используя средства кроме силы тяжести. Alcubierre (1994) и Minami (1994) независимо предположили, что мы могли бы сделать эти магнитные поля использования много порядков величины, больше чем произведенные на Земле - еще больше чем те в поверхности нейтронной звезды или экзотических областей, которые могли бы быть проявлены от универсального вакуума. Суда Олкубирра и Минэми (если возможный) были бы выдвинуты или потянулись бы через Вселенную пузырем исковерканного пространства-времени.
Большое исследование все еще требуется прежде, чем мы сможем определить окончательную выполнимость двигателей деформации. Некоторое текущее исследование в этой области финансируется через Толчок Прорыва НАСА Office, направленный Марком Миллисом НАСА Гленн (прежде Льюис) Исследовательский центр. Одна цель этого исследования состоит в том, чтобы создать недолгую миниособенность в лаборатории, чтобы провести экспериментальное общее исследование относительности. Maccone (1995), Дэвис (1997) и Landis (1997) исследовали возможность строительства магнитно исковерканной области пространства-времени, которое удовлетворило бы решение Леви-Кивита общего релятивистского уравнения Эйнштейна.
Необходимое (gigagauss) магнитные поля могло быть произведено для крошечной фракции секунды новым поколением пульсировавших лазеров. Как описано Mourou и др. (1998), Перри (1996), и Перри и Mourou (1994), у этих устройств есть энергия около 1 000 J. Поскольку их продолжительность пульса - приблизительно 10-12 s, полномочия пульса 1015W возможны. Они - настольные устройства с затратами, приближающими 500 000 US$.
Исследователи толчка прорыва надеялись бы, что некоторый тип пространственно-временного эффекта гистерезиса позволит их миниособенности существовать для меньше больше чем 1012 s. Но какие-нибудь риски к этому исследованию?
В сентябре 1999, автор/журналист Фред Муди обсуждал, на Вебсайте (www.ABCNEWS.com <http://www. ABCNEWS.com>), его проблемы о выполнении миничерной дыры исследуют в земных лабораториях. Хотя это является очень невероятным, не полностью невозможно, что лаборатория произвела черную дыру, мог выжить дольше чем ожидаемый, расти чрезвычайно, и даже угрожать Земле. Как имеет место с исследователями ZPE, экспериментаторы черной дыры должны проверить свои предсказания очень, очень тщательно прежде, чем попытаться произвести их миниособенности.
9.1	‘КРЫЛАТЫЕ СВИНЬИ: НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ЭКЗОТИЧЕСКИЕ ИДЕИ
Были предложены много других нетрадиционных подходов к межзвездному путешествию. Здесь, мы рассматриваем несколько из них.
Miley (1997) - уважаемый плазменный физик от университета Иллинойса - рассмотрел свидетельство для аномальной энергии, произведенной, когда водород и атомы дейтерия загружены в твердые решетки при комнатной температуре. Первоначально
Секунда. 9.6]
Библиография 137
названный ‘холодный сплав’, такие anomolous результаты энергии указывают, что наше понимание низкой температуры ядерные и термоядерные реакции может быть неполным. Когда и если успешная теория этих эффектов появляется, существенные заявления для открытого космоса - толчок может стать очевидным.
Moeckel (1977) предположил, что 'лист толчка' радиоизотопов или способных к ядерному делению материалов мог произвести высоко определенные импульсы, если распад изотопа или расщепляет продукты, мог бы быть испущен в очень направленной манере. Может однажды быть возможно - как предложено Морганом (1999) - использовать направленную эмиссию нейтрино в той же самой манере.
Мы должны отнестись непредвзято ко всем этим идеям. Хотя 99 % предложений толчка прорыва могут быть сумасшедшими, другой 1 % может быть драгоценными камнями!
9.6 БИБЛИОГРАФИЯ
Alcubierre, M., ‘Двигатель Деформации: Гипербыстрое Путешествие В пределах Общей Относительности’, Классическое Квантовое Тяготение, 11, L73-L77 (1994).
Banfi, V., ‘Теория Релятивистского Полета на Облако Кометы Урта’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1998), стр 31-36.
Bekey, я., ‘Привязи Открытые Новые Космические Варианты, Астронавтика и Аэронавтика, 32-40 (апрель 1983).
Ягода, A., Железное Солнце, Warner, Нью-Йорк (1977).
Кэзимир, Х. Г. Б., ‘На Привлекательности Между Двумя Отлично Пластинами Проведения, Слушания Конинклиджк Недерлэндс Акэдеми ван Ветеншеппен, Амстердам, 51, 793-796 (1948). Cassenti, Б. Н. и Ringermacher, Х. Л., ‘Технические Двигатели Деформации, представленные на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Кэссэнова, Р. А., ‘Краткий обзор: Институт НАСА Продвинутых Понятий, представленных в НАСА / JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Хантсвилл, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Дэвис, E., ‘Толчок Индукции Червоточины (КНУТ)’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, N ЭЙСА) CP-1999-208694, редактор М. Миллис, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Eardley, Д. М. и Пресса, В. Х., ‘Астрофизические Процессы Около Черных дыр, Ежегодные Обзоры Астрономии и Астрофизики, 13, 381-423 (1975).
Eberlein, C., ‘Sonoluminescence как Квантовая Вакуумная Радиация’, Физические Письма Обзора, 76, 3842-3845 (1996a).
Eberlein, C., ‘Теория Квантовой Радиации, Наблюдаемой как Sonoluminescence’, Физический Обзор A, 53, 2772-2787 (1996b).
Вперед, Р. Л., ‘Дополнительные Источники энергии Толчка, AFRPL-83-067 (1983).
Вперед, Р. Л., ‘Извлекая Электроэнергию из Вакуума Cohesian Заряженных Лиственных Проводников, Физический Обзор B, 30, 1700-1702 (1984).
Вперед, Р. Л., ‘Космические Деформации: Обзор одной Формы Транспорта Propulsionless’, Журнал британского Межпланетного Общества, 42, 533-542 (1989).
Fowles, Г. Р., Аналитическая Механика, Пристанище, Rinehart и Уинстон, Нью-Йорк (1962).
138 Экзотических возможностей
[Ch. 9
Летающая тарелка, Р. Х. и Leifer, С. Д., ‘Оценка Вариантов Толчка для Межзвездной Миссии’, AIAA 98-3403 (1998).
Froning, Х. Д., ‘Требования Толчка для Кванта Межзвездный Прямоточный воздушно-реактивный двигатель’, Журнал британского Межпланетного Общества, 33, 265-270 (1980).
Froning, Х. Д., ‘Исследование Квантового Прямоточного воздушно-реактивного двигателя для Межзвездного Полета’, AIAA 81-1533 (1981).
Gallagher, Д. Л., Джонсон, Л., Moore, J. и Bagenal, F., ‘Электродинамический Толчок Привязи и Производство электроэнергии в Юпитере’, НАСА Техническая Публикация TP-1998-208475 (июнь 1998).
Genz, H., Небытие: Наука Пустого Места, Персеуса, Чтения, Массачусетс (1999).
Glanz, J., ‘Период Sonoluminescence’, Наука, 274, 718-719 (1996).
Haisch, B., ‘Область Нулевого пункта и Проблема НАСА Создать Космический Двигатель’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Кофмэнн III, В. Дж., ‘Черные дыры и Исковерканное Пространство-время’, Почетный гражданин, Сан-Франциско, Калифорния (1979).
Lamoreaux, С. К., ‘Демонстрация Кэзимира Форса в 0.6, чтобы 18:00 Расположиться’, Физические Письма Обзора, 78, 5-8 (1997).
Landis, G., "Магнитные Червоточины и решение Леви-Кивита Эйнштейна Экуэйшна’, Журнал британского Межпланетного Общества, 50, 155-157 (1997).
Maccone, C., ‘Межзвездное Путешествие Через Магнитные Червоточины, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 48, 453-458 (1995).
Иордания Maclay, G., ‘Руководство Проекта для Микромашин Используя Силы Кэзимайра: Prelimin ary Рассмотрения, представленные на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Mallove, Э. Ф., Огонь от Льда, Wiley, Нью-Йорка (1991).
Matloff, Г. Л., ‘Червоточины и Гипердвигатели, Ртуть: Журнал Астрономического Общества Tихого океана, 25, Номер 4, 10-14 (июль-август 1996). (Ртутный редактор Г. Массер поспособствовал этой бумаге, которая также содержит искусство Ударами C).
Matloff, Г. Л., ‘Энергия нулевых колебаний (ZPE) Лазерное и Межзвездное Путешествие’, в НАСА Прорываются через Слушания Семинара Физики Толчка, NASA/CP-1999-208694, редактора М. Миллиса, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Matloff, Г. Л. и Джонсон, Л., ‘Магнитный Серфинг: Переформулировка Закона Ленза и катионов Appli, чтобы Сделать интервалы между Толчком’, AIAA-2000-3338 (2000).
Маркс, G., ‘Механическая Эффективность Межзвездных Транспортных средств, Протоколы Astronautica, 9, 131-139 (1963).
Miley, G., ‘Возможное Свидетельство Аномальных Эффектов Энергии в Твердых частицах H/D-Loaded - Низкая Энергия Ядерные Реакции (LENRs)’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Millis, M., ‘Программа Физики Толчка Прорыва НАСА’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне, 2-ой Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Научным Космическим Миссиям, Г редактора. Genta, Levrotto & Bella, Турин, Италия (1998), стр 103-110.
Minami, Y., ‘Возможность Космического Толчка Двигателя’, IAA-94-IAA.4.1.658 (1994).
Moeckel, В. Э., ‘Понятие Толчка Листа толчка, используя Способные к ядерному делению Элементы, Журнал AIAA, 15, 467-475 (1977).
Mourou, Г. А., Барти, К. П. Дж. и Перри, Доктор медицины, ‘Лазеры Ультравысокой интенсивности: Физика Противоположности на Поверхности стола’, Физика Сегодня, 51, 22-28 (январь 1998).
Секунда. 9.6]
Библиография 139
Морган, Дж. А., ‘Толчок Нейтрино для Межзвездного Космического корабля’, Журнал британцев Предает планетарное Общество земле, 52, 424-428 (1999).
Noever, D. и Koczor, R., ‘Гранулированные Сверхпроводники и Сила тяжести’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Ohanian, Х. К., Физика, 2-ой edn, Нортон, Нью-Йорк (1989), Глава 41.
Оливер, Б. М., ‘Обзор Межзвездных Основных принципов Ракетной техники, Журнал британского Межпланетного Общества, 43, 259-264 (1990).
Перри, M., ‘Пересекая Порог Petawatt’, Обзор Науки и техники, 4-11 (декабрь 1996).
Перри, Доктор медицины и Mourou, G., ‘Terawatt на Лазеры Подпикосекунды Petawatt, Наука, 264, 917-924 (1994).
Puthoff, Х. Э., ‘Вакуум могут быть Спроектированы для заявлений космического полета?: Краткий обзор Теории и Эксперименты, на Семинаре Физики Толчка Прорыва НАСА Продолжается ings, NASA/CP-1999-208694, редактор М. Миллис, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Иссушает, Ф. В., Zemansky, М. В. и Молодой, Х. Д., университет Физика, Часть 1, 5-ый edn. Аддисон-Уэсли, Чтение, Массачусетс (1977), Глава 14.
Сьюард, C., ‘Толчок и Производство энергии, используя Электронный Спиральный Тороид’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Пастух, Л. R., ‘Межзвездный Полет’, в Фактах Космического полета, редактора Л. Дж. Картера, Путнэма, Лондон (1958).
Szames, A., Эффект Biefeld-Брауна, (на французском и английском языке), выпуски ASZ, Булонь, Франция (1998).
Winglee, R., Топь, J., Ziemba, T. и Гудсон, A., ‘Плазма Минимагнитосферы Propul sion (M2P2): Толчок Высокой скорости, Пересекающий под парусом Солнечный ветер’, представленный на Конференции 2000 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, январь 3 С 30 февралями, 2000.
Winglee, Р. М., Ziemba, T., Топь, J., Euripides, P. и Gallagher, D., ‘Лабораторное Тестирование Минимагнитосферной Плазменной Двигательной установки’, Толчок Плазмы Сферы (M2P2): Толчок Высокой скорости, Пересекающий под парусом Солнечный ветер’, представленный на Конференции 2001 STAIF, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, февраль 2001.
Yilmaz, H., ‘Новая Теория Тяготения и 5-ого Теста’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
Zhang, С. Н., Cui, W. и Chen, W., ‘Вращение Черной дыры в Наборах из двух предметов РЕНТГЕНА: Наблюдательные Последствия, Астрофизический Журнал, 482, L155-L158 (1997).
Zhang, С. Н., Yu, W. и Zhang, W., ‘Спектральные государственные Переходы в Акуиле X-1: Свидетельство для ‘Эффектов Пропеллера, Астрофизический Журнал, 494, L71-L74 (1998).
Также см. бумаги в специальном выпуске Журнала британского Межпланетного Общества, 52, Номер 9 (1999).

10
Из звезд, планет и жизни
И есть звезда в южном небе,
самая великолепная звезда, которую я когда-либо видел,
и я начинаю знать его имя,
Алфа Синтори
Роберт Ардри, африканское Происхождение (1961)
Независимо от того, как мы едем в звезды, мы должны изучить все, что мы можем об окружении ments окружающий эти отдаленные солнца. Только тогда можем мы посылать полномочия робота или начинать снабжать оборудованием суда, которые будут заняты первыми межзвездными пионерами человечества.
Если Подобные земле планеты будут редки в Галактике Млечного пути, то межзвездные экспедиции также будут нечастыми. Возможно только цивилизация, которой угрожает окончательная cata строфа упадка ее звезды, тогда делала бы попытку колонизации облака кометы соседней звезды.
Из-за их маленькой массы относительно вышестоящей инстанции и больших вовлеченных расстояний, мы еще не можем обнаружить Подобные земле миры, вращающиеся даже вокруг самых близких звезд. Но недавние открытия многих миров размера Юпитера, вращающихся вокруг соседних звезд, поощряют тех астрономов, которые мечтают о строительстве нового поколения телескопов, способных к отображению эти подозреваемые, дразнящие синие планеты.
10.1	КОРОТКАЯ ИСТОРИЯ ЭКСТРА-СОЛНЕЧНЫХ УСИЛИЙ ПО ОБНАРУЖЕНИЮ ПЛАНЕТЫ
В течение нескольких десятилетий астрономы попытались обнаружить планеты размера Юпитера, вращающиеся вокруг соседних звезд, наблюдая колебание в изображении звезды, произведенном гипотетическими невидимыми объектами меньше чем 1 % массы звезды и вращаясь вокруг той звезды. Чтобы получить разумно многообещающие результаты, используя эту астрометрическую технику, необходимо сконцентрироваться на очень около обедни без пения, высоко-надлежащих звезд движения. Сотни или тысячи фотографических изображений родственника положения близкой звезды
142 Из звезд, планет и жизни
[Ch. 10
к более отдаленным второстепенным звездам необходимы для астрометрической техники, чтобы работать (ван де Кэмп, 1967).
Работа кропотлива, и вычислительные требования являются исчерпывающими. Много непланетарных факторов могут замаскировать или подражать звездному колебанию, которое составляет приблизительно 1 arcsec ежегодно. Поэтому возможно не удивительно, что ранние объявления об обнаружениях планеты, оказалось, были ложными тревогами. Классическая ложная тревога имеет место Звезды Барнарда, бедное металлом, высоко-надлежащее движение красный карлик, который является второй самой близкой системой звезды к Солнцу. Как рассмотрено Диком (1996), Питер ван де Кэмп и Сара Липпинкотт, Обсерватории Sproul в Swarth-больше университета, проанализировали больше чем 2 000 фотографических изображений этой звезды, взятой, используя линзовый телескоп Sproul между 1916 и 1961. Они завершили, что один или два объекта, приблизительно массы Юпитера, вращались вокруг этой звезды. Хотя astronomi cal и относящиеся к астронавтике сообщества были весьма взволнованы об открытии, о котором объявляют, было конечно необходимо подтвердить, что это использующий фотографические пластины выставило в других обсерваториях. Это было предпринято в 1973 Джорджем Гэтевудом Обсерватории Allegheny и Генрихом Эикорном университета Южной Флориды, который оценил 241 пластину Звезды Барнарда, взятой в двух обсерваториях между 1916 и 1971. Колебание надлежащего движения не было подтверждено, и большинство астрометрических астрономов теперь полагает, что планеты Звезды поддельного Барнарда происходили из-за изменения ячейки стакана объекта телескопа Sproul в 1949.
Даже при том, что астрометрия была не в состоянии привести к первому подтвержденному экстра-солнечному открытию планеты, у астрономов была лучшая удача с другими подходами в течение 1980-ых и 1990-ых. Как рассмотрено Диком (1996), один подход, который привел к фруктам, был спектроскопическим обнаружением планеты, которое велось Брюсом Кэмпбэлом университета Британской Колумбии в течение 1980-ых.
Чтобы обнаружить экстра-солнечную планету spectroscopically, необходимо наблюдать спектр первичной звезды планеты, поскольку планета и звезда вращаются вокруг их общего центра массы. Изменение Doppler спектральных линий, вызванных гравитационным рывком большой планеты на его более массивные предварительные выборы, может быть обнаружено с достаточно секретным снаряжением. Звездные радиальные скоростные изменения приблизительно 10 миллисекунд - в настоящее время заметное использование этого подхода.
Другое существенное открытие 1980-ых, как рассмотрено Croswell (1997), было инфракрасным отображением космического телескопа предпланетарного околозвёздного кольцевого encir пыли, цепляются некоторые молодые соседние звезды. Поблизости главные звезды последовательности, обладающие этими кольцами пыли, включают Pictoris, e Eridani, Fomalhaut и Vega.
Но первые подтвержденные открытия экстра-солнечных планет в течение начала 1990-ых не сопровождали такие хорошие, устойчивые звезды. Как рассмотрено Рыбаком и Рыбаком (1998), эти странные планеты вращаются вокруг пульсаров, следующих из сверхновой звезды исключая plosions, и были обнаружены вызванными планетой изменениями в радио-эмиссии от центральных пульсаров. Даже при том, что имеющие жизнь миры очень маловероятны в чрезвычайной окружающей среде таких звездных кладбищ, эти открытия указали, что экстра-солнечные планеты должны действительно быть распространены в пределах нашей Галактики.
Наконец, радиальные скоростные измерения соседних Подобных солнцу звезд начали приносить плоды в середине 1990-ых. Две ищущих планету команды - один в Швейцарии, возглавляемой Мишелем Мэором Женевской Обсерватории (мэр и др., 1997), и один при Облизывании
Секунда. 10.2]	Методы отображения экстра-солнечные планеты 143
Обсерватория, направленная Джеффом Марси государственного университета Сан-Франциско (Дворецкий и Марси, 1997) - начала обнаруживать первую из множества больших экстра-солнечных планет. Некоторые из этих миров проживают в солнечных системах более или менее как наше собственное; другие вращаются вокруг своих родительских звезд в очень кратких путях; и все еще другие - неожиданный класс ‘горячего Юпитера’ - гигантские планеты, вращающиеся вокруг десяти миллионов километров или так от первичной звезды. Эти две группы были в состоянии подтвердить открытия друг друга. Большинство signifi cantly - как описано Боссом (1996) - Космический телескоп Хабблa был в состоянии сфотографировать коричневого карлика (промежуточное звено объекта в размере между подобной Юпитеру планетой и крошечной звездой), который был обнаружен, вращаясь вокруг соседнего красного карлика Глиса 229. Эта фотография была первым независимым подтверждением радиального скоростного метода обнаружения планеты.
В 1999 другая ратификация этого подхода появилась. Как описано Джоном Нобелем Вилфордом в выпуске 16 ноября 1999 Нью-Йорк Таймс, и Шиллингом Govert в проблеме 19 ноября 1999 Науки, тень гигантской планеты, чья орбита вокруг HD 209458 (Подобная солнцу звезда 153 световых года, отдаленные в созвездии Пегас) проходы непосредственно между родительской звездой и нашим Солнцем каждые 3.5 дня, наблюдалась photometrically, как предсказано радиальными движениями той звезды.
Мы можем обнаружить большого Юпитера, использующего радиальные скоростные измерения (и возможно астрометрия), но еще не может изображение их вращающийся вокруг нормальных звезд. Браун затмевает, был imaged, как имеет возможную гигантскую планету 'жулика', очевидно изгоняемую из двойной системы звезды (Шиллинг, 1999a, b). Это - только вопрос времени, пока следующее поколение космических и земных телескопов не преуспевает в отображении extrasolar планета подобного Юпитеру или даже земного размера.
10.2	МЕТОДЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ЭКСТРА-СОЛНЕЧНЫЕ ПЛАНЕТЫ
Технические проблемы отображения экстра-солнечные планеты еще больше чем таковые отдаленно рассматривающий околоземные объекты (NEOs) (обсужденный в Главе 1). Мало того, что планета очень слаба и очень далеко от нас, но именно в близости к объекту, приблизительно эквивалентно нашему Солнцу относительно сияющей эмиссии.
Есть три основных подхода к отображению экстра-солнечная планета или коричневый карлик, вращающийся вокруг главной звезды последовательности. Все они пытаются или уменьшить полученную звездную сияющую эмиссию или увеличить полученную планетарную сияющую эмиссию. Эти подходы должны использовать очень большую апертуру телескопа, чтобы использовать меньший телескоп с затемняющей 'маской', чтобы покрыть центральное изображение первичной звезды объекта, и выбрать спектральные области, в которых увеличена сияющая эмиссия планеты. Эти стратегии, конечно, не mutully исключительный.
Одно из первых предложений было одним О'Неилла (1968), кто предложил постройку орбитального множества зеркал с разделением больше чем 100 м. и эффективной властью решения приблизительно 25 x тот из 5-m размышляющий телескоп на Горе Пэломэр в южной Калифорнии. Как показано в иллюстрации 10.1, у всех элементов такого орбитального интерферометра с высокой разрешающей способностью был бы общий центр. Хотя у устройства было бы намного меньше собирающей свет власти, чем тело отражает 100 м. в диаметре, было бы очень легче построить и поддержать. Как обсуждено
144 Из звезд, планет и жизни	[Ch. 10
Центр

Иллюстрация 10.1. Оптический интерферометр, состоя из многих широко отделенных зеркал с общим центром.

Затемняющий объект	Звезда
Космический телескоп (с солнечными группами)
Иллюстрация 10.2. Использование затемняющего диска для того, чтобы увеличить наблюдательность экстра-солнечной планеты.
ниже, проблемы решения планет, вращающихся вокруг других звезд, были недооценены О'Неиллом и другими ранними авторами.
Даже меньший космический телескоп мог быть использован как экстра-солнечный блок формирования изображений планеты, если бы затемняющий диск некоторого вида использовался, чтобы частично замаскировать свет от первичной звезды (иллюстрация 10.2). Эта идея была сначала исследована для заявления к Космическому телескопу Хабблa (HST) астрономом НАСА Нэнси Роман в 1959, и была позже разработана в газетах Fennelly и др. (1975) и Эллиот (1978). Если ранние предположения на звездном планетой контрасте были правильны, HST мог бы обнаружить по крайней мере планеты размера Юпитера, вращающиеся вокруг соседних звезд при использовании самоходного occulters, затемняющих фильтров в оптическом пути телескопа, или даже члена Луны. Такое затемняющее устройство уменьшает свет, полученный оборудованием отображения от первичной звезды, блокируя центральную часть изображения звезды. Так как планета будет наблюдаться во внешних краях Воздушного образца дифракции звезды, продвинутые методы обработки изображения обязаны рассматривать планету, даже со звездным затенением.
Основные бумажные рассматривающие различные подходы к экстра-солнечному отображению планеты были изданы Более едким и др. (1986). Когда отображение планета, движущаяся по кругу в близости отдаленной звезды, значимый фактор - Программный процессор на сервере, яркостный контраст планеты к звездному свету в полученном изображении. Это может быть приближено в пределах короткого наблюдения
Секунда. 10.2]
Методы отображения экстра-солнечные планеты 145
длина волны (коротковолновая) и длинная длина волны наблюдения (lw) использование уравнений:
2Rplanet ^	(он
! t-s
d2
B, p. „. ~ (	, 1-^-> a|	(10.1)
4 ^planet-star/	\С-
B „М. ~	, (он <Л	(10.2)
L star^star	эффективность \RL, планета /
где Pplanet и Pstar - соответственно планета и радиусы звезды, Lstar - поверхность звезды (или эффективное абсолютно чёрное тело) температура в степенях K, Leff, планета - эффективная планета или температура абсолютно черного тела в степенях K, ^planet, звезда - звездное планетой разделение, e - скорость света, k является константой Болцмэнна (1.38 x 10-23 джоуля/степени K), h - константа Планка (6.63 x 10-34 Секунды джоуля), и A - длина волны наблюдения в метрах. Для случая нашего Солнца и Земли с, соответственно, эффективные температуры 6 000 k и 300 K, коротковолновое приближение точно для длин волны короче чем приблизительно 2.4 ^, и lw приближение точно для длин волны дольше чем приблизительно 50 ^.
Осуществление 10.1. Оцените диапазоны применимости для уравнений (10.1) и (10.2) для случая Подобных Юпитеру планет (Leff, планета = 125 K) орбитальные звезды с поверхностными температурами 4 000, 6 000 и 7 000 k.
Как обсуждено и Более едким и др. (1986) и Черным (1980), правильная версия критерия Рэлея относилась к планетарным урожаям обнаружения выражение за угловое разделение между планетой и ее намного более яркой первичной звездой, которая обнаружима:
3.56 x 104A	.in„,
Ав =	17-	arcsec	(10.3)
Программный процессор на сервере Rtele
где Rtele - эффективная апертура телескопа в метрах.
Осуществление 10.2. Предположите, что Вы наблюдаете экстра-солнечную планету с космическим телескопом радиуса на 50 м. в длине волны 1 ^. Сначала оцените яркостный контраст планеты относительно его первичной звезды, используя уравнение (10.1), если радиус планеты составляет 6 000 км, и это 1AU от его звезды. Тогда используйте уравнение (10.3), чтобы вычислить обнаружимое разделение планеты от ее первичной звезды. На расстоянии 1 парсека (3.26 световых года) от Солнца, у Земли будет угловое разделение от Солнца 1 arcsec. Каково максимальное расстояние, на котором этот телескоп мог отделить Подобную земле планету от своих Подобных солнцу предварительных выборов?
146 Из звезд, планет и жизни
[Ch. 10
Один возможный подход к экстра-солнечному отображению планеты в ближайшем будущем был рассмотрен Рыбаком и др. (1997). Много высотных земных интерферометров с основаниями, достаточными, чтобы решить поблизости экстра-солнечные планеты в инфракрасном, начали операцию, или сделают так в ближайшем будущем. Используя спекл - интерферометрию (в котором наблюдения за лазером, отраженным от верхних атмосферных слоев Земли, используются, чтобы исправить для атмосферной бури) и адаптивная оптика (в котором телескоп исправляет внутренне для изменений в 'наблюдении'), Подобные Юпитеру или даже Подобные земле планеты, вращающиеся вокруг самых близких звезд, могут скоро быть imaged, использующим эти телескопы. Катионы Appli адаптивной оптики были рассмотрены Томпсоном (1994). Макэлистер (1977) описал использование спекл - интерферометрии в обнаружении планеты.
В 1997, Ричард Террайл и Христос Фтэклас предположили, что инфракрасный телескоп на 1.5 м., установленный в поднимаемой на аэростате обсерватории и, оборудовал соответствующим затемняющим оборудованием, мог изображение Подобные Юпитеру миры, вращающиеся вокруг соседних звезд. Преимущество инфракрасного телескопа с этой целью состоит в том, что Подобные солнцу звезды излучают только маленькую фракцию своей энергии в инфракрасном диапазоне, в то время как планеты повторно излучают большую часть своей поглощенной солнечной энергии в инфракрасном диапазоне электромагнитного (ИХ) спектр.
В 1996, Джефф Ван Клев и его коллеги предположили, что даже очень скромный инфракрасный космический телескоп мог нанести на карту разбросанную эмиссию от объектов Солнечной системы и служить испытательным стендом для более сложных инфракрасных космических телескопов к фактически изображению Подобные земле и Подобные Юпитеру планеты, вращающиеся вокруг соседних звезд. Но как описано Ювелиром (1996), окончательный краткосрочный инфракрасный экстра-солнечный блок формирования изображений планеты мог бы быть установленным космическим кораблем интерферометром с разделениями зеркала столь же большими как 1 км, определил местонахождение 3-4 AU от Солнца. Проблема поддержания выравнивания зеркала терпимости миллимикрона отдаленно по таким расстояниям не состоит в том, чтобы быть минимизирована!
Размер инфракрасных космических интерферометров, посвященных экстра-солнечному отображению планеты, может быть уменьшен с заявлением соответствующих затемняющих устройств. Сам продвигал проект occulter, был обсужден в литературе многим астроном omers, включая Marchal (1985) и Иордания и др. (1999), кто предложил применить эту технологию к Космическому телескопу Следующего поколения (NGST).
10.3	ЭКСТРА-СОЛНЕЧНЫЕ ПЛАНЕТЫ НАШЛИ ДО НАСТОЯЩЕГО ВРЕМЕНИ ТУ ОРБИТУ ПОДОБНЫМИ СОЛНЦУ ЗВЕЗДАМИ
Невозможно обеспечить современный обзор всех планет, которые были покрытыми орбитальными соседними звездами скидки, и читатель должен поэтому иметь в виду, что эта секция основана на доступных данных обнаружения планеты в декабре 2003. Без сомнения, много новых миров будут добавлены к списку к тому времени, когда эта книга издана.
Обнаруженные экстра-солнечные планеты, сведенные в таблицу здесь, являются последними подтвержденными планетами (с одним отмеченным исключением) на декабрь 2003. Они - все от Eneyelopedia Планет Extrasolar, вебсайт (<http://www.obspm.fr/planets>) поддержанный Жаном Шнайдером Обсерватуара де Пари.
Стол 10.1 представляет 'более или менее нормальные' солнечные системы, которые были обнаружены и подтвердили сопровождение поблизости Подобные солнцу звезды. По крайней мере часть из
Секунда. 10.3]	Экстра-солнечные планеты нашли до настоящего времени что орбита Подобные солнцу звезды 147
Стол 10.1. Подтвержденные 'нормальные' экстра-солнечные солнечные системы (декабрь 2003).
Название звезды
Звезда спектральный класс
Звездная солнцем
разделение
Минимальная масса планеты (в массах Юпитера)
Планета звезды
разделение
Планета орбитальный период (дни)
HD37124
G4V
33 парсека
0.75
0.54 AU
152.4

1.2 +
2.5
1 495
HD104985
G9III
102
6.3
0.78
198.2
HD12661
G6V
37.2
2.30
0.83
263.6

1.57 ++
2.56
1,444.5
HD28185
G5
39.4
5.6
1.0
385
HD114783
K0
22
0.9
1.2
501.0
HD23079
F8/G0V
34.8
2.61
1.65
783.5
HD10697
G5IV
30
6.12
2.13
1 078
47 UMa
G0V
13.3
2.41
2.10
1 095

0.76 ++
3.73
2 594
HD70642
G5IV-V
29
2.0
3.3
2 231
HD27442
K2IVa
18.1
1.28
1.18
423.8
Примечания: +eccentricity = 0.69; неопределенная оригинальность ++. Для членства в этом классе по крайней мере одна планета в системе> 0.3 AU от звезды с оригинальностью <0.1.
планеты, вращающиеся вокруг звезды, должны быть в орбитах, приближающих планеты в нашей Солнечной системе, определенной средним звездным планетой разделением> 0.3 AU и планетарные орбитальные оригинальности <0.1, чтобы приобрести квалификацию этого списка. Значение звездных спектральных классов обсуждено в следующей секции этой главы.
Из этих 10 звезд с подтвержденными планетами, перечисленными в Столе 10.1, 7, спектральный Г класса, 2 K звезд, и каждый или поздно F или ранний Г. У трех из звезд в этой распечатке есть больше чем один планетарный компаньон.
Одна обнаруженная, но в настоящее время неподтвержденная соседняя солнечная система, которая может в конечном счете оценить включение в Стол 10.1, является 1996 астрометрическим открытием Джорджем Гэтевудом одного или более jovians вращение вокруг одной из самых близких звезд, Lalande 21185, в 8.5 световых годов от Солнца. Если 90 %, планета массы Юпитера действительно вращается вокруг этой звезды каждые 5.8 лет, такая соседняя солнечная система, могут обеспечить интересную цель для ранней межзвездной миссии исследования (Кларк, 1999).
Известный и подтвержденный ‘близкий Юпитер’ представлен в Столе 10.2. Каждая из этих планет ближе чем 0.3 AU к ее первичной звезде, и имеет орбитальную оригинальность меньше чем 0.1.
Близкий Юпитер является более многочисленным в образце чем 'нормальные' солнечные системы. В этом табулировании есть 20 звезд, у двух из которых есть больше чем один подтвержденный планетарный компаньон.
Заключительный класс подтвержденных extrasolar планет - ‘эксцентричный Юпитер, у которого есть орбитальная оригинальность, больше чем 0.1. Подтвержденные члены этого класса перечислены в Столе 10.3.
Из больше чем 100 подтвержденных экстра-солнечных планет или солнечных систем, только приблизительно 10 % находятся в путях, примерно напоминающих таковые из планет Солнца. Самое распространенное
148 Из звезд, планет и жизни	[Ch. 10
Стол 10.2. Системы с подтвержденным ‘близким Юпитером’ (декабрь 2003).
Название звезды
Звезда спектральный класс
Звездная солнцем
разделение
Минимальная масса планеты (в массах Юпитера)
Планета звезды
разделение
Планета орбитальный период (дни)
HD73256
G8/K0
36.5 парсеки
1.85
0.037 AU
2.55
HD83443
K0V
43.5
0.41
0.04
2.99
HD46375
K1IV
33.4
0.25
0.04
3.02
HD179949
F8V
27
0.84
0.045
3.09
HD187123
G5
50
0.52
0.042
3.10
т Шиканье
F7V
15
3.87
0.046
3.31
КОММУТАЦИОННАЯ ДОСКА 103166
G4V
-
0.48
0.046
3.49
HD75289
G0V
28.9
0.42
0.046
3.51
HD209458
GOV
47
0.69
0.045
3.52
HD76700
G6V
59.7
0.20
0.049
3.97
51 Ориентир
G2IV
14.7
0.46
0.051
4.23
v И
F8V
13.5
0.69
0.059
4.62

1.19 +
0.829
241.5

3.75 ++
2.53
1 284
HD49674
G5V
40.7
0.12
0.057
4.95
HD168746
G5
43.1
0.23
0.065
6.40
HD130322
K0V
30
1.08
0.088
10.72
55Cnc
G8V
13.4
0.84
0.11
14.65

0.21*
0.24
44.28

4.05 **
5.9
5 360
Gl86
K1V
11
4
0.11
15.78
HD192263
K2V
19.9
0.72
0.15
24.35
HD195019
G3IV-V
20
3.43
0.14
18.3
p CrB
G0V или G2V
15-18.4
1.04
0.22
39.85
Примечания: +eccentricity (ecc) = 0.28; ++ ecc = 0.27; *ecc = 0.34 (?); ** ecc = 0.16. Для членства в этом классе, расстояние планет <0.3 AU от первичного; оригинальность планеты <0.1.
тип планеты в образце - эксцентричный Юпитер. Но потому что только минимальные массы планеты известны в настоящее время, часть эксцентричного Юпитера, может оказаться, коричнева, затмевает, а не гигантские планеты.
Не известно, типично ли статистическое расстройство типов планеты в образце для Вселенной или функции радиальной скоростной технологии обнаружения планеты niques. Другая тайна - большое количество близкого Юпитера в образце. Возможно, как размышлял Марри и др. (1998), две гигантских формы планет друг близко к другу при определенных условиях. Можно было бы быть выслан из младенческой солнечной системы или брошен в эксцентричную орбиту, и ее компаньон мог бы быть выдвинут гравитационным, предают действие земле с ее гигантским компаньоном близко к родительской звезде. Как обсуждено Эриком Сэндкуистом (1999), возможно некоторые звезды фактически 'глотают' очень близкого Юпитера при определенных условиях.
Но возможно самая захватывающая тайна о наших звездных соседях - вероятность имеющих жизнь миров. Планеты конечно там, возможно двигаются по кругу
Секунда. 10.4]	Насколько обычный имеющие жизнь миры? 149
Стол 10.3. Системы с подтвержденным ‘эксцентричным Юпитером’ (декабрь 2003).
Звезда спектральный класс названия Звезды
Звездная солнцем
разделение
Минимальная масса планеты
(в массах Юпитера)
Планета звезды
разделение
Планета орбитальный период (дни)
Оригинальность
HD108147 F8/G0V
38.6 парсеки
0.41
0.104 AU
10.90
0.498
HD74156 G0
64.6
1.86
0.294
51.64
0.636

> 6.17
3.40
20.25
0.583
HD168443 G5
33
7.7
0.29
58.12
0.529

16.9
2.85
1,734.0
0.228
HD3651 K0V
11
0.2
0.284
62.23
0.63
HD80606 G5
58.4
3.41
0.439
111.8
0.927
Gl3021 G6V
17.6
3.21
0.49
133.8
0.505
HD82943 G0
27.5
0.88
0.73
221.6
0.54

1.63
1.16
444.6
0.41
HD177830 K0
59
1.28
1.00
391
0.43
HD4203 G5
77.5
1.65
1.09
401
0.46
HD210277 G0
22
1.28
1.10
437
0.45
HD147513 G3/G5V
12.9
1.0
1.26
540.4
0.52
HIP75458 K2III
31.5
8.64
1.34
550.7
0.71
HD222582 G5
42
5.11
1.35
572
0.71
HD65216 G5V
34.3
1.21
1.37
613.1
0.41
HD160691 G3IV-V
15.3
1.7
1.5
638
0.31

1?
2.3?
1 300?
0.8?
HD141937 G2/G3V
33.5
9.7
1.52
653.2
0.41
16 Cyg B G2.5V
21.4
1.69
1.67
798.9
0.67
HD213240 G4V
40.7
4.5
2.03
951
0.45
HD190228 G5IV
66.1
4.99
2.31
1 127
0.43
HD2039 G2/G3IV/V
89.8
4.85
2.19
1 193
0.68
HD50554 F8
31.0
4.9
2.38
1 279
0.42
HD106252 G0
37.4
6.81
2.61
1 500
0.54
HD39091 G1IV
20.6
10.35
3.29
2 064
0.62
HD33636 G0V
28.7
9.28
3.56
2 448
0.53
e Edidani K2V
3.2
0.86
3.3
2 502
0.608

0.1?
40?
280 лет?
0.3?
Примечания: Для членства в этом классе у планет должны быть оригинальности> 0.4.
большинство звезд в космосе; но сколько из них миры, на которые мы могли жить, и сколько, возможно, развило более высокую собственную жизнь?
10.4	НАСКОЛЬКО ОБЫЧНЫЙ ИМЕЮЩИЕ ЖИЗНЬ МИРЫ?
Чтобы оценить относительную частоту имеющих жизнь миров в галактике, хорошая отправная точка - Херцспранг-Рассел (H-R) диаграмма звездной классификации и развития (иллюстрация 10.3). Звездные спектральные классы далее подразделены на
150 Из звезд, планет и жизни
[Ch. 10

О	В		F	Г	К	М.
Спектральная Классификация
30 000	10 000	6 000	3 000
Иллюстрация 10.3. Диаграмма Херцспранг-Рассела, показывая спектральные классы, поверхностная темпера tures, классы яркости и солнечное развитие.
От Э. Чэйсона и С. Макмиллэна, Астрономии, второго выпуска, Прентис Хол (1998).
подклассы (например, самые горячие звезды Г - G0, и самым прохладным является G9). Солнце в настоящее время - главный карлик последовательности G2V. Это было на главной последовательности приблизительно для 5 x 109 годами, и отбудет из главной последовательности приблизительно 5 x 109 лет в будущем, расширяясь сначала, чтобы стать подгигантом Класса IV (промежуточное звено в диаграмме H-R между классами III и V яркости) и продолжить расширяться, пока это не становится гигантом.
Гиганты не хорошие места действия, чтобы искать экстра-солнечные имеющие жизнь миры, частично потому что звезда остается в этой фазе в течение только приблизительно 108 лет. После отъезда из гигантской фазы в отдаленном будущем наше Солнце будет использовать большинство своих термоядерных топливных запасов. Это заключит контракт и уменьшится в яркости, пересечет главную последовательность снова, и закончит свою карьеру как подлюминесцентную белую карликовую звезду, в более низком левом углу диаграммы H-R.
Больше чем половина звезд в небе является наборами из двух предметов. Столь же рассмотренный в Главе 2, некоторые наборы из двух предметов, такие как наш почти сосед у Centauri могут быть имеющие жизнь миры, вращающиеся вокруг любого из двойных участников.
У горячих, массивных звезд О есть главная жизнь последовательности только нескольких миллионов лет, но М. прохладной, обедни без пения звезд проживают на главной последовательности столько, сколько 1012 лет. Астрономы долго подозревали, что у F, Г и звезд К есть достаточно длинная главная целая жизнь последовательности (миллиарды лет) для имеющих жизнь миров, чтобы развиться. Однако, пригодные для жилья планеты, вращающиеся вокруг М. звезд, считали маловероятными из-за близости
Секунда. 10.4]	Насколько обычный имеющие жизнь миры? 151
Стол 10.4. Самые близкие соседние звезды, которые могли бы обладать пригодными для жилья планетами.
Название Starn
Спектральный класс
Расстояние
Пригодная для жилья вероятность планеты
Centauri A
G2V
4.3 световые годы
0.054
Centauri B
K6V
4.3
0.057
e Eridani *
K2V
10.7
0.033
т Ceti
G8V
11.9
0.036
70 Ophiuchi A
K1V
16.7
0.057
ц Cassiopeiae A
GOV
19.2
0.057
Draconis
K0V
18.5
0.036
36 Ophiuchi A
K2V
17.7
0.023
36 Ophiuchi B
K1V
17.7
0.020
ЧАС 7703 A
K3V
18.4
0.020
S Pavonis
G6V
18.8
0.057
82 Eridani
G5V
20.3
0.057
fl Hydri **
G2IV
20.5
0.037
ЧАС 8832 ***
K3V
21.4
0.011
Все вероятности от пособия С. Х., Планет для Человека (1964). Кроме где отмечено, все спектральные типы и звездные расстояния от Э. Ф. Маллова и Г. Л. Мэтлоффа, Руководство Starflight (1989). * Пригодная для жилья вероятность планеты может быть намного ниже, поскольку звезда очень молода.
** Планеты могут быть непригодными для жилья, поскольку звезда оставила главную последовательность. Звезда спектральный класс от Dravins
и др.
*** Звезда спектральный класс и расстояние от Пособия.
из таких планет к прохладной родительской звезде. Но недавние компьютерные модели планетарной обитаемости, о которой сообщает Kasting и др. (1993) и Doyle и др. (1995), указывают, что пригодные для жилья миры, вращающиеся вокруг М. типа, который затмевает главная последовательность, не невозможны.
Как обсуждено в Главе 2, измерениях ecosphere - lifezone - вращение вокруг главных звезд последовательности, возможно, было серьезно недооценено. Если не - звездные источники высокой температуры затрагивают планеты, или спутники, далекие от звезды - как, могут иметь место для спутника Юпитера Европа - те миры могли поддержать жизнь. Вычисления пригодных для жилья вероятностей планеты для соседних звезд, изданных Пособием (1964a, b), могут поэтому быть очень недооценены. Результаты пособий воспроизведены в Столе 10.4. Хотя его оценки вероятности вообще вероятно слишком низки, две соседних звезды должны быть удалены от его списка. Как обсуждено ранее в этой главе, пред-планетарный диск наблюдался вокруг e Eridani, который указывает, что эта звезда вероятно слишком молода для пригодных для жилья планет, чтобы развиться. Как обсуждено Dravins и др. (1998), fl Hydri очевидно закончил свою главную карьеру последовательности и должен быть повторно классифицирован как подгигант. Пригодные для жилья планеты вряд ли будут вращаться вокруг такого в возрасте, расширяя звезду.
Недавнее внимание было также посвящено возможности пригодных для жилья планет в системе Алфы Синтори. Whitmire и др. (1998) математически утверждали, что пригодное для жилья формирование планеты в широко отделенных двойных звездных системах, таких как Алфа Синтори не устранено. Так как у Endl и др. (2001) есть наблюдательно демон strated, что близкий Юпитер не посещает ни одно из солнц Centauri, возможности пригодной для жилья планеты остаются благоприятными.
152 Из звезд, планет и жизни
[Ch. 10
10.5	TERRAFORMING: СПОСОБ УВЕЛИЧИТЬ РАЗНОГЛАСИЯ
В то время как вероятность обнаружения имеющего жизнь мира, вращающегося вокруг данной звезды, может быть несколько больше чем пригодные для жилья вероятности планеты Пособия, перечисленные в Столе 10.4, это ни в коем случае не гарантируют, что люди могли выжить без скафандров на всех имеющих жизнь мирах. Верно, что человеческая колония могла выжить на Марсе и возможно на Европе, но будет необходимо для колонистов жить метрополитен или под геодезическим куполом и быть поддержанным закрытой экологической системой.
Чтобы улучшить вероятность межзвездного следования колонии, мы должны изучить искусство ‘terraforming’ - изменение окружающей среды планеты, чтобы удовлетворить нашим вкусам. В научной фантастике terraforming быстр и легок; но как обсуждено Fogg (1995), чтобы отдать Подобную Марсу планету, удобную для человеческих колонистов, будет проект длиной встолетия.
Некоторые предложили, чтобы terraforming методы использовали грубую силу. Колонисты могут направить кометы, чтобы бомбардировать сухой, Подобный Марсу мир, чтобы произвести вполне достаточные океаны; другая технология niques является более тонкой - огромные, основанные на месте солнечные паруса могут использоваться как отражатели или зонтики, чтобы изменить количество инсоляции, полученной планетой. Биологическая технология niques включает генетически измененные организмы, чтобы преобразовать тонкую атмосферу CO2 в кислород, используя фотосинтез.
Поскольку terraforming будет отнимающим много времени и потребует большое местное испытание Инда и биологическую основу, путешественники звезды могут выбрать путешествовать в огромном, замедлять worldships, а не в маленьком, быстро starships. В течение столетий или тысячелетий, которые очевидно обязаны достигать успешного terraforming, колонисты могли бы хотеть продолжать жить в большом, удобном и хорошо укомплектованном судне, которое несло их предков от Земли.
Но есть этический вопрос, который будет рассматриваться здесь. Уместно для людей изменить окружающую среду, к которой приспособилась иностранная, примитивная жизнь?
10.6	БИБЛИОГРАФИЯ
Черный, Д. К., ‘В поисках других Планетарных Систем, Обзор Космических исследований, 25, 35-81 (1980).
Босс, А. P., ‘Планеты Extrasolar, Физика Сегодня, 49, Номер 9, 32-38 (сентябрь 1996).
Дворецкий, Р. P. и Марси, Г. В., ‘Поиск Планеты Обсерватории Облизывания’, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 331-342. Кларк, S., Планеты Extrasolar: Поиск Новых Миров, Wiley-практики, Chichester, Великобритания (1998).
Croswell, K., Поиски Планеты, Свободная пресса, Нью-Йорк (1997).
Дик, С. Дж., Биологическая Вселенная, издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк (1996).
Пособие, С. Х., Пригодные для жилья Планеты для Человека, Блэйсделла, Нью-Йорк (1964a).
Пособие, С. Х. и Асимов, я., Планеты для Человека, Случайного Дома, Нью-Йорка (1964b).
Doyle, L., Billingham, J. и Devincenzi, D., ‘Околозвёздные Пригодные для жилья Зоны: Краткий обзор’, IAA-95-IAA.9.1.03 (1995).
Секунда. 10.6]
Библиография 153
Dravins, D., Lindgren, L. и VandenBerg, Д. А., ‘Бета Hydri (G2IV): Пересмотренная Оценка Возраста для Самого близкого Подгиганта’, Астрономия и Астрофизика, 330, 1077-1079 (1998).
Эллиот, Дж. Э., ‘Прямое Отображение Экстра-солнечных Планет с Постоянными затенениями, Рассматриваемыми Космическим телескопом’, 35-летний Икэрус 156-163 (1978).
Endl, M., Kurster, M., Els, S., Hatzes, А. П. и Cochran, В. Д., ‘Программа Поиска Планеты в ESO Coude Спектрометр Эшели. II. Система Centauri: Пределы для Планетарных Компаньонов, Астрономия и Астрофизика, 374, 675-681 (2001).
Fennelly, А. Дж., Matloff, Г. Л. и Frye, G., ‘Фотометрическое Обнаружение Планет Extrasolar, используя Телескопы L.S.T.-типа, Журнал британского Межпланетного Общества, 28, 399-404
(1975).
Рыбак, Д. E. и Рыбак, М. Дж., Незнакомцы Ночью, Контрапункт, Вашингтон, округ Колумбия (1998).
Рыбак, Р. J., Houstan младший, Дж. Б. и Stuhlinger, Т. В., ‘Инфракрасные Интерферометры для Обсервинга Экстрэзолэра Плэнетс'а, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 367-373.
Fogg, М. Дж., Terraforming: Техническая Планетарная Окружающая среда, Общество Автомобильных Инженеров, Варрендэйла, ПАПЫ (1995).
Gatewood, G., ‘Возможная Планета в Lalande 21185’, американец Бюллетеня Астрономическое Общество, 28, 885 (1996).
Gatewood, G. и Eichorn, H., ‘Неудачный Поиск Планетарного Компаньона Звезды Барнарда (BD+4 3561), Астрономический Журнал, 78, 769-776 (1973).
Ювелир, Д., ‘Ища Странные Новые Миры, Наука, 271, 588 (1996).
Иордания, Дж. Э., Schultz, А. Б., Шрёдер, D., Олень, Х. М., Bruhweiler, F., Фрэклли, D., Гамильтон, F., DiSanti, М., Melodi, R., Cheng, K.-P., Miskey, C., Kochte, М., Джонсон, Б. и Сами, Ф. М., ‘Увеличивая Науку NGST: Тени, на Слушаниях Выставка Науки и техники NGST, Hyannis, Массачусетс, 13-16 сентября 1999 (Космическое nomical Общество Tихого океана).
Kasting, Дж. Ф., Whitmire, Д. П. и Reynolds, Р. Т., ‘Пригодные для жилья Зоны Вокруг Главных Звезд Последовательности, 101-летний Икэрус 108-128 (1993).
Marchal, C., ‘Понятие Космического телескопа, Способного Видеть Планеты и Даже Спутники Вокруг Самых близких Звезд, Протоколы Astronautica, 12, 195-201 (1985).
Мэр, М., Queloz, D., Udry, S. и Halbwachs, Дж. Л., ‘От Брауна Затмевает к Планетам, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 313-330.
Макэлистер, Х. А., ‘Спекл - интерферометрия как Метод Обнаружения Поблизости Планеты Extrasolar, 30-летний Икэрус 789-792 (1977).
Марри, N., Хэнсен, B., Holman, M. и Tremaine, S., ‘Мигрирующие Планеты, Наука, 279, 69 72 (1998).
О'Неилл, Г. К., ‘Орбитальный Телескоп С высокой разрешающей способностью’, Наука, 160, 843-847 (1968).
Римлянин, Н. Г., ‘Планеты Других Звезд, Астрономический Журнал, 64, 344-345 (1959).
Шиллинг, G., ‘Звездное Маленькое Жаркое или Безудержная Планета’, Наука, 285, 1471-1472 (1999).
Шиллинг, G., ‘Тень Обнаруженного Exoplanet’, Наука, 286, 1451-1452 (1999).
Sandquist, E., ‘Больше чем Только Планета, это - Еда’, Ртуть, 28, Номер 1, 10-13. (Январь / февраль 1999).
Более едкий, Дж. К., Черный, Д. К. и Billingham, J., ‘Обзор Методологии и Технологии, Доступной для Обнаружения Планетарных Систем Extrasolar, Журнала британского Межпланетного Общества, 39, 418-424 (1986).
154 Из звезд, планет и жизни
[Ch. 10
Terrile, Р. Дж. и Ftaclas, C., ‘Прямое Обнаружение Планетарных Систем Extrasolar от Воздушного шара Перенесенные Телескопы, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 359-366.
Томпсон, Л. А., ‘Адаптивная Оптика в Астрономии’, Физика Сегодня, 47, Номер 12, 24-31 (декабрь 1994).
Ван Клев, J., ‘Инфракрасные Выводы Планетарных Систем Среди Соседних Звезд, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 3-6 (1996).
ван де Кэмп, P., Принципы Астрометрии, Почетного гражданина, Сан-Франциско ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО (1967).
Whitmire, Д. П., Matse, Дж. Дж., Criswell, L. и Mikkola, S., ‘Пригодное для жилья Формирование Планеты в Бинэри Стар Системс'е, 132-летний Икэрус 196-203 (1998).
11
Жизнь между звездами
Искать это с наперстками,
Искать это с заботой;
Преследовать это с вилками и надеждами;
Угрожать его жизни железнодорожной акцией;
Очаровать это с улыбками и мылом!
Льюис Карролл, Охота на Снарка (1891)
Поскольку мы видели в предыдущих главах, есть много дорог к звездам, и большое разнообразие планетарной окружающей среды ждут первых пионеров от Земли. Но если некоторая форма толчка прорыва оказывается возможной и практической, продолжительность даже самого короткого межзвездного journies будет десятилетиями или столетиями, и планеты, ждущие первых пионеров, могут потребовать столетий terraforming, так как точные дубликаты Земли, возможно, не распространены.
Это из-за ограничений и биологии и физики. Starships будет большим, потому что они должны транспортировать народонаселение, достаточно большое, чтобы быть сам достаточны так же как экология, необходимая, чтобы поддержать людей. Эта экология должна быть настолько эффективной насколько возможно, так как время прохождения между звездами будет измерено в столетиях или тысячелетиях. По существу, starships должен быть достаточно большим, чтобы дублировать планетарную окружающую среду, хотя в намного меньшем масштабе. Уравнение ракеты ограничивает межзвездную скорость круиза продвигаемого starship такого сплава. Очень большие массовые отношения требовались бы для ускорения (и замедление) ракеты сплава starship. Как обсуждено deSan (1981), скорость круиза вероятно была бы меньше чем 0.01 c. Как обсуждено Matloff (1986), ограничения материалов ограничат продвигаемый starships большого солнечного паруса к similiar межзвездным скоростям круиза. Направленная власть и антивещество могут когда-нибудь позволить нам преодолевать, они ограничивают ations, но выполнение этих технологий в необходимых весах кажется проблематичным.
156 Жизней между звездами
[Ch. 11
Есть экологические опасности, которые рассмотрят в планировании межзвездных миссий люди: преимущественно производство искусственной силы тяжести и защита от воздействий межзвездными зернами пыли и космическими лучами. Как обсуждено ниже, они могут быть обращены технологически.
Другие технологические проблемы вращаются вокруг обслуживания образа жизни человеческого commu nity на межзвездном рейсе: что варианты энергии состоят в том, чтобы поддержать жизнь между звездами, и мы можем проектировать соответствующие закрытые экологические системы? У этих проблем также есть технологические решения.
Возможно самые тяжелые проблемы, которые рассмотрят межзвездные проектировщики миссии, являются социологическими. Как делают мы проектируем маленькое население starship так, чтобы команда осталась нормальной и эффективной в течение долгих десятилетий в непосредственной близости друг от друга, и в великой изоляции от всем остальных? Мы могли бы приблизиться к этому, строя ‘worldship’ - starship, достаточно большой, чтобы включать очень разнообразное сообщество в моделируемую планетарную окружающую среду. Альтернативно, мы могли бы вместо этого спать наш путь к звездам.
11.1	ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕПЯТСТВИЯ МЕЖЗВЕЗДНОМУ ПОЛЕТУ, И ИХ УДАЛЕНИЮ
Один потенциальный барьер к межзвездному путешествию - межзвездная пыль. Поскольку starship перемещается через межзвездную среду на скоростях 0.005 c или выше, у даже крошечных зерен пыли есть большая кинетическая энергия относительно судна.
Столкновения с межзвездными зернами пыли
Как рассмотрено Чэйссоном и Макмиллэн (1996) Астрономия Сегодня, недавние исследования межзвездной среды продемонстрировали, что типичные межзвездные зерна пыли имеют измерения 0.1-1 ^, имеют средние межзвездно-средние удельные веса приблизительно
1,	000 зерен пыли за кубический километр (меньше в разрежаемой межзвездной среде в близости Солнечной системы), удлинены в форме, и затронуты межзвездным магнитным полем. Инфракрасное свидетельство указывает, что вода, метан и льды аммиака - constituients межзвездных зерен пыли, как графиты, силикаты и железо.
Рассмотрите межзвездное зерно пыли с размером 0.2 ^ (2 x 10~7 m). Приблизительно imating это зерно сферой, ее объем - приблизительно 4 x 10~21m3. Если удельная масса зерна - удельная масса графита (приблизительно 2), его масса (Mdust) составляет приблизительно 10~17 кг. Число воздействий пыли на судно в секунду за квадратный метр равно 3 x 108 pdustA„, где pdust - плотность зерна пыли за кубический метр, и @s - относящаяся к космическому кораблю скорость как фракция скорости света (относительно зерна пыли). Предположение, что pdust = 10~6m~3, есть приблизительно 1.5 воздействия s ~'m~2 когда = 0.005 c, и 30 воздействий s ~'m~2 когда = 0.1 c.
В полностью неупругом столкновении кинетическая энергия, переданная судну от зерна пыли, является 0.5 Mdust (3 x 108 Д) 2 J. Для Mdust = 10~17 кг, кинетическая сделка энергии ferred на судно каждым полностью неупругим столкновением с зерном пыли является приблизительно 0.5 (^s) 2J. В = 0.005 c, каждое столкновение зерна пыли передает максимум
Секунда. 11.1]
Экологические препятствия межзвездному полету, и их удалению 157
1.	25 x 10~5 J на судно. В @s = 0.1 c, каждое столкновение передает максимум 0.005 J на судно.
Применяя вышеупомянутое обсуждение числа воздействий против структуры starship, приблизительно 2 x, 10~5 Wm~2 сияющей власти должны быть излучены от структуры судна звезды в 0.005 c, и приблизительно 0.15 Wm2 сияющей власти, должны быть излучены от структуры starship в 0.1 c. Ясно, нагревающийся эффект межзвездных столкновений зерна пыли будет незначителен.
Однако, как рассмотрено в Mallove и Мэтлоффе Руководство Starflight, starship эрозия столкновениями с межзвездными зернами пыли могло бы быть опасностью. Ранняя работа в этой области была также рассмотрена Мартином (1978), во вкладе в Проджекта Дэедэлуса Финэл Репорта.
Есть много альтернатив, чтобы предотвратить или уменьшить starship эрозию зернами пыли. Проволочная сетка обедни без пения или охрана пыли облака аэрозоля могли быть размещены перед выполнением круиза starship, чтобы сломать зерна обособленно. Это не могло бы быть необходимо на скоростях транспортного средства меньше чем приблизительно 0.01 c, начиная с зерна пыли, кинетическая энергия настолько низка.
Мартин (1978) рассмотрел много борющихся теорий столкновения, посыпают взаимодействие зерна starship структур в выше starship скорости. Главный uncer tainty является фракцией зерна пыли кинетическая энергия, которая передана космическому кораблю во время воздействия. Консервативно, Мартин предполагал, что охрана пыли, требуемая защищать большой starship, перемещающийся в 0.15 c, будет около 50 000 кг - не огромное массовое приращение.
Как рассмотрено в Руководстве Starflight, есть неуверенность об эффектах воздействия зерна пыли на лазерные легкие паруса. Если воздействующее зерно пройдет через парус, не внося слишком много его кинетической энергии, то повреждение будет минимально.
Осуществление 11.1. Хотя обычные зерна межзвездной пыли могут изложить незначительную опасность, могли бы быть случайные большие частицы пыли до 0.1kg в массе. Вычислите кинетическую энергию относительно судна больших частиц пыли, сосредотачивающих 10 г и 100 г в starship скоростях 0.005, 0.02 и 0.1 c. Некоторая форма активной защиты могла бы быть необходимой для защиты против больших воздействий зерна. Они могли быть обнаружены радаром и отклонены или разрушили пучки частиц использования или лазеры.
Поскольку межзвездные зерна пыли содержат немного железа и затронуты магнитными полями, области прямоточного воздушно-реактивного двигателя, magsails и минимагнитосферы, описанные в предыдущих главах, могли бы отклонить их. Если зерна достаточно незначительны, произведенное магнитное поле быстро переменного судна могло бы рассеять зерна прежде, чем они сталкиваются с starship.
Космическая радиация и здоровье команды
Большая часть этих пред1992 работ над космическими эффектами луча и защиты рассмотрена Mauldin (1992) в Перспективах Межзвездного Путешествия. Есть два основных источника
158 Жизней между звездами
[Ch. 11
для этих высокоэнергетических, ионизированных, податомных частиц: Солнце и Галактика. Галактические космические лучи частично ограждены от внутренней Солнечной системы межпланетным магнитным полем. Более существенный для выживания земной жизни эффекты ограждения магнитосферы Земли и атмосферы.
Признание возможных последствий здоровья от долгосрочного подвергания до Галактических космических лучей, особенно более массивные чем частицы ('высоко-Z' космические лучи) произошли в течение 1970-ых. Как описано Pinskey и др. (1974, 1975), астронавты на translunar траекториях или на долговременных миссиях космической станции сообщили о вспышках света, видимого во время периодов сна, когда относящийся к космическому кораблю интерьер был затемнен. Было понято, что эти вспышки были следами высоких - энергией космические лучи - возможно столь же массивный как железные ядра - на зрительные нервы астронавта. Ханна (1977) оценила, что несколько процентов нейронов астронавта могли быть потеряны к повреждению нервов во время двухлетнего путешествия туда и обратно к Марсу.
Если бы космическое ограждение луча было только вопросом уменьшения луча нереагирующих высокоэнергетических частиц, проходящих через стены относящегося к космическому кораблю корпуса, то защищая человеческую команду от этой опасности был бы comparitively простой задачей. Весь проектировщик сделал бы, должен будет сравнить интенсивность ионизированного пучка частиц (Ibeam) после пересечения расстояния корпуса xhull с его неуменьшенной интенсивностью Ibeamo, используя форму знакомого показательного уравнения ослабления луча (Segre, 1964):
J		J	0~Mbeamxhull	/11 1 ^
^beam, x ^beam, 0e	(11.1)
где/Ubeam - коэффициент ослабления разновидностей иона в материале корпуса.
Осуществление 11.2. Рассмотрите луч иона с коэффициентом ослабления 100 м., пересекающих корпус космического корабля. Подготовьте интенсивность луча относительно ее unattenu ated ценность, поскольку пересеченная толщина корпуса изменяется между 0 и 2 м. Что случается, когда коэффициент ослабления луча разделен на два или удвоен?
Уравнение (11.1) сверхупрощено практически (к сожалению), потому что высокоэнергетические лучи иона взаимодействуют с вопросом, который они пересекают. Вторичная радиация, произведенная этим взаимодействием, может фактически быть более вредной для биологических тканей чем первичный луч.
Но много исследователей занялись этой проблемой оценить, что относящаяся к космическому кораблю толщина корпуса (фактически ареальная массовая толщина) необходимый защищает человеческий popula tion от космической и солнечной радиации ионизации. Как часть 1977 исследования проекта НАСА свободно летающей постоянной колонизации космоса (Джонсон и Holbrow, 1977), корпус ареальная массовая толщина, требуемая уменьшать максимальный бортовой радиационный уровень до земного поверхностного уровня приблизительно 0.5 rem/year (1 rem = 1 Эквивалентный Человек Reontgen, мера радиационной дозировки к биологическим организмам), была оценена в 4 500 kgm2. Это соответствует алюминиевой толщине корпуса 1.7 м.
Однако, это может быть переоценкой количества космического ограждения луча, требуемого защищать исследователей космоса, потому что у биологических организмов есть переменная терпимость к радиации прежде, чем непоправимый урон - такой как рак - произойдет. С тех пор
Секунда. 11.2]
Варианты для бортовой власти между звездами 159
текущие ограничения дозировки для долговременных астронавтов - 50 rem ежегодно, Silberberg и др. (1987) утверждал, что значительно меньше ограждения могло бы требоваться. Алюминиевый щит 9 см толщиной уменьшил бы космическую радиационную дозировку приблизительно до 35 rem ежегодно - по крайней мере для космического корабля velcocities меньше чем приблизительно 0.05 c.
Алюминиевый лист, возможно, не лучший материал для космического щита луча. Согласно Рэдфорду и др. (1992), полное знание первичного и вторичного радиационного взаимодействия с вопросом может позволить рассмотрение щитов, построенных, используя 'дизайнерские' материалы соединения, и хозяина уменьшающих радиацию форм, вставленных в структуре щита, такие как сферы, волокна и пластинки.
Независимо от того, чего чудеса продвинутой науки материалов достигают, однако, взаимодействие между корпусом и межзвездным газом в очень высоких starship скоростях привело бы к вторичному нейтрону и гамма дозировкам, которые могли бы быть фатальными. Пассивное космическое ограждение луча относящимся к космическому кораблю корпусом или структурой становится неэффективным для высокой скорости starships.
В холодном царстве между звездами сверхпроводимость космические щиты луча могут видеть заявление для защиты команды. Так же как использование magsail, mini-magnetio-сфера и ramscoops, который рассматривают в предыдущих главах, проектировщики миссии могли бы рассмотреть электромагнитные щиты, которые были разработаны для околоземного заявления космической колонии. Один из них - ‘плазменный основной щит’, - обсужден Джонсоном и Holbrow (1977).
Межзвездное предприятие вероятно использовало бы и пассивный и 'активный' электромагнитный (ИХ) ограждение. Полезный груз мог бы быть стратегически расположен, чтобы удвоиться как космическое ограждение луча во время таких маневров высокой радиации как близко звездный flybys.
11.2	ВАРИАНТЫ ДЛЯ БОРТОВОЙ ВЛАСТИ МЕЖДУ ЗВЕЗДАМИ
Хотя большинство межзвездных проектировщиков миссии понятно сконцентрировалось на проблемах ускорения и замедления, те, кто рассматривает, был членом экипажа, миссии должны также посвятить некоторую мысль проблемам бортовой власти во время длинного межзвездного круиза. Если бортовая власть (достижение приблизительно 10 кВт на члена команды, согласно Крепкому тёмному немецкому пиву и др. (1979)) не будет обеспечена, то команда умрет как температурные подходы судна, тот из почти абсолютного межзвездного ноля окружает ment.
В одной из самых ранних попыток проектировать бывший членом экипажа межзвездный космический корабль Gilfillan (1975) предложил бортовой реактор расщепления. Хотя могло бы сначала казаться, что проблемы надежности во время полета длиной встолетия могли бы обречь такой подход, это - не обязательно случай. Естественные ядерные реакторы произведены под поверхностью Земли случайным накоплением радиоактивных изотопов, и такие естественные реакторы могут служить моделью для надежных реакторов расщепления. Попытки проектировать надежные и безопасные реакторы расщепления были обрисованы в общих чертах Дизоном (1979).
Так как даже надежный, безопасный реактор расщепления произведет радиоактивность, предавание земле звездной команды могло бы привязать реактор на судно в отдельном модуле. Gilfillan (1975) оценки, что реактор расщепления, способный к удовлетворению всех нужд власти для населения
160 Жизней между звездами
[Ch. 11
из 25 во время межзвездного рейса с тремя столетиями мог бы иметь массу 1 000 кг. От 1999 анализа Powell и др., высокой надежностью, системы власти расщепления обедни без пения для космического заявления весьма возможны.
Другая возможность, конечно, является ядерным сплавом или антивеществом. Если космический корабль продвигается одним из этих двух ядерных вариантов, маленькая фракция энергии от реактора двигательной установки могла быть отклонена, чтобы удовлетворить бортовые нужды власти команды.
Если starship использует магнитный ramscoop, замедление magsail, или магнитный космический дефлектор луча, есть другой выбор власти. Как обсуждено Смитом (1969), соленоид сверхпроводимости или катушка могут служить батареей магнитного аккумулирования энергии так же как устройством отклонения иона.
Как обсуждено в секции на толчке прорыва (Глава 9), другая возможность для бортовой власти - магнитное взаимодействие между судном и межзвездной средой. Если местные межзвездные средние линии магнитного поля являются медленными - перемещающийся относительно starship, судно могло развернуть подобное привязи устройство, чтобы применить вызванную ЭДС по обвинениям в проводнике, двигающемся через магнитное поле. Работа, сделанная по движущимся обвинениям, могла быть преобразована в бортовую власть снабдить команду на борту выполнения круиза starship, хотя в маленьком сокращении космического корабля кинетическая энергия относительно местного межзвездного магнитного поля.
Еще одна возможность удовлетворить нужды власти команды starship является солнечной аккумуляторной батареей, которая могла быть заряжена всякий раз, когда ремесло близко к звезде. Одна возможность для такого устройства - ‘легкая ветряная мельница паруса’, предложенная Березой (1983). Такое устройство состояло бы из гипертонких и суперсильных лезвий, с аспектом лезвия, разработанным таким образом, чтобы давление солнечного излучения вызвало вращение ветряной мельницы во время близкого прохода перигелия. (Для дальнейшего обсуждения ветряной мельницы легкого паруса, см. Мэтлоффа (1985) бумага на межзвездных ковчегах, Мэтлоффе и Ubell (1985), Мэтлофф (1986) worldship бумага, и Береза (1985), корреспонденция в Журнале британцев Предает планетарное Общество земле.)
Другие бортовые альтернативы власти будут конечно предложены; но со всеми доступными вариантами, этот аспект межзвездного планирования миссии не будет конечно дарить нам стопор показа.
11.3	ЗАКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Один кажущийся парадокс космического полета - факт, что, поскольку мы двигаемся дальше в иностранную окружающую среду вне Земли, мы, для пользы выживания, должны учиться все больше о земных экосистемах. Чтобы процветать вне Солнца и между звездами, человеческие пионеры должны будут взять немного Земли с ними.
Демонстрация требования для закрытых экосистем не является трудной. В его рассмотрении 1969 человеческой жизни в месте Sharpe оценил, что человек требует, каждый день, приблизительно 1 кг кислорода, 4 кг питьевой воды и 0.7 кг пищи. Если некоторая экологическая рециркуляция ресурса не выполнена, единственный человек потребляет 5.7 кг в день или приблизительно 2 000 кг ежегодно кислорода, воды и питательных веществ. Если команда десять
Секунда. 11.4]
Из worldships и межзвездных ковчегов 161
участвует в продолжительности столетия межзвездное предприятие, требуются приблизительно 2 x 106 кг этих материалов.
Различные подходы к полузакрытым экосистемам описаны Sharpe (1969) и много других авторов, в которых комбинация технологии и биологии используется, чтобы переработать кислород и воду, по крайней мере. Но главная цель для колонизации межпланетного пространства и межзвездного путешествия - закрытая экосистема, и много процесса мышления экс-пери в этой области остается быть выполненным.
Обширные эксперименты с почти закрытыми экологическими системами были выполнены в России в течение 1970-ых, и были описаны Джителсоном и др. (1976). Как часть BIOS 3 эксперимента, человеческие добровольцы жили в течение периодов половины года в запечатанном, воздухонепроницаемом вложении с измерениями 14 x 9 x 2.5 м. BIOS, 3 комплекса были разделены на четыре mini-ecospheres: два были заняты более высокими заводами, один одноклеточной морской водорослью, и один 'командой'. Объект состоял в том, чтобы биологически подвергнуть переработке такую большую произведенную человеком биологическую трату насколько возможно, и regen erate кислород, питьевая вода и пища. Большая часть энергии, требуемой для экс-пери ment, была посвящена искусственному освещению, чтобы вызвать фотосинтез завода.
У атмосферы в BIOS 3 была comparitively высокая концентрация CO2, и биомасса собралась, снабжал 'команду' с тремя людьми 26 % их углевода, 14 % их белка, и 2.3 % их полных требований. Баланс питательных потребностей поставлялся витаминными добавками. Атмосфера была полностью переработана, и приблизительно 95 % водных потребностей команды. Экстраполируя от BIOS 3 результата, полная нерегенеративная масса поддержки жизни, требуемая для нашего с 10 людьми, столетие - миссия продолжительности уменьшена приблизительно до 100 000 кг.
Чтобы получить более высокую степень закрытия экосистемы, возможно приближающиеся 100 %, необходимо увеличить число зерновых культур, возможно включать некоторых животных, и отрегулировать много экологических петель обратной связи. Spurlock и коллеги рассматривают исследование 1977 в этой области в НАСА Исследовательский центр Ames как часть летнего исследования, имеющего дело с космическими средами обитания.
Начинаясь в 1991, Биосфера 2 - 12 750 m2 приложили экологическое средство - управлялся первоначально конфиденциально финансируемой командой в Оракуле, Аризона. После частично успешного моделируемого двухлетнего полета Марса с командой 'астронавта', живущей на борту, Биосфера 2 была перевернута университету Колумбии, который развил программу, чтобы продолжить закрытое экологическое исследование системы (Вольфганг, 1995).
Исследование относительно квалифицированного к месту закрыло экологические модули, такие как тот, обсужденный Blum и др. (1995), ускорился в последние годы. Точно некоторые из этих идей попробуют в околоземном месте в течение эры Международной космической станции. В течение десятилетия или два мы должны знать с изрядным количеством уверенности, как проектировать закрытый или почти закрыли межзвездную экосистему.
11.4	ИЗ WORLDSHIPS И МЕЖЗВЕЗДНЫХ КОВЧЕГОВ
Защита от воздействий зерна пыли и космических лучей, и закрытых систем поддержки жизни, является существенными аспектами межзвездного проекта миссии, но они конечно не suffi cient в себе. Мы должны также рассмотреть здоровье человеческого сообщества на
162 Жизни между звездами
[Ch. 11
Сельскохозяйственные области

10 км
Солнечный свет
Вращение
руководство
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФРОНТА привязей
5
Вращение
руководство
Солнечный свет
Иллюстрация 11.1. Среда обитания Места Модели III О'Неилла, которая могла повторно формироваться как worldship.
сядьте на межзвездное ремесло, поскольку команда наблюдает, что Солнце становится более тусклым и более тусклым на корме их одинокого ремесла. Как большой сообщество людей необходимо, и как большой судно обязано поддерживать их? Действительно ли необходимо прясть starship, чтобы обеспечить искусственную силу тяжести, или межзвездная команда может приспособиться к нулевому г и повторно приспособиться к области силы тяжести планеты в конце поездки?
Самое спартанское межзвездное предложенное ремесло было ремеслом Gilfillan (1975). С массой только 105 кг и населением приблизительно 20, starships Джилфиллэна не вращался бы, среды обитания места невесомости. Заключительное поколение мультистолетия предает звездный рейс земле,(, мы надеемся,) тренировался бы строго, чтобы акклиматизироваться к серьезности планеты предназначения прежде, чем попытаться приземления.
В другой противоположности у нас есть космические города О'Неилла (1974, 1977). Эти структуры - которые были предложены, чтобы предоставить большим человеческим сообществам жилище в открытом космосе - могли служить центром цивилизации вне планеты, поставляющей земные потребности энергии, используя, излучал солнечную энергию. Большинство огромных масс колоний О'Неилла было бы получено из внеземных ресурсов - от Луны, или как О'Лери (1981) предложенный, от околоземных астероидов.
Иллюстрация 11.1 представляет представление Среды обитания Места Модели III О'Неилла, наименьший из его цилиндрических космических городов, способных к ограждению космических лучей к земным поверхностным уровням с алюминиевыми стенами на 10 см, внутренней структуре и внутренней atmo сфере. Модель III состоит из двух противовращающихся цилиндров, каждый 10 км длиной и 2 км в диаметре. Противовращение уменьшает предварительную уступку так, чтобы космический город мог остаться ориентируемым к Солнцу, предоставляя его населению 1 Земную силу тяжести на внутренней оправе среды обитания.
Секунда. 11.4]
Из worldships и межзвездных ковчегов 163
В его постоянном способе приспосабливаемые солнечные отражатели освещают интерьер цилиндров среды обитания, как показано. Космические города могли формироваться в низком населении, экс-городской версии, в которой сельское хозяйство было внутренним к цилиндрическим средам обитания, у которых есть население приблизительно 100 000. Высокое население, у полностью урбанизированной Модели III могло быть кольцо сельскохозяйственных модулей, внешних к главной среде обитания, как показано, и населению приблизительно одного миллиона.
В обеих конфигурациях парковые насаждения, озера и маленькие леса могли усеять внутренние оправы сред обитания, смежных с центрами народонаселения. Поскольку свежие продукты никогда не были бы больше чем на расстоянии в несколько километров, и климат мог легко быть приспособлен, потребность в охлаждении и house-heating/air-conditioning будет минимальна. Транспорт межсреды обитания мог быть велосипедом и электрическими транспортными средствами из-за маленьких вовлеченных расстояний. Эти факторы должны поспособствовать сокращению загрязнения и увеличению социальной стабильности.
Чтобы оценить оправу центробежное ускорение из-за цилиндрического вращения, просто определите ускорение, испытанное человеком на внутренней оправе среды обитания (ACChab) как centri ускорение лепестка, просите уравнение об угловой скорости вращающейся среды обитания (whab), и определение ОБОРОТА В МИНУТУ - обороты в минуту среды обитания, чтобы получить
/ 2 ^ \2
ACChab - whabRhab - (RPMj Rhab миллисекунда 2	C11.2)
где Rhab - радиус среды обитания в метрах. Если наш радиус на 1 000 м. вращения Модели III О'Неилла приблизительно в 1 обороте в минуту, население во внутренней оправе будет экс-пери ence Нормальная землей сила тяжести.
Осуществление 11.3. Утвердите происхождение уравнения (11.2); тогда подготовьте кривую ускорения искусственной силы тяжести против расстояния от оправы нашего 1-километрового цилиндра среды обитания радиуса.
Модель III О'Неилла является достаточно большой для метеорологических карт, чтобы быть возможной в интерьере среды обитания. Люди могли бы определить местонахождение отдыха низкой силы тяжести и промышленности около центра, и хотеть жить на оправу колонии. (Для недавней обработки искусственного - эффекты силы тяжести на людей, см. Зал (1999).)
Как обсуждено Джонсоном и Holbrow (1977), есть, многие возможные изменяют уроженцев к цилиндрической космической среде обитания - включая сферу и торус. Элементы дизайна интерьера и архитектура этих структур должны обеспечить интересную проблему для проектировщиков среды обитания, как предложено Стюартом (1979).
Когда формирующийся для межзвездного путешествия, солнечные отражатели были бы конечно закрыты, и несолнечная бортовая власть будет требоваться. Цилиндрическое вращение могло бы быть подавлено во время starship ускорения и замедления.
Также было бы возможно уменьшить размер команды, и поэтому измерить космический город к меньшему межзвездному ковчегу, как сделано Matloff и Mallove (1980). Но
164 Жизни между звездами
[Ch. 11
у межзвездной команды ковчега приблизительно 100 не было бы социальных ресурсов команды большего worldship в развитии солнечной системы предназначения.
Социологическая структура команды starship представляет интересные проблемы проектировщику миссии. В то время как маленький, быстрый ковчег мог использовать военизированную организацию, такую как это, нашел на современных рейсах исследования, это не могло бы быть лучшей социальной структурой большого worldship на миссии колонизации продолжительности тысячелетия. Незападные способы социальной организации могли бы относиться к такому предприятию, как предложено теми социологами, которые поспособствовали Межзвездному Перемещению и Человеческому Опыту, 1985 публикациям слушаний конференции (Finney и Джонс, 1985).
В конце их длинных путешествий на борту их удобное мировое судно, население стремилось бы полететь вниз, чтобы испытать неуверенность в жизни на поверхности иностранной планеты? Они могли бы хотеть вместо этого увеличивать свою среду обитания в пределах неугрожающих пределов поясов астероида новой звезды или облаков кометы? Или могли бы они - как предложено deSan (1981) - вместо этого повторно обеспечивают свой worldship в новой солнечной системе и немедленно повторно входят в межзвездное пространство в роли бесконечных кочевников? Очень зависит и от психологии и от социологии тех далеко-будущих людей, планирующих и проводящих эти рейсы эпохи. Возможно опыт 21-ого столетия с намного меньшим количеством требовательного межпланетного expedi tions прольет дальнейший свет на человеческую психологическую адаптацию к космическому пространству.
Безотносительно ответов на эти вопросы есть одна альтернатива тысяче - рейс года на борту мировое судно. Возможно люди могут спать свой путь к звездам!
11.5	БЕЗДЕЙСТВИЕ ДЛЯ ЛЮДЕЙ: ДЛИННЫЙ СОН К CENTAURI
Это было бы идеально, если бы люди были естественными находящимися в зимней спячке. Но как рассмотрено Mallove и Matloff (1989) в Руководстве Starflight, и Mauldin (1992) в Перспективах Межзвездного Путешествия, дело обстоит не так. Кроме того, криогенные методы, которые замораживают недавно умерший организм к почти абсолютному нолю, являются хорошим способом сохранить мертвое мясо, но методы нагревания замороженных мозгов назад к комнатной температуре без фатальной мозговой ячейки crystallisation не существуют. Но если бы это могло бы быть достигнуто в людях, hiberna tion замедлил бы человеческий метаболизм, уменьшил бы требования поддержки жизни и возможно расширил бы продолжительность жизни. Как обсуждено Sharpe (1969), зимующие мыши могут противостоять и более высокому ускорению и радиационным уровням, чем может их аварийные коллеги.
Недавно, Kondo (2000) обсудил новое исследование, которое может привести к лучшему пониманию бездействия. Определенный для бездействия комплекс белка был изолирован в бурундуке, зимующем грызуне. Этот материал произведен в печени бурундука и поддерживает животное в постоянной температуре тела во время сезонного бездействия. Заявление этого знания к человеческому бездействию должно все еще быть продемонстрировано.
Секунда. 11.6]
Библиография 165
11.6 БИБЛИОГРАФИЯ
Береза, P., ‘Орбитальные Кольцевые Системы и Лестницы-III Иакова’, Журнал британского Межпланетного Общества, 36, 231-238 (1983).
Береза, P., ‘Легкие Ветряные мельницы Паруса, (корреспонденция), Журнал британского Межпланетного Общества, 38, 527-528 (1985).
Blum, V., Andriske, M., Voeste, D., Behrens, H. и Keeuzberg, K., ‘C.E.B.A.S. Мини-Модуль: Проект Аппаратных средств Космического полета, Научных экспериментов, и Будущих Аспектов для Исследования Системы поддержки Жизни Bioregenerative’, IAF/IAA-95-G.4.02 (1995).
Крепкое тёмное немецкое пиво, E., Lambrou младший, F. и Саймон, M., ‘Эффект Экологических Параметров на Среде обитания Структурный Вес и Стоимость’, в Космических Ресурсах и Колонизации космоса, НАСА ИСПАНИЯ 428, НАСА, Вашингтон, округ Колумбия (1979), стр 33-60.
Чэйссон, E. и Макмиллэн, S., Астрономия Сегодня, 2-ой редактор, Прентис Хол, NJ (1996).
deSan, М. Г., ‘Окончательная Судьба Интеллектуальной Разновидности: Постоянная Кочевая Жизнь в Галактике’, Журнал британского Межпланетного Общества, 34, 219-237 (1981).
Дизон, F., Нарушая Вселенную, Арфиста & Ряд, Нью-Йорк (1979).
Finney, Б. Р. и Джонс, Э. М., ‘Путешественники в Океанское Место’, в Межзвездном Перемещении и Человеческом Опыте, редакторе Б. Р. Финни и Э. М. Джонсе, университете Чикагской Прессы, Беркли, Калифорния (1985), стр 164-179.
Gilfillan младший, Э. С., Перемещение к Звездам: Никогда Снова Достаточно многие Люди, Люс, Вашингтон, округ Колумбия
(1)	.
Джителсон, я. Я., Терсков, Л. А., Ковров, Б. Г., Сидко, Ya. F., Lisovsky, Г. М., Оклэдников, Yu. N., Belyanin, V. N., Трубэчов, Л. Н. и Rerberg, М. С., ‘Система поддержки Жизни с Автономным Контролем, Использующим Фотосинтез Завода, Протоколы Astronautica, 3, 633-650
(2)	.
Зал, Т. В., ‘Искусственная Сила тяжести и Архитектура Орбитальных Сред обитания, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 290-300 (1999).
Ханна, Э. К., ‘Метеорное тело и Космическая Защита Луча’, в Космических Заводах (Космические колонии): Слушания Принстона Конференция AIAA/NASA, 7-9 мая 1975, редактор Дж. Серый, AIAA, Вашингтон, округ Колумбия (1977), стр 151-158.
Джонсон, Р. Д. и Holbrow, редакторы C., Колонизация космоса: Исследование Проекта, НАСА ИСПАНИЯ 413, НАСА, Вашингтон, округ Колумбия (1977).
Kondo, N., ‘Подход к Искусственному Контролю Бездействия’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе, 3-ьему Симпозиуму IAA по Краткосрочным Продвинутым Научным Космическим Миссиям, редактору Г. Генте, Аосте, Италии, 3-5 июля 2000, Levrotto & Bella, Torino, Италия (2000), стр 7-12.
Mallove, Э. Ф. и Matloff, Г. Л., Руководство Starflight, Wiley, Нью-Йорк (1989).
Мартин, А. Р., ‘Проектный Daedalus: Бомбардировка Межзвездным Материалом и его Эффектом на Транспортное средство’, добавляются к Журналу британского Межпланетного Общества, 31, S116-S120 (1978).
Matloff, Г. Л., ‘На Потенциальной Работе Неядерных Межзвездных Ковчегов, Журнале британского Межпланетного Общества, 38, 113-119, (1985).
Matloff, Г. Л., ‘Быстрее Неядерные Мировые Суда, Журнал британского Межпланетного Общества, 39, 475-485 (1986).
Matloff, Г. Л. и Mallove, Э. Ф., ‘Первая Межзвездная Миссия Колонизации’, Журнал британского Межпланетного Общества, 33, 84-88 (1980).
Matloff, Г. Л. и Ubell, К. Б., ‘Worldships: Перспективы Неядерного Толчка и Источники энергии, Журнал британского Межпланетного Общества, 38, 253-261 (1985).
Mauldin, Дж. Х., Перспективы Межзвездного Путешествия, Univelt, Сан-Диего, Калифорния (1992).
166 Жизней между звездами
[Ch. 11
О'Лери, B., Плодородные Звезды, Дом Эвереста, Нью-Йорк (1981).
О'Неилл, Г. К., ‘Колонизация Места’, Физика Сегодня, 27, Номер 9, 32-40 (сентябрь 1974).
О'Неилл, Г. К., Высокая Граница, Следующий день, Нью-Йорк (1977).
Pinsky, Л. С., Осборн, В. З., Стена замка, J. V., Бенсон, Р. Э. и Томпсон, Л. Ф., ‘Вспышки света, Наблюдаемые Астронавтами на Аполлоне 11 - 17’, Наука, 183, 957-959 (1974).
Pinsky, Л. С., Осборн, В. З., Hoffman, Р. А. и Стена замка, J. V., ‘Вспышки света, Наблюдаемые Астронавтами на Skylab 4’, Наука, 188, 928-930 (1975).
Powell, Дж. Р., Maise, G., Paniagua, J., Ludewig, H. и Todosow, M., ‘Компактные, Крайние Легкие Ядерные Тепловые Двигатели Толчка для Планетарных Миссий Науки, представленных на NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодном Десятом Продвинутом Космическом Семинаре Толчка, Хантсвилле, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Рэдфорд, Д. В., Sadeh, В. З. и Cheng, Б. К., ‘Сложная Микроструктура Материалов для Радиационного Ограждения’, IAF-92-0324 (1992).
Segre, E., Ядра и Частицы, Бенджамин, Нью-Йорк (1964).
Sharpe, М. Р., Живущий в Месте, Doubleday, Городе-саде, Нью-Йорке (1969).
Silberberg, R., Tsao, К. Х., Adams младший, Дж. Х. и Letaw, Дж. Б., ‘Радиоактивные опасности в Месте’, Космическая Америка, 25, Номер 10, 38-41 (1987).
Смит, П. Ф., ‘Технология Больших Магнитов, в Гиде по Сверхпроводимости, редакторе Д. Фишлоке, Макдоналде, Лондон Великобритания (1969), Глава 4.
Spurlock, J., Бондарь, В., Сделка, P., Harlan, A., Карел, M., Modell, M., Moe, P., Phillips, J., Putnam, D., Quattrone, P., Raper младший, К. Д., Лебедь, E., Taub, F., Томас, J., Вилсон, C. и Zeitman, B., ‘Критерии Планирования Исследования для Регенеративных Систем Жизнеобеспечения, Применимых, чтобы Сделать интервалы между Средами обитания, в Космических Ресурсах и Колонизации космоса, НАСА ИСПАНИЯ - 428, НАСА, Вашингтон, округ Колумбия (1979), стр 13-30.
Стюарт, М. Л., ‘Эстетические Рассмотрения в Проекте Берналя Сфере’, AIAA 79-1428, в Продолжаются ings Четвертой Конференции Princeton/AIAA по Космическим Заводам, Принстону, Нью-Джерси, 14-17 мая 1979, AIAA, Вашингтон, округ Колумбия (1979).
Вольфганг, L., ‘Биосфера 2 Перевернутый к Колумбии’, Наука, 270, 1111 (1995).
12
Сознательный космический корабль
И теперь, среди звезд, развитие двигалось к новым целям. Первые исследователи Земли давно приехали в пределы плоти и крови; как только их машины были лучше чем их тела, пришло время перемещаться. Сначала их мозги, и затем одни только их мысли, они перешли в яркие новые дома металла и пластмассы. В них они бродили среди звезд. Они больше не строят космические корабли. Они были космическими кораблями.
Артур К. Кларк, 2001: Космическая Одиссея (1968)
Поскольку предыдущая глава показывает, посылая людям в звезды не будет легок, запрещая некоторый неожиданный прорыв. Возможно люди могли спать свой путь к звездам, просыпаясь как некоторый Рип Ван Винкл после сна столетий или тысячелетий. Или возможно они могли поехать в течение нескольких столетий в переполненном межзвездном ковчеге или в течение тысячелетия в более просторном, более медленном и дорогом worldship.
Мог бы быть иначе? Мы могли бы достигнуть всех межзвездных целей человечества, не посылая (физическим) людям вообще? Много авторов размышляли на этот предмет. Часть ранней работы рассмотрена в Молдине (1992) Перспективы Межзвездного Путешествия.
Если наши цели в космическом полете состоят в том, чтобы исследовать и собрать информацию вокруг странных, новых миров, есть альтернативы бывшему членом экипажа starships. Мы могли бы вместо этого послать флот крошечных, самовосстанавливаемых интеллектуальных роботов с запрограммированными инструкциями ‘позвонить домой’. Вместо этого если мы намереваемся колонизировать соседние системы звезды, могли бы быть более простые альтернативы мировому судну. Мы могли бы хотеть посылать nanotechnological флот с несколькими тщательно замороженными оплодотворенными яйцами людей и другими организмами. По прибытию в новую солнечную систему nanobots мог ответить на предварительное программирование и построить ‘няньку робота’, чтобы воспитать первое поколение человека, животного и колонистов завода.
Наконец, что, если мы преследуем межзвездное путешествие, поскольку средство содействия царству сознания, как предложено Олафом Стэпледоном является его научной фантастикой классика 1937
168 Сознательных космических кораблей
[Ch. 12
Производитель Звезды. Возможно, как главный герой этого романа, мы могли бы поехать в звезды как нематериальные существа, возможно как ‘действительные люди’, загруженные в крошечные суперкомпьютеры (как предложено Франком Типлером (1994)).
12.1	VON NEUMANN МАШИНА: КОМПЬЮТЕР МОЖЕТ СЪЕСТЬ ГАЛАКТИКУ?
В 1966, математик Джон фон Нойманн предположил, что могло бы когда-нибудь стать возможно построить крошечные, самовоспроизводящиеся автоматы. Эти маленькие ‘nanobots’ походили бы на органические существа. Они могли бы быть начаты к звездам на борту микроскопического, медленного starcraft. По прибытию их внутреннее программирование могло позволить им к свиданию друг с другом, построить большие роботы, исследовать новую окружающую среду и передать их результаты домой. Весьма возможно, что их программирование могло функционировать как ДНК биологических организмов. Они могли тогда построить новое поколение и отлететь к новым межзвездным целям.
Машины Фона Нойманна были показаны во многих романах научной фантастики. В Артуре К. Кларке 2001: Космическая Одиссея и ее продолжения, монолиты, что прямой земной и развитие Еврокастрюли, и в конечном счете воспроизводят новообращённому Юпитеру в звезду, являются машинами фон Нойманна.
Строя такой микро - или nano-размерный интеллектуальный, самоорганизовывая и само - репродуцирование юридического лица может быть более трудным практически чем на бумаге или celluoid. Как размышлял Santoli (1995), структура nanobot могла бы больше походить на структуру биологического юридического лица чем технологический инструмент.
Как обсуждено Хансоном (1992), компьютерные микросхемы, функционирующие в манере, аналогичной человеческому мозгу - нервный жареный картофель - являются реальной возможностью. И как предложено Хансоном (1995), построенное использование интеллектуальных, взаимодействующих автоматов этого нервного жареного картофеля могло бы даже удовлетворить наши критерии как обладающие самосознанием, застенчивые юридические лица.
Такие предположения не обязательно принадлежат самому дальнему будущему. Компьютерная технология развивалась в головокружительной скорости, и понятие supercompu ters построенный на квантовом уровне не является невозможностью. Если такие крошечные интеллекты могут быть построены и сделанная стойкая радиация, люди могли бы легко наперчить нашу внешнюю Солнечную систему, и поблизости звездные системы с недорогим, солнечным парусом начали nanobots в пределах тысячелетия.
Мы не нашли явного свидетельства машин иностранца фон Нойманна в пределах нашей Солнечной системы. Из-за очевидной непринужденности 'занятия' всей галактики, используя эту технологию, много авторов, включая Холм и Tipler (1986), утверждали, что человечество может быть первыми технологическими разновидностями, которые появятся в нашей Галактике.
Осуществление 12.1. Считайте класс машин фон Нойманна начатым разновидностью с намерением занять Галактику. Предположите, что nanobots может помесь соседних систем звезды в среднем разделении 5 световых годов через 900 лет, и остановка 100 лет требуется в каждой недавно достигнутой системе звезды построить следующее поколение из жившего звезды nanobots.
Секунда. 12.3]
Действительный путешественник звезды 169
Как долго это возьмет потомков оригинального nanobot поколения, чтобы поехать 100 000 световых годов и пересечь Галактику?
Возможно ответ на очевидное отсутствие машин фон Нойманна в нашей Солнечной системе должен быть найден больше в царстве этики чем в технологическом possiblities. Что заставило бы интеллектуальную гонку строить машины, чтобы 'завоевать' Галактику?
Другой пункт - пункт контроля. Даже если мы можем построить и начать первое поколение машин, разработанных, чтобы колонизировать Галактику, программа могла бы 'видоизмениться' в дальнейших поколениях? Другими словами, могли бы машины фон Нойманна или их потомки 'мятежник' против их оригинальной цели и начинать ‘делать их собственную вещь’?
12.2	КРИОГЕННЫЙ РЕБЕНОК ЗВЕЗДЫ
Вместо того, чтобы занять всю Галактику, ethically-продвинутая межзвездная разновидность могла бы вместо этого желать распространить свое органическое и автоматизированное потомство через только крошечную фракцию места. Mautner (1996) предложил возможного краткосрочного водителя для развития криогенной биотехнологии. Человеческие учреждения, кажется, неотъемлемо непостоянные и человеческие числа, в настоящее время угрожают выживанию многочисленных разновидностей растений и животных. Возможно они могут быть сохранены, храня генетические материалы в температурах близко к абсолютному нолю, в глубинах места.
Если такая технология, оказывается, выполнима и развита, длительное хранение в месте человеческого генетического материала - возможно, оплодотворенные яйца - являются конечно возможностью. Тогда брак фон Нойманна и криогенных методов мог бы быть достигнут. Nanoprobes к самым близким звездам мог бы содержать пакеты 'семени' для людей и другие земные организмы (Хансон, 1996). По прибытию nanobots был бы запрограммирован, чтобы использовать космические ресурсы новой солнечной системы, чтобы построить детские, чтобы воспитать первое поколение ‘органических колонистов.
Этика колонизации соседних звездных систем с людьми, животными и заводами, поднятыми роботами вместо людей, конечно открыта, чтобы дебатировать. Если такая программа достигнута, могли бы, травма, испытанная, обменивая безопасность автоматизированной детской для неизвестных опасностей поверхности недавно обнаруженной планеты, вызывает появление ‘Сада Рая’ миф?
12.3	ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ПУТЕШЕСТВЕННИК ЗВЕЗДЫ
Возможно самая экзотическая возможность, представленная nanocomputer, является следующим. Мы не можем утверждать, что обладали наукой сознания, хотя много авторов, таких как Пенроз (1989) попытались обратиться к ‘проблеме разума и тела’. Один путь к
170 Сознательных космических кораблей
[Ch. 12
полагайте, что ум, согласно Tipler (1994), как форма программного обеспечения, разработанного, чтобы воздействовать на органический компьютер - мозг.
Если мы можем рассматривать мозг ума как сложный тип единицы обработки информации, могло бы быть возможно в конечном счете создать неорганические эквиваленты мозгу - устройства той же самой или большей сложности как человеческий мозг, который мог непосредственно взаимодействовать с мозгами животных и человеком. Предполагая, что интерфейс и проблемы аппаратных средств могут быть решены, и что люди и машины могут быть связаны на нейронном уровне, мы сталкиваемся с интересной возможностью. Возможно программное обеспечение, определяющее человеческий разум (или душа?) мог бы быть загружен на компьютер.
Даже от перспективы этой книги, это - очень далекая идея. Это обращается к проблемам философии, богословия и психологии так же как более мирских проблем проектировщика космического корабля и компьютера.
Tipler (1997) имеет, предполагают, что 100 г nanocomputer полезный груз могут быть способными к содержанию воспоминаний о целых 104 человеческих мозгах. Странно предположить, что в пределах такой крошечной структуры, сущности хозяина личностей человека могли бы взаимодействовать как будто в маленьком городе, в машинно-генерируемом виртуальном мире.
Даже при том, что человеческая технология - длинный путь от создания таких действительных космических путешественников и их окружающей среды, идея действительно неотразима. Правилен ли Tipler по его мнению, что все человеческие путешественники звезды будут действительными, а не физическими, этика и уместность понятия должны быть широко обсуждены.
12.4	БИБЛИОГРАФИЯ
Холм, Дж. Д. и Tipler, Ф. Дж., Человеческий Космологический Принцип, Кларандон Пресс, Оксфорд, и издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк (1986).
Хансон, П. А., ‘Сознательные Спутники как Исследовательский Инструмент’, IAA-92-0232 (1992).
Хансон, П. А., ‘Экзобиология, SETI, фон Нойманн, и Геометрическая Регулировка фазы’, Журнал британского Межпланетного Общества, 48, 479-483 (1995).
Хансон, A., ‘К Живущему Космическому кораблю’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 387-390 (1996).
Mauldin, Дж. Х., Перспективы Межзвездного Путешествия, Univelt, Сан-Диего, Калифорния (1992).
Mautner, M., ‘Основанное на месте Генетическое Сохранение Вымирающих видов’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 319-320 (1996).
Пенроз, R., Новое Мышление Императора, Оксфорд Ууниверсити Пресс, Нью-Йорк (1989).
Santoli, S., ‘Неразрешимые Семантические Микророботы Nanostructured для Продвинутых Миссий Extrasolar, IAA-95-IAA.4.1.04 (1995).
Tipler, Ф. Дж., Физика Бессмертия, Doubleday, Нью-Йорка (1994).
Tipler, Ф. Дж., ‘Ультрарелятивистские Ракеты и Окончательное Будущее Вселенной’, на Слушаниях Семинара Физики Толчка Прорыва НАСА, NASA/CP-1999-208694, редакторе М. Миллисе, НАСА Льюис (Гленн) Исследовательский центр, 12-14 августа 1997.
фон Нойманн, J., Теория Самовоспроизводящихся Автоматов, университет Прессы Иллинойса, Чикаго, Иллинойс (1966).
13
Встреча И
У цивилизаций сотни или тысячи или миллионы лет вне нас должны быть науки и технологии пока вне наших существующих способностей, чтобы быть неразличимыми от волшебства. Не то, чтобы то, что они делают, может нарушить законы физики; это - это, мы не будем понимать, как они в состоянии использовать законы физики, чтобы сделать то, что они делают.
Карл Сэгэн, Космическая Связь (1973)
Как Дикарь (1992), мы можем намереваться, что сложные программы, нацеленные на учреждение маленьких, самостоятельных человеческих сообществ на основе высоких технологий, сначала на Земле, затем в, предают планетарное место земле и наконец всюду по Галактике. Но все такие планы зависят от главной неуверенности: что случается, основываем ли мы прямой, физический контакт с инопланетянином (И) цивилизацией?
Если мы обращаемся к земной истории для руководства, мы можем только стать подавленными. Когда технологический равняется, встречаются в том же самом географическом урегулировании - также, как и еврейские беженцы от Бронзового века Египет и Обыватели от Минойского - мира Mycenean приблизительно 3 000 лет назад - столетия войны - вероятный результат. И когда технологически продвинутая земная цивилизация (такая как западные европейцы) связывается с менее продвинутым обществом (таким как индейцы), менее продвинутые люди в серьезном неудобстве.
Астрономы, которые участвуют в поиске внеземной разведки (SETI), долго обдумывали этику И контакт. Инженерам, планирующим рейсы звезды, хорошо советовали бы следовать за тем же самым курсом. Большая часть предположения относительно дипломатических и социологических последствий И контакта, таких как соответствующие секции в книгах Lemarchand (1992) и Макдоног (1987), рассмотрела последствия установления радиосвязи. Но что, если контакт проникает через starships (наш или ET’s), а не радио?
В ситуации того типа экспертиза социологов и других гуманистов могла бы иметь больше применения чем тот из физических ученых. Для социологических перспектив относительно И контакта, читатель убежден консультироваться с работой
172 Встречи И
[Ch. 13
Харрисон (1997), Schenkel (1999) и Более едкий (1996). Дуглас Вэкок Института SETI полагает, что человек - И контакт мог бы быть облегчен с помощью межзвездных сообщений, сообщающих духовные так же как научные принципы (Vakoch, 1999).
13.1	ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЛИ STARSHIPS ОБНАРУЖИМЫ?
Пока человечество не начинает строить его собственный большой межзвездный космический корабль, астрономы могли бы исследовать подозрительные объекты отдаленно, чтобы установить, работает ли И около нашей Солнечной системы. Хотя энергичное антивещество starships является наиболее легко наблюдаемыми, даже маленькими исследованиями, может быть обнаружен при определенных условиях.
Обнаружение энергичного starships
Никакая попытка не будет сделана здесь обсудить заметные свойства прорыва - физика starships продвигаемый пространственно-временными деформациями или энергией нулевых колебаний. Это - то, не потому что такие суда невозможны; это просто, что мы еще не знаем достаточно о них, чтобы характеризовать их наблюдательные параметры.
Мы начинаем нашу экспертизу starship обнаружения поэтому, с энергичным ‘доводом "против" ventional’ starships - ускоренные ядерными процессами (расщепление, сплав и антивещество) и замедленный magsails. Zubrin (1996) рассмотрел спектральную подпись такого ремесла. Поскольку Zubrin описывает, подпись энергичного starship будет отличаться от астрофизического объекта, потому что положение starship и скорость будут неустойчивы. Будущие астрономы, использующие очень большой земной и космические телескопы, могли бы обнаружить такие объекты во многих диапазонах волн через электромагнитный спектр.
Проблема - число фотонов в секунду, которая упадет на земной датчик, так как энергичный starships вероятно будет сферически симметрическими радиаторами. Zubrin (1996) предсказывает, что starship, испускание 1018 W 200 гамма - лучей MeV на расстоянии 1 светового года от Солнца приведет к потоку приблизительно 7.5 фотонов за m2 ежегодно на датчике гамма - луча около Земли, которая отдает трудное обнаружение, если не невозможный.
Осуществление 13.1. Используя приблизительные преобразования 1 MeV =1.6 x 10~13 J, и 1 свет year=1016m, подтверждают результат Забрина, обсужденный в предыдущем параграфе. Предположите, что испускание гамма-луча starship является сферически симметрическим радиатором.
Эмиссия гамма - луча от антивещества starship могла бы быть необнаружимой, но так как видимый свет будет также излучен от горячего выхлопа судна, и так как видимо-легкая радиация могла бы лучше коллимироваться чем гамма поток, такой выхлопной поток мог бы быть telescopically видимый за световые годы.
Секунда. 13.1]
Действительно ли starships обнаружимы? 173
Ракеты сплава испустят главным образом в диапазоне рентгена, и этот поток мог быть обнаружен по расстояниям нескольких световых годов, если орбитальный датчик рентгена является достаточно большим и достаточно чувствительным. Хотя электропривод расщепления также испускает рентгены, часть излученного электромагнитного потока находится в видимых/инфракрасных спектральных диапазонах.
Если наше гипотетическое энергичное И starship замедлит использование magsail, то предавать земле действие между magsail электромагнитной областью и межзвездной плазмой приведет к некоторой электромагнитной эмиссии. Zubrin (1996) оценки, что такой гальваностереотип, магнитный (ИХ) эмиссия, будет главным образом в рентгене и радио-спектральных диапазонах. Если замедление starship является большим, и достаточно быстрая, magsail-вызванная эмиссия радиочастоты могла бы быть обнаружимой по диапазону многих световых годов на орбитальных 6 км (или лунный) радио-датчик.
Обнаружение laser/maser освещает паруса
Если И путешествия предпочитает неядерное межзвездное путешествие, он мог бы использовать лазер или парус света maser. Если starship около достаточно, и laser/maser достаточно силен, размышления от паруса могли бы быть заметными как стремительная и ускоряющаяся монохроматическая 'звезда'. Однако, обнаружение будет зависеть от формы паруса и ориентации так же как других физических факторов.
Поэтому, не столь же легко смоделировать, спектральная подпись их обрабатывают, как это - энергичное ядерное ремесло. starship, ускоренный, используя лазеры или masers, может быть легче обнаружить во время замедления, если magsail используется.
Обнаружение неэнергичного starships
Если И хочет пересекать пропасть в медленном worldships, ускоренном и замедленном солнечными парусами, он мог быть обнаружен, поскольку он отбывает из своей домашней солнечной системы. Matloff и Pazmino (1997) рассмотрели обнаружительную способность такого ремесла по межзвездным расстояниям.
Так как солнечные паруса для worldship ускорения и замедления будут вероятно иметь планетарные измерения, мигрируя worldships появится земным наблюдателям как подобные планете объекты, которые отражают свет их родительских звезд, но перемещающийся в направлении, радиально направленном наружу от родительской звезды. По крайней мере, когда они являются самыми близкими к своим родительским звездам (и поэтому самыми яркими), такие объекты, как будет замечаться, будут ускоряться.
Обнаружение таких объектов будет возможно, когда запланированное поколение ‘terres планета испытания, наблюдая’ телескопы приедет в линию. Если мы можем обнаружить земную планету близко к ее родительской звезде, отраженный свет от паруса worldship должен также быть видимым. Конечно, такие обнаружения были бы serendipitous, так как ускорение worldship не будет долго оставаться в пределах границ его домашней солнечной системы. А не concen trating на случайных звездах в пределах солнечной окрестности для признаков случайной экспедиции, могло бы быть лучше исследовать близость звезд, из которых могла эмигрировать вся цивилизация.
Если И мигрировал от его домашней системы, и если некоторые из его представителей являются соседними, они могли бы быть обнаружены, даже если они хотят не общаться? Майкл Пэпэджиэннис размышлял, что мы могли бы обнаружить постоянный worldships в пределах нашей Солнечной системы, если такой существовать. Предполагая, что такой дом ремесла органический spacefarers, их
174 Встречи И
[Ch. 13
внутренняя температура должна быть поднята, чтобы поддержать жизнь. Такое ремесло стояло бы из астероидов в натуральную величину или ядер кометы из-за их лишней инфракрасной радиации.
13.2	ПОБУЖДЕНИЯ ЕДУЩИХ ЗВЕЗДУ ИНОПЛАНЕТЯН
Чтобы успешно искать И starships, мы должны рассмотреть побуждения ET так же как его обнаружимую технологию. Если некоторая форма пространственно-временной деформации выполнима и очень недорога, технологически продвинутые инопланетяне могли бы путешествовать очень далекие от дома. Такие рейсы могут иметь коммерческий, исследование или даже региональная природа. Если путешествие такими средствами развито инопланетянами, и если иностранные civilisa tions достаточно близки к нашей Солнечной системе, внеземное присутствие на Земле могло бы быть банальным.
Но путешествие такими средствами требует новой физики так же как новой технологии. Если мы ограничиваем вместо этого непосредственно к физически возможным двигательным установкам, таким как ракета антивещества и прямоточный воздушно-реактивный двигатель сплава, общество, которое решает технологические и экономические проблемы умеренно быстрого путешествия звезды, могло бы отослать случайные рейсы исследования.
В их классической обработке интеллектуальной космической жизни Shklovskii и Sagan (1966) размышляют, что устойчивая, долговечная spacefaring цивилизация могла бы время такие рейсы, чтобы принести некоторую новинку для домашней цивилизации и возможно предотвратить застой. Одна межзвездная миссия в столетие могла бы быть предпринята такой продвинутой культурой. Возможно лучшие статьи торговли с такой культурой могли бы быть искусством, philos ophy и музыкой.
Типичная non-spacefaring цивилизация могла бы ожидать посещаться с промежутками в приблизительно тысячелетие. Shklovskii и Sagan (1966) предполагают, что мы могли бы вновь исследовать некоторые из мифов преднаучного человечества в случае, если они основаны на случайном И посещения.
Даже любящая сидеть дома культура без интереса к сообщению с предавала звездных соседей земле могла бы серьезно рассмотреть межзвездное путешествие, когда его домашняя звезда начинает оставлять главную последовательность. Как предложено Matloff в эссе сети (www.accessnv/nids <http://www.accessnv/nids>) для Национального Общества Науки Открытия (NIDS), и позже усилил в газете IAA (Matloff, Schenkel и Marchan, 1999), самая близкая звезда солнечного типа кандидата, расширяющаяся от главной последовательности, является Hydri, на расстоянии приблизительно 21 светового года.
Звезды расширяются и увеличение яркости, поскольку они оставляют главную последовательность, таким образом они становятся лучшими 'стартовыми площадками' для "солнечного паруса, продвигаемого" worldships, поскольку они начинают разрушать жизнь на своих внутренних планетах. Базирование их оценки на частоту случайных близких звездных подходов, и предположения, что цивилизация эмиграции стремилась бы уменьшить межзвездное время прохождения, направляя их worldships к самым близким подходящим звездам, Matloff и др. (1999) оценка, что внешние пределы нашей Солнечной системы, возможно, были колонизированы, если один из каждых 10 000 звезд в небе имеет долговечную spacefaring цивилизацию. Если мы обнаруживаем радио-тихую группу Облака Oort или объектов Пояса Kuiper с контрольным инфракрасным избытком, мы должны делать попытку commun ication? И если мы делаем, кто говорит за Землю?
Секунда. 13.3]
Библиография 175
Также весьма возможно, что есть иностранное автоматизированное присутствие в Солнечной системе, даже если starships не посетили нас или если worldships не подняли место жительства. Возможно тихие исследования контролируют наше развитие и сияющие данные домой, как предложено Жестким (1998) и Раздел-опекой (2000). Если умное, долговечный И робот наблюдения обнаружено в пределах нашей Солнечной системы, конечно будут усилия общаться с этим. Снова, такая коммуникация должна быть предпринята, и кто должен говорить за нас?
Мы ясно в начале эры, когда автоматизированная досягаемость человечества начнет простираться к звездам; и как ученые и инженеры, дипломаты, поэты и художники, мы должны стать вовлеченными в эту попытку.
13.3	БИБЛИОГРАФИЯ
Раздел-опека, R., ‘Возможное Свидетельство Внеземной Технологии в Солнечной системе’, Журнал британского Межпланетного Общества, 53, 2-12 (2000).
Харрисон, А. А., После Контакта, Пленума, Нью-Йорка (1997).
Lemarchand, Г. А., эль Льямадо де лас Эстрельяс (на испанском языке), Передовая статья Lugas S.A., Буэнос-Айрес, Аргентина (1992).
Matloff, Г. Л. и Pazmino, J., ‘Обнаруживая Межзвездные Перемещения, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторе К. Б. Космовики, С. Боуайере и Д. Вертимере, Editrice Compositori, Болонье, Италия (1997), стр 757-759.
Matloff, Г. Л., Schenkel, P. и Marchan, J., ‘Прямой контакт с Инопланетянами: Possi bilities и Значения, IAA-99-IAA.8.2.02 (1999).
Макдоног, T., Поиск Внеземной Разведки, Wiley, Нью-Йорка (1987).
Papagiannis, Доктор медицины, ‘Инфракрасный Поиск в Солнечной системе как Часть Более гибкой Стратегии Поиска’, в Поиске Внеземной Жизни: Недавние События, Доктор медицины редактора Пэпа giannis, Д. Реидель, Бостон, Массачусетс (1985), стр 505-511.
Дикарь, М. Т., Тысячелетний Проект, Небеса, Denver, CO (1992).
Schenkel, P., ‘природа ETI, его Долговечности и Вероятно Интереса к Человечеству: Человеческая Вновь исследованная Аналогия’, Журнал британского Межпланетного Общества, 52, 13-18 (1999).
Shklovskii, я. S. и Sagan, C., Интеллектуальная Жизнь во Вселенной, Holden-дневный, Нью-Йорк (1966).
Более едкий, Д. Э., ‘Альтернативные Модели для Обнаружения Очень Продвинутых tions’ Инопланетянина Кивилизы, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 291-296 (1996).
Жесткий, A., ‘Маленькое, Умное Межзвездное Исследование’, Журнал британского Межпланетного Общества, 51, 167-174 (1998).
Vakoch, Д. А., ‘Сообщая С научной точки зрения Сформулированные Духовные Принципы в Межзвездных Сообщениях, IAA-99-IAA.9.1.10 (1999).
Zubrin, R., ‘Обнаружение Внеземных Цивилизаций через Спектральную Подпись Продвинутого Межзвездного Космического корабля’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 297-302 (1996).

Два добавленных изображения на НАСА опытный образец MSFC голографическая межзвездная мемориальная доска сообщения.
14
Межзвездные мемориальные доски сообщения
Я - дочь Земли и Воды,
И питомец неба;
Я прохожу через поры океана и берегов;
Я изменяюсь, но я не могу умереть.
Перси Бисш Шелли, Облако
Самое длинное жило, экспонаты человечества - наши межзвездные исследования. После того, как египетские Пирамиды и Великая китайская стена разрушились, чтобы вычистить, мегалиты Stonehenge были исправлены английской сельской местностью, и Башня Eifel и Леди Либерти упали, Пионер 10 и 11 и Путешественник 1 и 2 будет путешествовать бездорожная лишенная из галактики. Навсегда тихий после истощения их батарей радионуклида, сложенных случайными воздействиями межзвездных зерен пыли, они обрабатывают, и их преемники будут опознаваемыми экспонатами миллиарды лет в нашем будущем.
Удивительные вымышленные технологии постулировались в Походе Звезды и в другом месте, посредством чего продвинутый spacefarers может обнаружить тихий иностранный spaceprobes на расстояниях парсека или больше. Эти волшебные методы ощущения могут быть навсегда вне нашего схватывания. Но что, если гиперпродвинутая разновидность обнаруживает и восстанавливает Пионера или Путешественника на ее тихой поездке, используя технологии вне нашего кругозора? Мог некоторая часть probeis полезного груза говорить этим продвинутым инопланетянам кое-что о его планете происхождения и его длинно-мертвых создателях?
Такие предположения идут далеко вне границ науки, чтобы охватить искусство, philos ophy и богословие. Перед запуском мемориальные доски сообщения были прикреплены к структуре Пионеров и Путешественников. После этого прецедента весьма вероятно, что все будущие автоматизированные эмиссары к Галактике будут содержать такие сообщения.
178 Межзвездных мемориальных досок сообщения	[Ch. 14
14.1. ПОБУЖДЕНИЯ ДЛЯ МЕЖЗВЕЗДНЫХ МЕМОРИАЛЬНЫХ ДОСОК СООБЩЕНИЯ
Это является самым неожиданным, что внеземная цивилизация перехватит Пионера или Путешественника в любое время скоро. Почему тогда там широко распространенный интерес к проекту и содержанию межзвездной мемориальной доски сообщения?
Возможно, мы стремимся через мемориальную доску сообщения символически общаться с космосом в целом в той же самой манере, что проектировщики средневековых соборов искали создателя вселенной. Или возможно, не сознающее значение межзвездной мемориальной доски сообщения должно общаться с нами непосредственно, чтобы suc опоясано суммируют лучшее из человеческих стремлений и выполнений.
Так же, как вероятно гипотеза, которую эти ‘визитные карточки человечества’ разработаны как капсулы времени, чтобы сообщить с будущими человеческими поколениями, а не с интеллектуальными инопланетянами. В конце концов, у аналитиков траектории есть превосходная идея будущих курсов и указания Пионеров и Путешественников. Когда-нибудь, техно логически продвинулся, космический корабль от Земли мог бы восстановить эти starcraft и возвратить их и их мемориальные доски сообщения к витринам в Учреждении Smithsonian.
Менее возвышенное, но так же, как возможное побуждение - то, что создатели мемориальных досок сообщения стремятся увековечить себя через форму космических надписей на стенах. Межзвездную мемориальную доску сообщения можно было бы поэтому рассмотреть в том же самом классе momentos как резные фигурки римских легионеров на мегалитах Stonehenge, подписях Второй мировой войны 'Kilroy' через освобожденную Европу и бесчисленных примерах подземного искусства надписей на стенах, которое украшает столичные станции метро мира.
В любом случае, интерес к этим экспонатам очень широко распространен. Международная, поперечная культурная мемориальная доска сообщения, открытая для творческих вкладов многих indi viduals, могла конечно расширить основу поддержки для экстра-солнечной миссии. Хотя ранние мемориальные доски сообщения были разработаны маленькими командами, это будет не обязательно иметь место для будущих усилий.
14.1	ПИОНЕР 10/11 И ПУТЕШЕСТВЕННИК 1/2 МЕМОРИАЛЬНЫЕ ДОСКИ СООБЩЕНИЯ
Первый галактический эмиссар человечества, Пионер 10, был начат из Мыса Канаверал, Флорида, 3 марта 1972. Пионер 10 и его сестра отправляет Пионера 11, были и направлены к планете Юпитер и выполнил наш первый reconnaisance внешней Солнечной системы.
Как описано Сэгэн (1973), прикрепленный к обоим ремеслам были золотые анодированные алюминиевые пластины с измерениями 15 x 22.5 см. Сообщение выгравировало на этих пластинах, который показывают в иллюстрации 14.1, был разработан во время встречи в декабре 1971 американского Астрономического Общества очень маленьким комитетом, состоящим из Карла Сэгэна, радио-астронома Франка Дрэйка и художницы Линды Сэлзмэн Сэгэн.
Изрядное количество информации включено в эту мемориальную доску. Особенности двух нагих чисел включают особенности многих человеческих родов. Правая рука человека мужского пола поднята в (на что надеются), универсальный жест дружбы и приветствие. Позади этих двух человек схематичный из космического корабля, на который пластина
Секунда. 14.2]
Пионер 10/11 и Путешественник 1/2 мемориальные доски сообщения 179
ГИПЕРПРЕКРАСНЫЙ ПЕРЕХОД	СИЛУЭТ	ДВОИЧНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ
НЕЙТРАЛЬНЫЙ ВОДОРОД	КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ	ИЗ ДЕСЯТИЧНЫХ 8

ПУЛЬСАРЫ И	ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ РАССТОЯНИЯ
ЦЕНТР ГАЛАКТИКИ
Иллюстрация 14.1. Пионер 10/11 мемориальная доска сообщения.
От <http://spaceprojects.arc.nasa.gov/Space_Proj> ects/pioneer/PNimgs/Plaque.gif
прикрепленный, так, чтобы жившие места инопланетяне, перехватывающие Пионера, могли получить некоторое представление о нашем физическом размере, не разделяя общую систему единиц.
У основания Пионера мемориальная доска - представление нашей Солнечной системы, показывая, что планета происхождения и силы тяжести Юпитера помогает, метод имел обыкновение изгонять Пионера из Солнечной системы.
Паукообразная сеть налево от чисел могла использоваться, чтобы определить наше местоположение в Галактическом пространстве и времени. Этот радиальный образец использует двоичную систему счисления, чтобы обозначить положения и периоды 14 испускающих радио пульсаров относительно Солнечной системы. Так как периоды пульсара развиваются вовремя, технологически продвинутая extraterres цивилизация испытания могла использовать эту сеть, чтобы определить местонахождение Солнечной системы и приблизительно imate галактическая эпоха, в которой был начат Пионер.
Наверху Пионера мемориальная доска - представление нейтрального водорода, схематично представляющего переход между параллельным и антипараллельным электроном и протонными вращениями. Двоичное число ‘1’ ниже линии, соединяющей два водородных атома, может быть связано с длиной волны на 21 см этого водородного перехода. Другие двоичные числа около человеческой женщины могли использоваться как проверка масштаба.
Большинство научных наблюдателей нашло, что немного возразил с в Пионере 10/11 мемориальные доски сообщения. Но это не было верно с влиятельными членами широкой публики.
180 Межзвездных мемориальных досок сообщения
[Ch. 14
Отметьте, что половая расселина женщины отсутствует. Это было воздухом, тщательно вычищенным, когда влиятельные американские религиозные фундаменталисты жаловались на кампанию НАСА, чтобы послать порнографию в звезды.
Другой comentators отметил, что наши понятия альтруизма и дружбы, возможно, не универсальны. Как, например, инопланетянин мчался бы снабженный стрелками в их передних конечностях, интерпретируют поднятую правую руку человеческого мужчины?
Кроме того, что, если extraterestrials перехват исследования имеет паукообразное насекомое orign. Возможно сеть эмиссии пульсара представила бы им вторую паукообразную земную интеллектуальную разновидность. Если так, определение которого форма жизни является доминирующей на нашей планете, было бы трудным от информации относительно мемориальной доски Пионера.
После опыта общественной реакции на Пионера 10/11 межзвездная мемориальная доска сообщения, НАСА консервативно увеличило комитет, проектируя мемориальные доски для Путешественника 1 и 2. Информация, включенная в эти мемориальные доски, описана в больших деталях Sagan и др. (1978).
Путешественники начали 20 августа и 5 сентября 1977, сфотографировали Юпитера, Сатурн, Урана и Нептуна и многие из их спутников, поскольку они следовали за менее искушенными Пионерами в межзвездное пространство. Так же как будучи более способным с научной точки зрения, мемориальная доска сообщения Путешественников была гораздо большим количеством informa tion интенсивный, чем мемориальные доски, прикрепленные Пионеру, исследуют.
Вместо единственного иллюстрированного изображения сообщения Путешественника содержатся в золоте - покрытая медь phonographic отчеты. Используя кодекс digitisation, который представлен символически на каждом отчете, 118 фотографиях нашей планеты, нашей окружающей среды и людей, 90 минут музыкальных выборов, поздравления от многих мировых лидеров (и один кит) на больше чем 50 языках и другой информации включены в каждый отчет. Символические иллюстрированные инструкции также даны при вызове к этой информации с фонографом-a хорошую идею, так как отчет phonographic стал устаревшей звуковой технологией в течение двух десятилетий после запуска Путешественников. Также рельефный на поверхности отчета карта пульсара и диаграмма водородного перехода атома от мемориальной доски Пионера.
Мемориальные доски Путешественника также включают образец очень чистого урана 238, радио-активный изотоп с полужизнью 4.51 миллиардов лет. Сравнивая отношение урана к продуктам дочери в этом образце со скалами на их домашней планете, инопланетянин делает интервалы между farers, перехват Путешественника мог точно определить свое Галактическое время запуска.
Чтобы отклонить часть критики мемориальной доски сообщения Пионера, комитет по сообщению Путешественника состоял из многих ученых, авторов научной фантастики и культурных экспертов. Однако, возможно придираться к содержанию сообщения. Да ведь например, единственный пример середины 20-ого столетия западная популярная музыка рок-музыка Чака Берри? И почему была часть 5-ой Симфонии Битовена, включенной по последнему движению 9-ой Симфонии?
Каждое усилие было предпринято, чтобы держать поздравления от мировых лидеров к extraterres испытаниям настолько приподнятыми насколько возможно.
Одна цель для мемориальных досок сообщения, прикрепленных к будущим экстра-солнечным исследованиям, состоит в том, чтобы сделать их даже большим количеством информации интенсивный так, чтобы поздравления от большего сегмента народонаселения могли быть включены. Как обсуждено в следующем разделе этого
Секунда. 14.3]
Голографические мемориальные доски сообщения 181
глава, по крайней мере одна технология (бело-легкая голография) обещает достигнуть этой цели. Голографические мемориальные доски сообщения имеют огромную информационную способность, очень низки в массе и чрезвычайно терпимой радиации и могут быть включены в propul sion система солнечного паруса межзвездное исследование.
14.3. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕМОРИАЛЬНЫЕ ДОСКИ СООБЩЕНИЯ
Раннее развитие этого подхода к межзвездным мемориальным доскам сообщения - пример совместных действий искусства и науки. Процесс обрисован в общих чертах здесь и описан более подробно Matloff и др. (2002) и Matloff и Ударами (2002).
Летом 2000, художник К. Бэнгс (кто женат на авторе Грегори Мэтлоффе) curated выставка в соединении с Третьим Симпозиумом IAA по Реалистическим Краткосрочным Продвинутым Научным Космическим Миссиям, который был проведен в Aosta, Италия. Названный ‘Сообщения от Земли’, эта выставка была организована через Нью-йоркскую Передачу Ресурса Искусства галереи Inc., и представила концептуальные визуальные изображения больше чем 30 художников относительно их подхода к проекту изображения и содержанию будущих межзвездных мемориальных досок сообщения.
Один из участников на Симпозиуме, специалиста в области космических исследований Роберта Форварда, предложенного Ударам и Matloff, что превосходная среда для объединения многих изображений на мемориальной доске сообщения обедни без пения - бело-легкая голография. Отправьте поощрял Ле Джонсона в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА (MSFC) финансировать развитие опытного образца голографическая мемориальная доска сообщения.
Побуждения Форварда в этом вопросе не были просто профессиональны. Как обсуждено в Секции 4.6, у голографических поверхностей отражения может быть заявление в солнечном парусном спорте.
С поддержкой НАСА и помощью Голографического Центра Искусств в Длинном Городе Острова, Нью-Йорке, и компьютерном Ягненке художников Дэвида Вистера и Lajos Szobozlai, Удары создали бело-легкую голограмму, содержащую шесть независимых голографических изображений. Одно из этих изображений представлено как фронтон этой главы.
Бело-легкая голограмма подготовлена, используя монохроматический свет, в манере similiar к монохроматическим голограммам, как описано Caulfield (1979) и Saxby
(1)	. НАСА опытный образец MSFC голографическая мемориальная доска сообщения является типом белого - легкая голограмма, названная голограмма 'Бентона' или радуга. Такая голограмма произведена в многошаговом процессе, используя и монохроматический и многоцветной свет. Когда получающаяся голограмма 'изображения' освещена с многоцветным светом, зритель видит 3-ье бело-легкое изображение оригинального объекта, в котором спектральный оттенок зависит от ориентации точки зрения.
Изменения в процессе подвергания изображения могут привести к многоцветной голограмме. Кроме того, много 'мультиплексных' голографических изображений могут быть выставлены на той же самой голограмме радуги. Отдельные изображения могут быть рассмотрены последовательно в белом - освещают, изменяя углы между источником света и фотографической пластиной и между зрителем и фотографической пластиной.
182 Межзвездных мемориальных доски сообщения
[Ch. 14
У созданной фотографической пластины, на которой опытный образец MSFC были развиты голографические изображения мемориальной доски сообщения, есть измерения 40 x 50 см. Шесть много plexed изображений на пластине включают две голограммы ваяемых мужских и женских фигур и два из рисунков линии подобных чисел - одно представление схематической траектории и нашего Галактического местоположения и один содержащий кинематическое уравнение. Угловое изменение в точке зрения 20 степеней или больше вообще необходимо, чтобы переместить видимость между смежными изображениями. При определенных условиях освещения два или больше изображения могут быть рассмотрены одновременно. Обычно, не больше, чем четыре из мультиплексных изображений могут быть рассмотрены при любом данном освещении ситуации.
Цветное ацетатное изображение полной Земли, взятой от космического корабля Аполлона, служит фоном к голографическим изображениям. Как показано во фронтоне этой главы, это изображение Земли всегда видимо.
НАСА опытный образец MSFC голографическая мемориальная доска сообщения была поставлена MSFC Продвинутое Космическое Управление Транспортировки Весной, 2001, и была sub sequently рассматриваемый многими людьми, присоединился к MSFC.
В результате этих представлений интерес развивался в потенциале голографических солнечных парусов, как обсуждено в Секции 4.6. Проблемы, которые будут обращены для заявления голографических поверхностей в солнечном парусном спорте или как мемориальные доски сообщения, включали жизнеспособность голографических поверхностей в космическом пространстве.
Вместо того, чтобы подвергать уполномоченное произведение искусства моделируемым космическим радиационным тестам, образцы коммерческих бело-легких голограмм были получены из Технологий Inc. Spectratek, Калифорнийские. Подготовка образцов для радиационных тестов далее описана Matloff и Ударами (2002) и Matloff и др. (2002).
Образцы были выставлены до 100Mrad моделируемой радиации солнечного ветра в средстве Космического пространства в MSFC. Контроль и освещенные образцы были сравнены фотографически и счетом спектрального пиксела, использующим программное обеспечение обработки изображения и сканер. К решительному уровню экспериментальной воспроизводимости (приблизительно 6 %), даже существенные моделируемые дозы радиации солнечного ветра не имели никакого measur способного эффекта на качество изображения. Этот результат в согласии с результатами предыдущих радиационных исследований терпимости голограммы, процитированных в Matloff и Ударах (2002) и Matloff и др. (2002).
Как последующее к радиационным исследованиям терпимости, Haggerty и Stanaland (2002) исследовали reflectivity коммерческих голографических поверхностей. Коэффициент отражения некоторых образцов, сравненных благоприятно с коэффициентом отражения текущей технологии солнечный парус рефлексивные покрытия.
Одним человеком, который рассмотрел НАСА опытный образец MSFC голографическая мемориальная доска сообщения в течение лета 2001, был опытный holographer Джон Колфилд. Поскольку Колфилд обсуждает в своем резюме 1979, определенные типы бело-легких голограмм могут содержать многих больше чем шесть мультиплексных изображений. В таком устройстве угловое разделение между изображениями было бы намного меньше чем это в опытном образце MSFC. Информационное содержание такой специализированной голографической мемориальной доски сообщения было бы огромно действительно.
Секунда. 14.4]
Библиография 183
Осуществление 14.1. Чтобы получить некоторую идею информационных способностей содержания специализированной голографической межзвездной мемориальной доски сообщения, рассмотрите следующий случай. Предположите, что производственный объект голограммы таков, что 30 отдельных holo графических изображений могут быть рельефными на одной фотографической пластине. Измерения пластины составляют 30 x 30 см. Каждое изображение имеет куб с измерениями 20 x 20 x 20 см. Так как голографические изображения являются трехмерными, пять из шести лиц куба могут быть рассмотрены. Каждое лицо куба подразделено таким образом, чтобы 2-ая работа многих художников могла быть включена. Каждая художественная работа оптически уменьшена в размере, чтобы соответствовать 1 см x квадрат на 1 см. Сколько произведений искусства может быть accomodated на этой гипотетической мемориальной доске сообщения?
Caulfield (1979) также рассматривает толщину основания, на котором белом - развиты легкие голограммы. Определенные типы бело-легких голограмм могут быть более тонкими чем микрон. Тонкая пленка, информация, интенсивная голографическая мемориальная доска сообщения могла также содержать некоторые изображения переменного коэффициента отражения, к которому могло получить доступ простое вращение голограммы относительно источника света. Как обсуждено в Секции 4.6, эта собственность бело-легких голограмм может привести к заявлению голограмм к солнечному парусному спорту. Мемориальная доска сообщения на межзвездном солнечном исследовании паруса могла фактически также быть частью двигательной установки!
Даже при том, что несущая информацию способность голографической мемориальной доски сообщения открывает возможность намного более демократических комитетов по мемориальной доске и более широкого выбора визуального содержания, количество искусства, содержавшего сам по себе, не будет обеспечивать значащее сообщение.
Как обсуждено Vakouch (1999), проектировщики любого сообщения (радио или мемориальная доска) направленный к космосу, мог бы желать включать духовные принципы demonstrat луг, что мы люди технически продвинуты и в основном альтруистические в нашем подходе к внеземной жизни. Межзвездная мемориальная доска сообщения, разработанная согласно этим принципам, могла бы передать наше понимание трансцендентных чисел.
Удары и Matloff (2003) предполагают, что голографическая межзвездная мемориальная доска сообщения могла бы использовать изображения, внесенные многими художниками таким образом, что живописец Pointillistic создает большое изображение с маленькими мазками, каждый из которых является фактически отдельным изображением. Интервал или размеры маленьких изображений могли быть различны, чтобы обозначить измерения золотого прямоугольника, пи, или основы естественного масштаба логарифма.
Мы находимся действительно в младенчестве межзвездного проекта мемориальной доски сообщения и сообщения. Это будет представлять интерес, чтобы наблюдать, как проектировщики следующего поколения межзвездных мемориальных досок сообщения продолжаются.
14.1	БИБЛИОГРАФИЯ
Удары, C и Matloff, Г. Л., ‘Голографические Мемориальные доски Сообщения Межзвездного исследования: Oppor tunity для Базы SETI’, на Слушаниях SETICon 03, Третья Лига SETI Технический Симпозиум, американская Радио-Лига Реле, Newington, Коннектикут (2003).
184 Межзвездных мемориальных доски сообщения
[Ch. 14
Caulfield, Х. Дж., редактор, Руководство Оптической Голографии, Академический, Нью-Йорк (1979).
Haggerty, R., и Stanaland, T., ‘Заявления Голографических фильмов в Солнечных Парусах, представленных на Конференции STAIF-2002, университете Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико (январь 2002).
Matloff, Г. Л. и Удары, C, ‘Межзвездные Мемориальные доски Сообщения: Заявление Бело-легкой Голографии’, IAC-02-P.4.03 (2002).
Matloff, Г. Л., Валпетти, G., Удары, C. и Haggerty, R., Межзвездное Исследование (ISP): Пред Траектории Перигелия и Заявление Голографии, NASA/CR-2002-211730, Центра космических полетов имени Маршалла НАСА, Хантсвилл, Алабама (июнь 2002).
Sagan, C., Космическая Связь, Anchor/Doubleday, Город-сад, Нью-Йорк (1973).
Sagan, C., Селезень, Ф. Д., Druyan, A., Ferris, T., Lomberg, J. и Sagan, Л. С., Ропоты Земли, Случайного Дома, Нью-Йорка (1978).
Saxby, G., Практическая Голография, Prentice-зал, Нью-Йорк (1988).
Vakouch, Д. А., ‘Сообщая С научной точки зрения Сформулированные Духовные Принципы в Межзвездных Сообщениях, IAA-99-IAA.9.1.10 (1999).
15
Приложение: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
Это Приложение суммирует результаты Разработки Теледайна Брауна, Inc. сообщают исследовательской группе толчка В месте Центра космических полетов имени Маршалла НАСА (MSFC), который был создан Тэйлором и др. (2003c), 2001 публикация, основанная на Магистерской диссертации Тэйлором, литературным обзором и персоналом commu nications авторам. Предмет этого сообщения - технологическая зрелость, готовность и способность фотона солнечный парус, чтобы поддержать миссии исследования космоса.
Технологическая зрелость для солнечных понятий паруса фотона чрезвычайно высока для прямоугольного (или квадрат) солнечные конфигурации паруса из-за исторического развития прямоугольного проекта Лабораторией Реактивного движения НАСА (JPL), L’Garde Inc., ILC Дувр Inc., ДОЛЛАР и много других корпораций и агентств. Однако, будущие миссии и анализ миссии могут доказать, что прямоугольный проект паруса не лучшая архитектура для того, чтобы достигнуть целей миссии. Из-за исторического центра на прямоугольных солнечных относящихся к космическому кораблю проектах паруса, зрелость другой архитектуры, таких как обруч поддерживала диски, многократные маленькие дисковые множества, паруса парашюта, heliogyro паруса, перфорированные паруса, многократные паруса лопасти (такие как Космос Планетарного Общества 1), раздутые паруса подушки, и т.д., не достигли высокого уровня технологической готовности. (Немного архитектуры паруса показывают в иллюстрации 1.) Возможности различной архитектуры паруса и некоторых возможных понятий миссии обсуждены в этом Приложении.
1 КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СОЛНЕЧНОГО ПАРУСНОГО СПОРТА ФОТОНА
Основная теория, лежащая в основе солнечного парусного спорта, была сначала издана в 1873 шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвелл продемонстрировал, что инцидент, электромагнитный (ИХ) радиация, такая как пучок света, должен проявить давление на поверхность. Как описано Макиннесом (1999), теория Максвелла, возможно, вдохновила 1889 науку
186 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15

Квадратный парус с диагональным парусом Парашюта. Бум полезного груза. Полезный груз в центре. поддержанный кабелями.
X
О

Heligyro с Обручем полезного груза поддерживал парус. Вращение паруса диска, в центре.	Распределенный Полезный груз полезного груза в центре,
мог висеть от обруча.
Иллюстрация 1. Различный солнечный фотон пересекает под парусом архитектуру.
история беллетристики французскими авторами Фором и Graffigny о зеркале продвигала космический корабль.
Теоретическое предсказание Максвелла радиационного давления было подтверждено число experimen в 1900 российским физиком Питером Лебедью. В 1905, Альберт Эйнштейн квантовал теорию Максвелла, показывая, что световые частицы (названный квантами или фотонами) могли действительно обладать импульсом. Передача этого импульса на рефлексивную поверхность - основание солнечного толчка паруса.
Немного дальнейшие успехи были сделаны до 1921, когда Константин Тзилоковский, российский 'отец' астронавтики и ракетной техники, издал Расширение Человека в Космос, в котором он обсуждал фотонный относящийся к космическому кораблю толчок. Его коллега Фри-drickh Tsander был вдохновлен этой работой издать подобные теории в 1924. Tsander предположил, что, ‘используя огромные зеркала очень тонких листов’ и ‘используя давление солнечного света’ космические скорости могли быть достигнуты.
В 1951, американский аэронавигационный инженер по имени Карл Вили издал историю в Поразительной Научной фантастике, в которой солнечные паруса используются для подъема орбиты. Первая техническая публикация журнала о солнечном парусном спорте была в 1958 Ричардом Гарвином. Эта работа сопровождалась классическим ‘Межпланетным Путешествием Тсу Солнечным Парусом’ в 1959. Хотя Артур К. Кларк издал 1963 научно-фантастический рассказ о солнечной гонке паруса, 1960-ые были во власти соревнования в области космических исследований между США и СССР, и главный технический центр был на ракетной технике.
НАСА финансировало лаборатории Battelle в 1973, чтобы изучить различные солнечные парусные понятия. Джером Л. Райт, который позже создал бы текст на предмете, направил проект. В 1976, как обсуждено Макиннесом, формальное предложение было представлено директорам НАСА, предполагающим, что солнечный парус мог использоваться для a
Краткая история солнечного фотона, приплывающего 187
миссия свидания с кометой Халли. Программа, которой управляет Луи Фридмэн, была понижена в 1977, и солнечно-электрическая двигательная установка была выбрана вместо этого. 1986 американская миссия свидания Халли была позже отменена.
После его начала в 1979, льется Мировой Космический Фонд (WSF) наряду с Союзом, ла Промотион де ла Пропюльзион Фотоник (U3P) предложил солнечную гонку паруса на Луну. Третья солнечная группа защиты интересов паруса, Солнечный Союз Паруса Японии (SSUJ) был сформирован в 1982. Возможно из-за растущего влияния групп защиты интересов, более серьезная работа над солнечной теорией паруса, проектом и постройкой была под взятым в течение 1980-ых чем прежде. Это исследование руководства обсуждено Передовым (1984), Mallove и Matloff (1989) и Макиннес (1999).
В 1986, Пояхова издала первую современную монографию, посвященную солнечному парусному спорту. Это сопровождалось полупопулярной обработкой, созданной Friedman
(1)	,	соучредитель Планетарного Общества. Большая часть Mallove и Мэтлоффа
(2)	Руководство Starflight посвящено lightsails. Другая солнечная монография паруса была создана Мастером (1992). Также в 1992, американская комиссия Юбилея столетия Колумба Куин-а сформировалась и попыталась (неудачно) восстановить идею солнечной гонки паруса в месте. В 1994, Souza издал полупопулярную обработку солнечных парусов. Новая монография, посвященная этому предмету, была создана Макиннесом (1989).
Существенное экспериментальное развитие началось в 1990-ых. Российская ракета Продвижения развернула вращение диаметра на 20 м., отражатель тонкой пленки по имени Znamya около космической станции Mir в 1993. Диаметр на 14 м., который надувной отражатель радиочастоты назвал надувным экспериментом антенны (IAE), был развернут в 1996 во время миссии шаттла STS-77. Оба из этих экспериментов успешно продемонстрировали развертывание ment в месте большого, gossmer структура.
Во время 1997-1999, Джеффри Лэндис Института Космоса Огайо провел финансируемое исследование НАСА, чтобы развить солнечные и лазерные понятия паруса фотона. В это время период, другое усилие НАСА звонило, Солнечная Тепловая Программа Верхней ступени финансировалась, чтобы проектировать и построить большое, надувной оптический для космических заявлений. Это надувное оптический было проверено в университете Алабамы в Хантсвилле и НАСА MSFC в 1997-1998, как обсуждено Грегори (pers. commun.).
Теперь, работа продолжается к складному солнечному демону технологии паруса stration. Много инженеров и ученых продолжают исследовать различные аспекты и возможности солнечного парусного спорта. Много международных вебсайтов посвящены солнечному парусному спорту, включая: <http://www.uges.caltech.edu/~diedrich/solarsails/>, <http://www.ec-lille.fr / ~ u3p/index.html> и <http://www.kp.dir.de/solarsail/>.
Весьма возможно, что рассвет нового тысячелетия предвещает блестящее будущее для солнечных парусов. Джонсон и Шмидт (pers. communs 1999, 2000) обсуждают планы НАСА относительно солнечных программ демонстрации технологии паруса в течение первого десятилетия 21-ого столетия. Первая Краткосрочная миссия Демонстрационного примера Паруса, диаметр на 67 м. Geostorm, уменьшилась от его запланированных 2001-2002 запусков. Позже в десятилетие, НАСА надеется начать диаметр на 100 м. Временный Демонстрационный пример Паруса. До 2010, НАСА запланировало начать диаметр на 150-300 м. Продвинутый Демонстрационный пример Паруса, который достигнет helio паузы (приблизительно в 200 AU) после полета 10-20 лет.
188 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Усилия по развитию технологии заняли больше времени, и акцент бюджета изменился, так как эти планы НАСА были изданы. Усилия NASAs Gossamer Космические Структуры и Новые Программы Тысячелетия, Столкновение Команды Л'Гарда, немецкая компания ДОЛЛАРЫ солнечное усилие по парусу и другие привели к немного улучшенной готовности технологии материалов и структур для прямоугольной архитектуры. Космос Планетарного Общества 1 усилие развернуть испытательный парус в Низкой земной орбите (ЛЕО) также позволил улучшенную технологию для своей архитектуры паруса многократной лопасти.
Тэйлор и Landrum (2001) показали, что полная масса солнечного космического корабля паруса зависит от архитектуры структуры бума. Согласно их результатам, поддержанная структура паруса обруча менее массивна, чем квадратный или прямоугольный бум поддерживал взаимных участников паруса. Это заключение было независимо проверено участником при Солнечном Обмене Технологии Паруса, Встречающемся в НАСА Центр космических полетов Goddard весной, 2001. Другой темой, обсужденной на той встрече, была важность развития различной архитектуры для различных заявлений миссии.
Более свежая солнечная оценка технологии паруса была проведена в Национальном Центре Космических исследований и Технологии (NSSTC) в Хантсвилле, Алабама в январе 2002. Согласие состояло в том, что готовность технологии квадратного понятия паруса происходила высоко из-за исторического акцента на том проекте. Было также отмечено, что была историческая нехватка акцента на многократной относящейся к космическому кораблю архитектуре и их определенных технологиях. Много участников согласились, что ратификация полета солнечной технологии паруса будет иметь большую выгоду.
Как заявлено так красноречиво Макиннес (1999):
Так как бумага Гарвина начала современные события в солнечном парусном спорте приблизительно сорок лет назад, понятие вдохновило много людей посвящать свое время и энергию продвинуть область. Бесчисленные технические документы были написаны, которые демонстрируют потенциальные преимущества солнечного парусного спорта, многих аспирантами, которые тогда идут дальше к более непосредственным проблемам промышленности. Исследования были проведены который демон strate техническая выполнимость солнечного парусного спорта. Однако, для всех они иногда героические усилия эксплуатационный солнечный парус должен все же полететь.
2 ИСТОРИЯ МЕЖЗВЕЗДНЫХ СОЛНЕЧНО ПРИПЛЫВАЮЩИХ ПОНЯТИЙ
Хотя солнечный парус фотона - ведущий соперник за первые специализированные набеги человечества в Галактику, первые строгие рассмотрения способности приложения солнечного паруса к путешествию экстра-солнечного или межзвездного пространства не происходили до 1970-ых и 1980-ых. Хотя большая часть исследования поддерживала британское Межпланетное Общество (ЕЩЕ РАЗ) исследование выполнимости межзвездного путешествия, большинство исследователей, которые участвовали в этой фазе солнечного исследования паруса, было американцами (см. Mallove и Matloff, 1989; Mauldin, 1992).
Начинаясь в 1974 и заканчивающийся приблизительно в 1990, ЕЩЕ РАЗ проводимая работа, связанная, чтобы Спроектировать Daedalus, исследование термоядерного пульса приводило в действие исследование, которое могло быть ускорено к скоростям 0.15 c и достигнуть Centauri (в 4.3 световых года от Солнца) или Звезда Барнарда (приблизительно в 6 световых годов от Солнца) в одностороннем, нет 
История межзвездных солнечно приплывающих понятий 189
замедленное время прохождения меньше чем человеческая целая жизнь. Это исследование было получено в итоге Облигацией и др. (1984).
Одной из главных проблем исследования Daedalus была пригодность топлива сплава. Чтобы уменьшить озарение тепловыми нейтронами, смесь гелия 3 и дейтерий требовалась. Поскольку земной гелий 3 очень редок, Daedalus мог питаться (за большой расход) гелием 3 добытый от атмосфер гигантских планет.
Редакторы Журнала британского Межпланетного Общества (JBIS), признанный и выполнимость и трудность межзвездного путешествия. Они наметили до четырех ежегодных проблем JBIS, чтобы сконцентрироваться на ‘Межзвездных Исследованиях. Из-за редкости гелия-3's и социополитических проблем, касающихся приемлемости огромного ядерного пульса, продвигал космический корабль, много авторов JBIS, которых рассматривают альтернативами межзвездной ракете термоядерного пульса.
В течение конца 1970-ых две американских команды независимо рассматривали не ядерные межзвездные миссии. В Калифорнии членах НАСА команда JPL, направленная Луи Фридмэном, издала в 1978 их рассмотрение feasi bility исследования кометы Халли в 1986 с солнечным парусом фотона. Chaucey Uphoff, член этой команды, внесенной JPL TAU (Тысяча Астрономических Единиц) исследование (Jaffe и др., 1980). Это было исследованием исследования, которое будет начато в начале 21-ого столетия, которое могло достигнуть 1 000 AU от Солнца в человеческой целой жизни, которая требует выходной скорости Солнечной системы приблизительно 100 км s-1.
Аналитики TAU завершили, что только две двигательных установки в настоящее время способны к выполнению миссии. Привилегированный подход был ядерно-электрическим двигателем или двигателем иона. Uphoff предложил как резервная копия гипертонкое (меньше чем 1 микрон) солнечный парус фотона, развернутый в пределах орбиты Венеры. Хотя Uphoff просто приписали ‘неопубликованные вычисления’ в заключительном сообщении TAU, его предсказания сравниваются хорошо с таковыми из второй группы, результаты которой находятся в литературе.
Одновременно с исследованием TAU, Грегори Мэтлофф сотрудничал с Майклом Меот-Нером в Нью-Йорке на концептуальном развитии направленных panspermia полезных грузов продвижения методов на межзвездных рейсах приблизительно 10,000-летних продолжительностей (Meot-Ner и Matloff, 1979). Привилегированный подход толчка должен был использовать sailcraft с числом легкости (отношение давления солнечного излучения вызывают к солнечной гравитационной силе) 1. Если парус такого ремесла направлен нормальный к Солнцу, это выходит из Солнечной системы (согласно 1-ому Закону Ньютона) вдоль прямолинейной траектории в ее солнечной орбитальной скорости до паруса unfurlment. Орбитальная скорость ртути о 48kms_1. Приплывите unfurlment около Ртути закончился бы во время прохождения к Centauri приблизительно 27 000 лет.
Meot-Ner и Matloff (1979) поняли, что числа легкости сверх 1 и парус unfurlment расстояния в пределах орбиты Ртути очень уменьшат, предают звездные времена транзита земле. Анализ их (и другой) аспекты межзвездного парусного спорта солнечного фотона был издан в начале 1980-ых командой, состоящей из Matloff и Mallove (1981, 1983).
Основные особенности межзвездной солнечной миссии паруса включают параболическую начальную букву (или гиперболический) солнечная орбита с перигелием нескольких миллионов километров (так называемая ‘sundiver’ траектория). В перигелии частично развернутый парус выставлен солнечному свету. Если парус очень рефлексивен, высокая температура, терпимая и очень тонкая, и структура, соединяется 
190 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
парус луга и полезный груз - выходные скорости достаточно сильной, Солнечной системы сверх
1,1	км s ~ 'возможен, даже для больших полезных грузов.
Этот подход отдает и автоматизированные и укомплектованные миссии продолжительности тысячелетия, возможные к система Centauri. В значительной газете 1984 два участника команды Daedalus, Алан Бонд и Энтони Мартин, завершили, что только один метод передачи человеческой цивилизации к звездам - тысячелетний ковчег или worldship - будет выполним. И только термоядерный пульс или парус солнечного фотона были бы до задачи.
Много последующих бумаг исследовали методы сокращения межзвездной солнечной продолжительности рейса паруса. Они включают гиперболические скорости перед перигелием, заявление гипертонких или перфорированных парусов и кабелей, настолько тонких, что они затронуты радиационным давлением (см. Matloff, 1983, 1984, 1996, 1997, 2003). Компьютерные моделирования Cassenti и др. (1996) показали, что различная архитектура паруса динамически устойчива во время мультиг, длиной вчасы, пробеги ускорения Почти солнца солнечного фотона пересекают под парусом starships.
Макиннес и Браун (1990) указали, что для перигелиев в пределах нескольких солнечных радиусов, обратно-квадратный закон солнечного озарения нуждается в исправлении. Валпетти (1996a, b) и Cassenti (1997) независимо решил, что их некоторое преимущество в скорости спасения Солнечной системы, если солнечный угол аспекта паруса относительно Солнца оптимизирован во время пред-и траектории постперигелия. Но вся эта работа не уменьшила межзвездные времена передачи очень ниже тысячелетия.
2.1 Недавнее Исследование: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ, Аврора и НАСА ISP
Начинаясь приблизительно в 1990, международное исследование начало сосредотачиваться на краткосрочном, предают звездные солнечные миссии паруса земле. Вместо того, чтобы направляться к соседним звездам на millenial траектории, они обрабатывают, задуманы, чтобы исследовать Почти солнце межзвездная окружающая среда к нескольким тысячам AU.
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ (также названный ASTROsail или SETIsail) порожденный через усилия французского астронома Жана Эидманна и итальянского физика Клаудио Макконе. Это - предложенная миссия паруса к гравитационному центру Солнца в 550 AU. Согласно общей относительности, ИХ радиация, испускаемая объектами occulted Солнцем, сосредоточена полем тяготения Солнца в узкий, чрезвычайно усиленный луч, в и вне гравитационного центра Солнца. Рассмотрите, например, sailcraft с числом легкости 1, который сначала делает близкий демонстрационный полет Юпитера, чтобы направить это в параболическую солнечную орбиту с перигелием в орбите Ртути. Так как солнечная скорость спасения в орбите Ртути составляет 67 км/сек ~\, sailcraft отбудет из Солнечной системы в этой скорости. Это достигнет 550 AU спустя приблизительно 40 лет после запуска. Долговечный космический корабль со скромным набором астрономических инструментов мог использовать gravita Солнца tional центр, чтобы сделать наблюдения за интересом для астрофизиков и Поиска Внеземной Разведки (SETI) сообщество.
Несколько ЦЕНТРАЛЬНЫХ участников задавались вопросом, мог ли бы sailcraft выполнить с научной точки зрения полезную функцию если направлено к целям ближе чем 550 AU. Дальнейшее исследование привело к Валпетти (1996b) Аврора - sailcraft, несущий instru 
Парусная история фотона Laser/maser 191
ments, чтобы исследовать почти межзвездную окружающую среду приблизительно к 200 AU. Так же как анализ траектории, участники команды Авроры Гента и Brusca (1996) рассматривали проект и стабильность парусов типа парашюта с надувными участниками луча. Неким новшеством Авроры было предложение Scaglione и Валпетти (1996), что масса слоя тримарана, Начатый землей парус (алюминиевый рефлексивный слой, хром эмиссионный слой и пластмассовое основание) мог быть уменьшен, используя УЛЬТРАФИОЛЕТОВО-ЧУВСТВИТЕЛЬНУЮ пластмассу, которая испарится в месте.
Начинаясь в 1998, НАСА начало исследовать краткосрочное (2010-2020), солнечный парус начал исследование heliopause. Возможно вдохновленный Авророй, Межзвездное Исследование (ISP) несло бы частицу - и полевые измерительные приборы к границе солнечного и межзвездного пространства (который является приблизительно 200 AU от Солнца).
Варианты толчка ISP рассмотрели Джонсон и Leifer (2000). Чтобы достигнуть heliopause через 20 лет, ISP должен отбыть из Солнечной системы приблизительно в 50 км/сек ~ ', примерно 3x скорость Пионера 10/11 и Путешественник 1/2 исследует. Полная масса миссии (исключая парус) составляет приблизительно 150 кг, из которых 30 кг посвящены инструментам науки. Согласно Liewer и др. (2000), ареальная массовая плотность паруса - приблизительно 1 gmm ~2, и масса паруса составляет приблизительно 100 кг. Чтобы достигнуть его высокой выходной скорости Солнечной системы, sailcraft должен противостоять 0.25 проходам перигелия AU.
Как обсуждено Хранилищем и др. (1999), большое продвижение на фильмах паруса и структурах произошло; очень все еще остается быть достигнутым. Недавняя работа над НАСА MSFC Haggerty и Stanaland (2002) и Hollerman и др. (2003) включала тесты материалов паруса кандидата в моделируемом и реальном месте envioronment.
Как рассмотрено Matloff и др. (2002), Валпетти применил Aurora-полученный tra jectory программное обеспечение к ISP. Заявление прямого или ретроградного предварительного перигелия trajec тори позволяет двум окнам запуска ежегодно достигать любого пункта в близости heliopause. Существенные сокращения размера паруса или ареальная массовая плотность возможны, если sailcraft отбывает из Земли в скорости немного выше чем требуемое избежать солнечной системы.
НАСА дало некоторое рассмотрение ‘Новатору Облака Oort’, чтобы быть начатым позже в 21-ом столетии. С ареальной массовой толщиной паруса 0.1gmm~2 это ремесло могло отбыть из Солнечной системы в 300 км s (0.001 c) и поехать больше чем 1 000 AU во время ее целой жизни проекта.
3 ПАРУСНАЯ ИСТОРИЯ ФОТОНА LASER/MASER
Парусный спорт солнечного фотона способен к продвижению межзвездных исследований предшественника и ковчегов 1,000-лет к самой близкой экстра-солнечной системе звезды. Парус фотона направленной энергии, с другой стороны, является единственным физически выполнимым способом межзвездного транспорта, который концептуально способен к двухстороннему межзвездному путешествию, с временами транзита, приближая человеческую целую жизнь. Хотя много исследователей (особенно Маркс (1966), Moeckel 1972), и Norem (1969)) внесенный раннему теоретическому развитию этого понятия, большинство понятий более полно исследовалось Передовым (1964, 1984).
192 Приложения: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Как обсуждено в литературных обзорах Mauldin (1992), Mallove и Matloff (1989) и Matloff (2000), Вперед начал его экспертизу этого понятия в начале 1960-ых. Основные проблемы и для ранних и для недавних исследователей в этой области были:
1	Как мы проектируем несущий человека космический корабль к соседней звезде в пределах человеческой целой жизни?
2	Как мы выполняем эту задачу с известной физикой?
3	Мы можем ограничить требования энергии миссии и спроектированные затраты для приемлемых уровней?
4	Наконец, мы можем возвратить команду (или их дети) к Земле в конце их межзвездного исследования?
Попытки обратиться к этим проблемам конечно были творческими. Но не все эти попытки, окажется, будет выполним.
Одно ограничение к laser/maser применимости для межзвездного толчка было понято почти немедленно. Это - требование поддержания, что коллимация луча и цель с точностью, определенной на 100 1 000 км, пересекают под парусом более чем триллион километров accel eration 'взлетно-посадочная полоса'.
Предположите, что диаметр паруса диска, нормальный к лучу энергии, является £sail и разделением между апертурой луча энергии, и легкий парус - £IStran-sail. В отобранном разделении паруса передатчика угол (0) подимел тенденцию парусом, ^sail / ^ IStran-парус. Если мы желаем, например, спроектировать коллимировавший ИХ луч энергии против 1 000-километрового диаметра на расстоянии 1012 км, мы должны указать луч с точностью до 10~9 радианов. Дрейф луча nust быть устраненным или данным компенсацию за и передатчик должен поддержать свое выравнивание несмотря на гравитационные волнения объектами Солнечной системы. Такое совершенствование должно также быть поддержано в течение многих десятилетий по расстояниям, настолько большим, что ограничение скорости света отдает обратную связь между электростанцией и starship невозможный.
Проектировщики миссии могут улучшить вещи немного, выбирая короткую длину волны луча (Alaser) и большой диаметр апертуры передатчика луча Aaser-tran. Применение критерия Рэлея (см. Главу 1):
^ = Aau = 244 Alaser	(1)
^IStran-sail	Aaser-tran
Один способ уменьшить требование для длинной коллимационной лучом длины состоит в том, чтобы использовать космический корабль, который может сделать несколько, проходит через луч энергии. Предложенный подход - превращение Lorentz-силы thrustless. Если sailcraft будет заряжен к значительно высокому электрическому потенциалу после отъезда луча власти, то влияние местного Галактического магнитного поля изменит свою траекторию (см. Norem, 1969; Отправьте, 1964). Концептуально, sailcraft мог кружиться назад и повторно войти в луч. Магнитные альтернативы на заряженные поверхности были также предложены. Но как обсуждено в Matloff (2000), Geof Landis сообщил Matloff, что они вероятно не выполнимы.
Парусная история фотона Laser/maser 193
Хотя превращение thrustless может быть выполнимым, это, возможно, не практично. Мы не знаем, для какой продолжительности достаточно большое электрическое обвинение может быть поддержано на космическом корабле, перемещающемся в высокую скорость через межзвездную плазму. Мы также понятия не имеем относительно постоянства межзвездного магнитного поля по радиусу светового года поворота thrustless.
Столь же обсужденный в Главе 7, Отправьте (1985) предложенные перфорированные паруса как средство сокращения относящейся к космическому кораблю массы. К сожалению, полуэмпирическая теория, используемая Вперед, чтобы оценить работу перфорированного легкого паруса только, просит случай паруса сверхпроводимости. Мог даже сверхпроводник очень высокой температуры оставаться сверхпроводимостью когда заброшено гигаваттами ИХ радиация?
Matloff (2003) применил теоретический подход, обсужденный Driscoll и Вогэном (1978), чтобы оценить спектральный reflectivity, transmissivity, поглотительную способность и излучаемость несверхпроводимости, металлический, перфорированный легкий парус (см. Главу 7). Хотя усовершенствование, эта теория применяется только для очень ограничительных параметров проекта петли. Большая теоретическая и экспериментальная работа должна все еще быть сделана прежде, чем преимущества перфорированных легких парусов продемонстрированы. Однако, как указано Landis (2000), наше текущее теоретическое понимание может быть достаточным для нас, чтобы завершить, что в отсутствие сверхпроводников очень высокой температуры у металлических петель может быть меньше преимущества перед металлическими листовыми парусами тонкой пленки чем первоначально принятый. Landis (1989, 1999) предположил, что диэлектрические паруса тонкого листа могут превосходить и металлическую петлю и покрывать паруса для межзвездного парусного спорта света applica tion.
В 1984, Отправьте предположенный, что коллимация луча могла быть поддержана по межзвездным расстояниям, определяя местонахождение тонкой пленки линза Френели в луче энергии между передатчиком и парусом. Потенциал и проблемы применения линз Френели в месте были рассмотрены в Раннем (2003). Хотя такие линзы физически выполнимы, поддерживая оптическую связь более чем триллионы километров для трех элементов (передайте трижды, линза и парус) существенная техническая проблема.
Если технические проблемы решены, двухстороннее межзвездное путешествие могло бы быть выдвинутыми легкими парусами лазера возможного использования. В 1984, Отправьте, предложил, чтобы межзвездное использование миссии приплыло и линзы Френели в 1 000-километровом диапазоне и лазерных полномочиях приблизительно 4 x 1016 ватт (власть приблизительно 1 000 x текущих земных цивилизаций consump tion). В этом анализе космический корабль, сосредотачивающий 8 x 107 кг, ускорен лучом к Эпсилону звезды Eridani, который составляет 10.8 световых годов от Солнца.
Многоступенчатый лазерный парус использовался бы, чтобы позволить двухстороннее межзвездное путешествие в следующей манере. После ускорения один сегмент паруса был бы отделен и выведен в луч власти. Свет, отраженный от этого паруса, был бы спроектирован против паруса starship, чтобы замедлить это в Эпсилоне Eridani и позже ускорить starship назад к Земле. Приближаясь к Солнечной системе еще раз, starship снова вошел бы в луч власти для замедления. Полное время прохождения путешествия туда и обратно могло быть меньше чем человеческая целая жизнь.
Много меньше - честолюбивые альтернативные миссии были предложены. Как предложено Kare (2002), мы могли бы ускорить микропаруса (меньше чем 1 м. в диаметре) в луче энергии. После ускорения они управлялись бы, чтобы воздействовать на намного больший starship, который будет ускорен передачей импульса. Согласно Nordley (1999),
194 Приложения: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
такой подход мог бы потребовать интеллектуальных микропарусов, способных к возвращению в на большем космическом корабле.
Myrabo и др. (2000, 2003) сообщил об экспериментах с образцовым космическим кораблем в лучах власти, и в вакууме и в атмосфере. Другая недавняя экспериментальная и аналитическая работа Benford и др. (2002, 2003) сконцентрировалась на стабильности едущего на луче космического корабля. Это кажется (как подтверждено в Matloff (2001a)), который определенные формы паруса могут быть в состоянии автоматически исправить за небольшое количество дрейфа луча.
Большинство рассмотрений парусного спорта laser/maser принимает передающую луч электростанцию в постоянном внутреннем положении Солнечной системы между Солнцем и starship. Поскольку это может быть трудным достигнуть, Matloff и Гончар (1996) проанализировали случай ненеподвижной электростанции, в которой электростанция следует за starship на траектории, которая является немного гиперболической относительно Солнца.
Обычно предполагается, что критерий Рэлея подразумевает, что лучи власти лазера короткой длины волны будут всегда превосходить микроволновую печь maser лучи. Но это, возможно, всегда не верно.
Обсуждения со многими микроволновыми исследователями (включая G. и Дж. Бенфорда и С. Поттера) показывают, что, хотя эксплуатационная микроволновая технология в настоящее время применяется к микроволновым печам на 1 см, эта технология могла быть изменена для applica tion к микроволновым печам длины волны миллиметра. Экономические системы микроволновой технологии (по сравнению с высокоэнергетической лазерной технологией) могли поэтому быть поняты с более короткими микроволновыми печами длины волны.
Но потенциально большего значения (если идея, оказывается, выполнима) заявление от общей относительности. Maccone (2001) исследовал продвигающее заявление гравитационного центра Солнца. ИХ радиация, испускаемая объектом occulted Солнцем, будет сосредоточена солнечной силой тяжести в чрезвычайно усиленный и очень узкий луч на минимальном расстоянии 550 AU от Солнца. Солнце occulted объект должно самостоятельно быть по крайней мере 550 AU от Солнца.
Matloff (2001b) рассуждает, что может быть возможно спроектировать фронт импульса эмиссии от солнечного приведенного в действие maser намного ближе к Солнцу чем 550 AU, чтобы иметь то же самое искривление в солнечном члене как эмиссия из источника в 550 AU. Если это может работать, maser радиация от электростанции будет сконцентрирована в узком луче, начинающемся в 550 AU на противоположной стороне Солнца, и коллимация луча будет поддержана для очень большого расстояния.
Дальнейшие обсуждения с Maccone показывают, что много факторов, включая изменения в плазме кроны, могут отдать эту невыполнимую идею. Но это конечно достойно дальнейшего исследования.
3.1 Очень большие основанные на месте лазерные понятия
Как обсуждено на вебсайте <http://www.optopower.com>, текущая технология диодного лазерного множества может произвести сияния продукции приблизительно 10MWm~2. Диаметр луча является маленьким; диодные множества не сложны и требуют только, чтобы оптика коллимирования, электропитание и радиатор удалили высокую температуру из диодного материала.
Парусная история фотона Laser/maser 195
Диодные лазеры менее эффективны чем, например, солнечные накачанные газовые лазеры, но их простота в проекте делает их хорошим кандидатом на лазерный парусный спорт.
Примите межзвездную пересекающую под парусом лазер миссию, в которой 1 000-килограммовый космический корабль должен быть ускорен к 0.15 с в течение десяти лет, и диаметр паруса составляет 1 км. Если лазерное сияние на парусе является постоянным, ускорение паруса о 0.14m s-2, или приблизительно 0.015 г. Принимая 0.9 паруса reflectivity и применение уравнения (7.2), необходимая лазерная власть, посягающая на парус, является приблизительно 2 x 1010W. Сияние лазерного луча на парусе - приблизительно 2.5 x 104Wm~2, об эквивалентном irra-diance солнечного паруса 0.25 AU от Солнца.
Если каждое лазерное диодное множество может произвести 20 W, приблизительно 1 миллиард диодных множеств требуется. Предположение, что у каждого диодного множества есть измерения 1 мм на 0.5 мм
1	мм (включая слив высокой температуры), площадь поверхности самолета испускания диодного множества - 5 x 10~7m2. Полное измерение необходимых диодных множеств составит приблизительно 30 м.
Согласно DeYoung и др. (1989), диодные лазеры работают приблизительно в 30 % effi ciency. Солнечное множество коллекционера ячейки должно поэтому произвести приблизительно 67 GW власти. В 1 AU от Солнца у солнечного множества ячейки будет радиус приблизительно 8 км, принимая солнечную эффективность ячейки 0.25. Размещение коллекционера ближе к Солнцу уменьшит свой размер.
3.2 Большие оптические компоненты
Большинство бумаг на межзвездном лазерном парусном спорте признает факт, что большая оптика обязана предписывать, чтобы laser/maser эмиссия от Солнечной системы базировала электростанцию против отдаленного паруса starship. Тип оптических обычно принимаемый, паралинза О'Меры, был введен Передовым в 1984. Показанный схематично в иллюстрации 2, это устройство - по существу большая линза Френели, сделанная из концентрических колец обедни без пения, прозрачного материала. Паралинза построена таким способом который там

Иллюстрация 2. Паралинза О'Меры.
196 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
концентрические пустоты между кольцами; штанги поддержки используются, чтобы дать линзе структурную целостность.
Хотя много авторов упомянули паралинзу, немногие делали попытку детального анализа дифракции. В предварительном анализе 1989, Mallove и Matloff sugested, что рефлексивное оптическое функционировало бы лучше. Тэйлор и др. (2003) издал анализ дифракции типового диаметра на 500 м. паралинза О'Меры, разработанная, чтобы сосредоточить лазерный свет на 500 нм против паруса диаметра на 500 м. на расстоянии 2 световых годов. Результаты этого усилия указывают, что рефлексивная оптика и более эффективна и легче инженеру чем паралинза для этого заявления.
3.3 Обращение и прослеживание
Очень точный контроль обязан держать лазерный луч на парусе на межпланетных или межзвездных расстояниях. Оптическое сосредоточивание луча могло быть приспособлено, используя лопасти контроля, в манере, аналогичной, чтобы управлять заявлением лопасти к солнечным парусам. Однако, некоторый метод создания очень точных регуляторов обращения является существенным. Концептуально, это могло быть затронуто в лазерной апертуре регуляторами дифракционной оптики. Даже у лучшего обращения и прослеживания систем есть указывающие ошибки из-за колебаний системы, оптических недостатков, и т.д. Эта система 'колебание' эффективно наклоняет луч под углом к оптическому пути. Следующий Тэйлор и Landrum (2001), центр луча тогда отодвинут от центра цели:
где jpoint - указывающее колебание. Для центра луча, чтобы остаться на парусе, максимальное допустимое колебание вычислено, равняя Arjit к радиусу паруса.
Подарки Иллюстрации 3, указывающие колебание против межпланетных расстояний для радиуса на 500 м. sailcraft ранее рассмотренный. Как обсуждено Possel (1998), художественное "государство" в прослеживании и обращении колебания является приблизительно 0.1 микрорадианами. Поддержать луч на парусе для 100 AU требует усовершенствования указывающего колебания приблизительно 4 порядков величины. Как демонстрирующийся в иллюстрации 4, текущая технология колебания обращения должна улучшиться в соответствии с 9 порядками величины позволить лазерное ускорение по межзвездным расстояниям.
Поскольку пространственное распределение указывающей ошибки - случайная Гауссовская переменная, Центральная теорема Предела требует, чтобы распределение сияния по данному временному интервалу заполнилось в радиальном Гауссовском распределении. Используя формализм Арнона:
радиальное измерение r.d. километры, и ojit является стандартным отклонением колебания луча или амплитуды колебания, в км. Амплитуда колебания вычислена, используя:

(2)
r.d.
IRR (r.d). = IRR (o) e2 °*
(3)
где IRR (o) является лучом центральное сияние в Wm 2, IRR (r.d). сияние луча в

(4)
Так как распределение, планировавшее лазерным лучом, радиально симметрично, это может
Парусная история фотона Laser/maser 197

лазер-tran
(AU)
Иллюстрация 3. Обращение колебания против расстояния (AU).
и
с
<0
ъ
(О
10.0
1.0
о	0.1
g. 0.01
0.001
0	5	10
^laser-tran (световые годы)
Иллюстрация 4. Обращение колебания против расстояния (световые годы).
не быть необходимым, чтобы поддержать лазер на парусе всегда. Если парус может поддержать свое местоположение около центра луча, он будет все еще освещен симметрично и следовать за Гауссовским профилем. Потеря энергии луча инцидента, должна дрожать, определена, используя вышеупомянутое anaylsis как функция расстояния от главного регулирования, оптического из
198 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии	[Ch. 15

Радиальное расстояние, (r) (км)
Иллюстрация 5. Время объединяло профиль лазерного луча в 10 AU.

Иллюстрация 6. Процент лазерного инцидента власти на парусе против расстояния.
лазер. Время объединялось, профиль лазерного луча для расстояния 10 AU представлен в иллюстрации 5.
Если мы предполагаем, что наш парус остается около центра луча и что радиус паруса составляет 500 км, уравнение (3) интегрированного между 0 и 500 м. на расстоянии 10 AU, чтобы указать, что приблизительно 0.025 % полного луча - инцидент на парусе. Принимая 67-GW лазерное множество, в 10 AU все еще будет приблизительно 20 Wm ~2 инцидента на парусе, который составляет приблизительно 1.5 % солнечной константы. Иллюстрация 6
Парусная история фотона Laser/maser 199
представляет процент от власти инцидента на парусе против расстояния. Улучшение колебания, конечно, улучшит власть лазерного луча инцидента.
3.4 Большое управляемое место отражает и антенны: Понятия и эксперименты
Хотя часто предполагается в пересекающих под парусом лазер обсуждениях, что лазерный луч коллимируется оптической системой, Отправить (1984), предложил, чтобы паралинза была использована, чтобы сосредоточить луч немного вне легкого паруса, гарантировать, что весь луч - инцидент на это.
Изменить центр паралинзы потребовало бы интервала изменения и ширины преломляющих колец - трудное если весьма преодолимая задача. Но эта задача соответствует способностям надувного или электрически управляла мембранным отражателем. Как расстояние паруса от увеличений отражателя, давление инфляции или электрическая полевая сила должны быть уменьшены - увеличение радиуса цепной кривой отражателя и увеличения расстояния к центру.
Поэтому, отражатель - активный оптический элемент. Луг Инженера Теледайна Брауна, Inc, в Хантсвилле, Алабама, провел исследование относительно практичности электрически адресуемой мембранной оптики. Электрически управляемый оптический развитый в этом проекте описан Тэйлором и др. (2002, 2003). Это может быть pixillated, который позволяет луч держаться и исправление фронта импульса.
Это экспериментальное электрически обратилось оптический, состоит из двух пластин алюминия луга поведения, отделенного данным расстоянием. Высокое напряжение статическая область между этими двумя пластинами используется, чтобы очертить оптическую поверхность. Электростатические силы сплачивают пластины в цепную линию (параболический - как) форма. Изменяя полевую силу через поверхность контроля за pixellated, поверхностная плоскостность отражателя управляется адаптивно. Эксперименты показывают, что refector может быть поддержан квартира в пределах оптических длин волны для диаметров отражателя, больше чем 5 м. Contol в большем (инфракрасный или микроволновый) длины волны должен оказаться легче из-за больших длин волны.
Число лазерной поверхности отражателя было бы ощущено в месте, используя вариант общего астрономического ‘Теста Звезды’, в котором Воздушный диск видимого или инфракрасного звездного света будет рассматриваемым continously. Исправления были бы автоматически сделаны, применяя напряжения волнения к плиткам на мембране контроля. Диспетчер был разработан, чтобы исправить и для статической деформации отражателя и для динамических эффектов, таких как тепловая езда на велосипеде или структурные колебания.
Чтобы продемонстрировать доказательство понятия, небольшой опытный образец оптического / антенны был построен. Как показано в иллюстрации 7, окружности части диаметра на 1 м. 1 mil гуща (на 0.0025 см) алюминировала Kapton polymide, фильм был соединен к упругой ткани. Круглое отверстие было сокращено в структуре правления пены; плоская рефлексивная поверхность была создана, обеспечивая ткань к структуре. Эластичность ткани tensioned фильм и сохраненный этим квартира в обесточенном государстве. С промежутками вокруг периметра фильма, связи были сделаны к алюминиевому покрытию. Они были присоединены к положительному терминалу электропитания высокого напряжения.
Другой твердый лист правления пены с алюминиевой фольгой, соединенной к этому, был помещен позади рефлексивного фильма. Отрицательный терминал электропитания был связан на эту поверхность.
200 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Алюминированный polymide фильм

Спутниковое телевидение малошумящий конвертер блока (LNBC) с интегрированным рожком подачи был связан со спутниковым приемником и повысился на приспосабливаемой руке перед отражателем. Собрание было помещено в местоположение, где оно могло рассмотреть Солнце. Высокое напряжение было применено, который изогнул отражатель и сосредоточил солнечный свет. Из-за поверхностных фильмом недостатков, сосредоточенный солнечный свет произвел 20 размеров пятна диаметра на 30 см. Рука поддержки использовалась, чтобы поместить LNBF в этот центр. LNBF был связан со спутниковым приемником, и собрание антенны было нацелено на орбитальную передачу спутника в 11.7-12.2 ГГц. Тесты показали, что, чтобы застраховать приобретение спутникового сигнала, апертура конического рожка подачи должна превысить 10 см.
После приобретения сигнала спутника было удалено высокое напряжение. Это заставило фильм расслабляться, и сигнал был потерян. Заявление и удаление высокого напряжения неоднократно приводили к приобретению и потере сигнала спутника. Этот эксперимент подтверждает, что произведенное искривление отражателя electrostatically составляет практическую антенну.
Опытный образец был построен, используя коммерчески доступный материал без управляемой терпимости или точных механических регуляторов. Оптимизированные материалы, довод "против" напевал терпимость, и точное составляющее размещение очень улучшит эффективность антенны.
Анализ архитектуры: Квадратные паруса против обруча приплывают 201
Это было также продемонстрировано, чем искривление фильма было пропорционально разделению между фильмом и самолетом основания и различием напряжения. Этот propor tionality был очевиден от движения фокуса и диаметра пятна.
4 АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ: КВАДРАТНЫЕ ПАРУСА ПРОТИВ ПАРУСОВ ОБРУЧА
Как упомянуто ранее в этом Приложении, наиболее проанализированная архитектура паруса фотона - квадратный или прямоугольный парус. Здесь, мы пытаемся исправить эту неустойчивость, сравнивая типичный квадратный проект паруса с поддержанным парусом обруча. анализ сравнивает массу и фактор легкости двух парусов. У каждого паруса есть идентичная область 106m2; квадратный парус составляет 1 000 м. на стороне, диаметр паруса обруча составляет 1 128.6 м.
Мы принимаем квадратный парус, поддержанный четырьмя бумом, с оптимистическим бумом линейная плотность (Aboom) 0.05kgm-1. Мы также принимаем оптимистический парус, o \, болеем, 0.001 kgm-2. Масса аппаратных средств, требуемых соединить относящиеся к космическому кораблю компоненты, является Mhw, и масса полезного груза - Mpay. Масса квадрата sailcraft может теперь быть выражена как:
2 4Aboom^	/a \
■ ^squaresail ^sail ^ ^	^ ^payload ^ Mhw	(A-5)
Принимая reflectivity коэффициент 0.85, квадрат sailcraft фактор легкости может быть вычислен, применяя уравнение (4.19):
^quaresail = °-001 46 ()	(A-6)
V м. squaresail /
Если мы принимаем массу полезного груза 150 кг и массу аппаратных средств 50 кг, полная масса этого квадрата sailcraft составляет 1 343 кг. Фактор легкости квадратного sailcraft 1.09.
Если этот sailcraft развернут в перигелии 0.1 параболических солнечных орбит AU, скорость спасения Солнечной системы в перигелии составляет 133 км s-1. Применяя уравнение (4.27), sailcraft выходит из Солнечной системы в 139 км s-1 или приблизительно 20 лет AU 1.
Теперь полагайте, что обруч поддерживал парус с той же самой областью, с космическим кораблем, идентичным в проекте Исследователю Облака Oort, описанному в конце этого Приложения, но с диаметром 1128.6 м., а не 850 м. Масса обруча sailcraft составляет 1 201 кг, и ареальная массовая толщина - 0.0012kgm-2. Применяя уравнение (4.19) еще раз для 0.85 reflectivity, фактор легкости паруса обруча 1.21. Для того же самого паруса unfurlment стратегия как квадратный парус, парус обруча выходит из Солнечной системы в 146 км s-1 или приблизительно 21 год AU 1.
Иллюстрации 8 и 9 соответственно показывают факторы легкости квадрата и парусов обруча против области паруса. У паруса обруча есть немного более высокий фактор легкости, пока области паруса не превышают 3 x 107m2, из-за меньшего количества массы структурной поддержки.
202 Приложения: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15

Область паруса (m2)
Иллюстрация 8. Фактор легкости квадратного паруса против области паруса.

Область паруса (m2)
Иллюстрация 9. Фактор легкости обруча приплывает против области паруса.
5 СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ/ИМПУЛЬСА В ПРЕКРАСНОМ СОЛНЕЧНОМ ПАРУСЕ
Иногда, является производительным для специалистов в недавно появляющихся областях рассмотреть основные принципы. Такая ситуация произошла в течение лета 2003, когда критический анализ основных предположений физики о солнечном парусном спорте был выпущен на Сети университетским астрофизиком Корнелла Томасом Голдом (http://aexiv.org/html/physics/0306050 и <http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993895>). События, приводящие к этим публикациям Сети, описаны Луи Фридмэном Планетарного Общества (<http://www.pl> anetary.org/solarsail/ss_and_physics.htrnl).
Сохранение энергии/импульса в прекрасном солнечном парусе 203
Золото правильно указало, что под несколько уменьшенным атмосферным давлением, лезвия Радиометра Крука (также названный Легким Заводом - устройство с вертикальной шахтой, оборудованной горизонтальными лезвиями, покрыло белого и черный на дополнительных сторонах - видят http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/LightMill/light-mill.html), поворачиваются в противоположном направлении от того, что ожидалось бы из предположений давления фотона. В ответе, солнечный исследователь паруса Бемджемин Дидрич (http:// www.ugcs.caltech.edu/~diedrich/solarsails/newscientistletter.html <http://www.ugcs.caltech.edu/~diedrich/solarsails/newscientistletter.html>) ре sponded, что правильное (тепловое) объяснение вращения Радиометра Крука было предложено шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом приблизительно 130 лет назад. При высоких вакуумных условиях, фактически (как указано в http://www.physics. - brown.edu/Studies/Demo/thermo/demo/4d2010.htm), руководство вращения радиометра полностью изменяет как предсказано радиационной теорией давления.
Diedrich также указал, что теория термодинамики 19-ого столетия Карнота (Ohanian, 1989) не может быть правильно применена к открытой системе, такой как солнечный парус. Этот вывод был независимо сделан Трэвисом Тэйлором и сообщил НАСА MSFC солнечного менеджера паруса Эдварда Монтгомери 25 июня 2003. Другие исследователи ответили на вызов Золота, исследуя различные аспекты основной физики паруса фотона. Matloff развивал простую демонстрацию, что и энергия и линейный импульс сохранены в операции паруса фотона (см. Секцию 5.1).
5.1 сохранение Энергии/импульса в прекрасном парусе солнечного фотона
Возможно продемонстрировать, что отлично размышляющий парус фотона повинуется обоим законам о сохранении. Считайте ситуацию представленной в иллюстрации 10. Справочная структура помещена на отлично размышляющий солнечный парус с массовым Msail во время t = 0. Фотон длины волны подходы парус с импульсом Pphoto, 0, прежде, чем это будет взаимодействовать с парусом. Во время r = В, фотон отскакивает с импульсом Pphot, 1. Теперь парус перемещает со скоростью AVsail относительно справочной структуры.
Из элементарной квантовой теории (Иссушает и др. 1980), изменение линейного импульса фотона во время прекрасного отражения от паруса:
2h
APphot Pphot, 1 Pphot, 0		(A-7)
где h = константа Планка. В этом уравнении импульса изменение длины волны отраженного фотона, как полагают, несущественно.
Справочная структура	Парус (t = 0, l / = 0)	Парус (f = В V = AV)
Иллюстрация 10. Солнечная парусная энергия и сохранение импульса. t = время; V = скорость; P = импульс; P0 = импульс фотона перед отражением; P1 = импульс фотона после отражения.
204 Приложения: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Изменение линейного импульса паруса во время отражения фотона - MsailA Vsail. Принятие, что линейный импульс сохранен во время взаимодействия фотона и паруса:
2h
AVsail =-	(8)
Парус ™
Во время его взаимодействия с фотоном sailis кинетическая энергия (АКД, ^) увеличивается:
1	2h2
KEsail = - MsailA V^il =-2-	(9)
2	A2^sail
Длина волны отраженного фотона будет очень немного отличаться от длины волны фотона инцидента согласно НИМ Эффект Doppler, или ‘Красное Изменение’ (Stodolkiewisz, 1976). У отраженного фотона будет различная кинетическая энергия от фотона инцидента, как выражено:
.	он он hcAA	.,„
Фот = ~A ~ Y+Aa =	(10)
так как возрастающее скоростное изменение намного меньше чем скорость света.
Согласно ИМ Эффект Doppler, AA/A = AVsail/e. Поэтому, мы можем выразить уменьшение в фотоне кинетическая энергия как:
jsj?	ха Vsail	/a
AK^phot	(11)
Мы затем заменяем нашим выражением AVsail, уравнение (8), в уравнение (11), чтобы получить следующее выражение для фотона кинетическое уменьшение энергии:
2h2
£phot AK-=, 2i/	(12)
Парус ™
который идентичен уравнению (9) для увеличения паруса кинетическая энергия. Таким образом, оба закона о сохранении относятся к отлично размышляющему парусу фотона.
5.2 Экспериментальные/эксплуатационные тесты парусного спорта фотона
Поскольку Diedrich указывает в вебсайте, процитированном выше, мы теперь получили превосходное экспериментальное и эксплуатационное свидетельство, подтверждающее принцип парусного спорта фотона. Так же как будучи измеренным в лабораторных экспериментах приблизительно с 1900, давление солнечного излучения, как наблюдали, в течение 1960-ых изменило орбиты спутников воздушного шара Эха, согласно теоретическим предсказаниям. Давление солнечного излучения было также оказано, чтобы регулировать Моряка 10 миссий демонстрационного полета к Ртути и использовалось в орбитальных регуляторах и контроле за отношением спутников связи.
Сообщество толчка в месте должно существенный долг Профессору Голду. Поскольку солнечный парус фотона начинает появляться из доски теоретика как
Понятие 1 миссии: лунный микропарус 205
Полезный груз
Иллюстрация 11. Конфигурация лунного микропаруса.
эксплуатационная космическая двигательная установка, обзор основных физических принципов - очень хорошая вещь.
6 ПОНЯТИЕ 1 МИССИИ: ЛУННЫЙ МИКРОПАРУС
Ранние миссии демонстрации паруса фотона могли быть проведены в находящемся между Землей и Луной месте. Они могли быть развернуты от шаттла, или потребляемый горячий сторонник, с маленькой верхней ступенью имел обыкновение проектировать парус и полезный груз к орбитальным высотам приблизительно
1,1	км, где атмосферное бремя становится несущественным.
Иллюстрация 11 показывает возможную архитектуру для такого микрокосмического корабля. Основанный на понятии паруса обруча, это ремесло могло поставить 2.5-килограммовый полезный груз лунной орбите или воздействию в течение 2 лет. Исследование состоит из поддержанных парусов обруча пяти диаметров на 3.41 м., связанных друг с другом как показано в числе. Центральный диск паруса поддерживает внешние четыре, которые могут вращаться для руководства и контроля. Полезный груз приостановлен в центре главного центрального обруча. Это может быть перемещено в guidewires, чтобы изменить относящийся к космическому кораблю центр массы для того, чтобы регулировать цели.
Простота и обедня без пения этого космического корабля отдают это недорогой, чтобы начать (возможно как вторичный полезный груз) и легкий развернуться. Внешние обручи могут свернуться внутрь сверху центрального обруча, для легкого хранения в пределах средства выведения. Полезный груз о размере обувной коробки, и полная относящаяся к космическому кораблю масса составляет меньше чем 5 кг. Одно маленькое средство выведения могло гипотетически развернуть 'рой' этих лунных парусов обруча.
Как обсуждено в Тэйлоре и др. (2003), поддержанный парус обруча диаметра на 3.6 м. был продемонстрирован в лаборатории. Анализ конечного элемента показывает что обруч
1	у см в диаметре и 50 толстых микронах есть достаточная сила, чтобы поддержать мембрану паруса под солнечным освещением и развертыванием. Анализ способностей кепки напряжения запуска еще не был проведен.
206 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии	[Ch. 15
7 ПОНЯТИЕ 2 МИССИИ: GEOSTORM/SOLAR-SENTINEL
Одно раннее заявление паруса фотона высокого процента должно определить местонахождение паруса фотона или флотилии парусов в L1 Lagrange Пункт в системе Земного солнца. Космический корабль в L1 - 1.49 x на 106 км ближе к Солнцу чем Земля и расположен, где гравитационные влияния баланса Солнца и Земли, так, чтобы, с минимальным орбитальным регулированием, космический корабль может поддержать его положение в течение длительного периода времени.
Солнечные космические обсерватории в L1, такие как Продвинутый Исследователь Состава (ТУЗ), начатый в 1998, обеспечивают дальнее обнаружение солнечных вспышек и Изгнаний Массы Кроны, так как частицы, испускаемые во время этих событий, достигают обсерваторий приблизительно за один час до того, как они достигнут Земли. Не постоянный в L1, они находятся в перпендикуляре орбит 'ореола' к линии Земного солнца, сосредоточенной на L1.
НАСА полагает, что солнечный фотон пересекает под парусом солнечную обсерваторию L1. У этой обсерватории, дублированного Geostorm, была бы длинная целая жизнь. Регуляторы паруса использовались бы, чтобы поддержать орбиту ореола космического корабля, а не бортовых охотников. Главное ограничение на полезную целую жизнь было бы жизнеспособностью паруса в 1-AU солнечном, окружают ment.
Тэйлор (2003c) описывает подробный анализ динамики паруса Geostorm. Аспекты, которые рассматривают, включают вычисление пунктов равновесия для солнечного паруса фотона в системе Земли солнца, стабильности паруса в этих пунктах равновесия, контроле солнечных парусов фотона около линии Земли солнца и вычислений минимально-разовых helio центральных солнечных траекторий паруса фотона.
8 ПОНЯТИЕ 3 МИССИИ: СВИДАНИЕ КОМЕТЫ И ВОЗВРАЩЕНИЕ ОБРАЗЦА ЯДРА КОМЕТЫ
Как показано в Столе 1, у многих комет есть перигелии в пределах 1 AU. Солнечное исследование кометы паруса фотона должно быть способным к соответствию орбитам с отобранной внутренней кометой Солнечной системы, полетом в формировании с той кометой, сборе образца материала кометы и возвращения Земле.
У такой миссии был бы большой общественный и научный интерес. Кометы часто доминируют над небом во время своих близких солнечных подходов, или 'появлениями'. Человеческая реакция на этих астрономических посетителей иногда меняла курс истории (Sagan и Druyan, 1985). В 1986, космические зонды из Европы, Японии, России и США провели демонстрационный полет или муху - через столкновения с Кометой Халли.
Кометы иногда ударяют Землю, изменяя экологию и биосферу. Так же как вызывая массовые исчезновения, такие воздействия принесли изменчивые вещества (включая воду) на поверхность Земли. Миссия возвращения образца кометы обратилась бы к научным вопросам об этих объектах неба. Каков предел прочности ядер кометы - очень существенный, если мы желаем поменять курс кометы и защитить Землю? Какие сложные органические соединения - прародители жизни - присутствуют в слоях, окружающих ядро?
Кометы представляют первобытную Солнечную систему и могут быть similiar в свойствах к
Понятие 3 миссии: свидание Кометы и образец ядра кометы возвращаются 207
Стол 1. Короткий период coments с перигелиями <1.00AU.
Lodders и Fegley (1998).
Название
Обозначение
Перигелий (AU)
Оригинальность
Период (годы)
2P
Encke
0.340
0.850
3.28
D1766 G1
P/Helfenzrieder
0.406
0.848
4.35
23P
P/Brorson-Metcalf
0.479
0.972
70.5
45P
Honda-Mrkos-Skellerup
0.532
0.824
5.27
1P
P/Halley
0.587
0.967
76.0
5D
П/брорсон
0.590
0.810
5.46
D/1937 D1
P/Wilk
0.619
0.981
187
122P
P/de Vico
0.659
0.963
74.4
D/1770 L1
P/Lexall
0.674
0.786
5.60
27P
P/Crommelin
0.735
0.919
27.4
35P
P/Herschel-Rigollet
0.748
0.974
155
12P
P/Pons-Brooks
0.774
0.955
70.9
72P
P/Denning-Fujikawa
0.78
0.820
9.01
D/1827 M1
P/Pons-Gambart
0.807
0.946
57.5
ТРЕХМЕРНЫЙ-A
P/Biela
0.861
0.756
6.62
D/1819 W1
P/Blanpain
0.892
0.699
5.10
73P
П/шуоссмэнн-Уочмэнн 3
0.933
0.695
5.34
109P
P/Swift-Tuttle
0.958
0.964
135
55P
P/Tempel-Tuttle
0.982
0.904
32.9
26P
P/Grigg-Skellerup
0.995
0.664
5.10
8P
P/Tuttle
0.998
0.824
13.5
Галактическая туманность, от которой развилась Солнечная система. Миссия возвращения образца кометы могла даже проверить очень спорную гипотезу, что жизнь развила в этом небулярном preceeding развитие планет (Wickramsinghe и др., 1997).
У миссии свидания кометы будет несколько фаз. Они включают: (1) запуск от Земли, (2) соответствие орбиты кометы и свидание, (3) полет формирования и (4) типовое возвращение. Прежде, чем рассмотреть эти фазы, мы обращаем внимание к выбору кометы для нашей предложенной типовой миссии возвращения и математики предложенной миссии.
8.1 выбор кометы Кандидата
Распечатка короткопериодных комет, которые нанесли повторные визиты во внутреннюю Солнечную систему, включена в Binzer и др. (2000). По крайней мере 18 комет регулярно посещают внутреннюю Солнечную систему. У девяти из них есть афелии между 4.09 и 6.19 AU (они, возможно, были под влиянием Юпитера). Восемь имеют склонности между 0 и 20 степенями; четыре имеют склонности между 21 и 61 степенью; три имеют склонности между 61 и 100 степенями; и три имеют склонности 101-180 степеней. Средняя склонность орбиты одной из этих комет к эклиптическому - 47.3 степеней. У средней кометы в этом классе есть перигелий 0.74 AU, и оригинальность средней кометы 0.844.
Как далее оправдано в Тэйлоре и др. (2003b), комета, выбранная для предложенной типовой миссии возвращения, 107P Wilson-Harrington, также названный Малой планетой 4015.
208 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
У этого объекта есть перигелий 1 AU, который уменьшает требование для космического корабля солнечное регулирование орбиты; это вращается вокруг Солнца каждые 4.29 года, которое позволяет вполне достаточные возможности миссии; и его склонность - только 2.8 степени, который уменьшает требование для склонности 'проворот'. Оригинальность (ecom) для Кометы 107P 0.623, и ее афелий - 4.29 AU.
8.2 Sailcraft проектирует параметры
И диск и квадратные паруса рассмотрели для этой миссии. И ремесло несет полезный груз 50 кг и использует парус ареальная массовая толщина 0.006kgm-2. Это не недостижимый фильм паруса ареальная массовая толщина в 2003. Парус reflectivity, как предполагается, 0.9.
У паруса диска есть радиус 50 м. Предполагается, что увеличения структуры пересекают под парусом массу фактором 1.3. Космический корабль ареальная массовая толщина является 0.012kgm-2. От уравнения (4.19), фактор легкости 0.12. Полная относящаяся к космическому кораблю масса составляет приблизительно 115 кг. Применяя уравнение (4.17) и предполагая, что парус ориентируется нормальный к Солнцу, его ускорение в 1 AU от Солнца - 7.3 x 10~4ms~2.
Квадратный парус составляет 100 м. на стороне, и у структурного бума есть линейная плотность 0.05kgm_1. Космические корабли ареальная массовая толщина, фактор легкости и характер istic ускорение чрезвычайно идентичны таковым из паруса диска.
8.3 математика кометы и sailcraft орбит
Скорость кометы в перигелии может быть определена, используя уравнение от уравнения (6.49) из Fowles (1962):
V
пери
1/2
(13)
где Vcirc - круглая скорость на расстоянии перигелия кометы от Солнца. Если мы изменяем уравнение Домашних птиц (6.51), мы можем связать скорость перигелия с круглой скоростью, разделение Кометы солнца перигелия (Rperi) и Комета солнца афелия separa tion (^aph):
1 1/2
Vperi Vcirc
2Raph/R]
пери
1
R.
aph
R
пери
(14)
Так как мы знаем относящуюся к космическому кораблю скорость в перигелии (относительно Солнца) и расстояние перигелия, мы можем связать орбитальную энергию в перигелии к орбитальной энергии на любом другом солнечном расстоянии (RSO), не принимая орбитального изменения энергии. Орбитальная скорость в положении RSO вычислена:
vso -
V2irc - 2.65 x 10
20
(RSO Rperi)
1 + Raph/R]
пери
1/2
(A. 15)
Понятие 3 миссии: свидание Кометы и образец ядра кометы возвращаются 209
Предполагается, что первый маневр после Земного спасения - изменение склонности на постоянном расстоянии от Солнца. Мы выполнили подгонку кривой к Макиннесу (1999), уравнение (4.23), чтобы получить:
A - 005 exp [-1.323 ln (Rco) - 2.3]	(16)
где Al/At - изменение склонности в степенях в неделю, ^s/c - относящийся к космическому кораблю фактор легкости, и Rco - постоянное расстояние 'орбиты проворота' склонности от Солнца, в AU.
Поскольку орбита паруса приспособлена, ее угол не всегда нормален к Солнцу. Мы можем иметь отношение, ускорение рефлексивного спиной фотона приплывают тангенциальный к его солнечной орбите (ACCt) к его ускорению, когда ориентирующийся нормальному к Солнцу (ACCnorm) и углу, 0, (между нормальным к парусу и линией между парусом и Солнцем) использование уравнения (50) из Передовых (1990a):
ACCt - ACCnorm грешат 0 потому что 0	(17)
8.4 фаза 1 Миссии: Земной отъезд
Из-за низкой относящейся к космическому кораблю массы ракеты Delta/Atlas-class более чем способны к запуску sailcraft. Мы предлагаем высокоэнергетическую верхнюю ступень так, чтобы Земное спасение (или гиперболический избыток) скорость sailcraft была о 3kms-этом, та же самая Земная скорость спасения, требуемая вставить начатый космический корабль Земли в направляющийся Марсом эллипс передачи Хохмэнна, как обсуждено Убавляют и др. (1971).
Парус должен быть развернут после Земного спасения, используемого сначала для проворота склонности, тогда к свиданию с кометой и наконец возвратиться в Землю. Один выбор состоит в том, чтобы использовать верхнюю ступень, способную к поставке 8kms-1 гиперболической лишней скорости (равный требуемому для направляющейся Юпитером передачи Хохмэнна). Тогда, парус должны использоваться только для проворота склонности и Земного возвращения.
8.5 фаза 2 Миссии: проворот Склонности
Если мы применяем уравнение (16) для этого космического корабля и отобранной кометы, мы находим это в
1	AU, изменение склонности с 2.8 степенями занимает 12.7 недель или приблизительно 90 дней. Конечно, так как космический корабль не всегда будет в 1 AU и не всегда будет нормален к Солнцу, возможно 100 дней должны быть ассигнованы для этого маневра. В течение 2 лет изменение склонности 22 степеней возможно, принося 8 комет в Binzer и al’s (2000) список в пределах досягаемости.
8.6 фаза 3 Миссии: соответствие орбиты Кометы
Asuming, которые удят рыбу 0 - 45 степеней, мы можем применить уравнение (17) к относящимся к космическому кораблю отобранным проектам. Тангенциальное ускорение 3.25 x 10 4 м. s-2 весьма возможно. Это эквивалентно тангенциальному скоростному изменению приблизительно 10-километрового года - ', который более чем достаточен для свидания кометы, станционного хранения и возвращения к Земле.
210 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Применяя уравнение (13) к Комете 107P, мы находим, что комета о 8kms-1 быстрее чем Земля в перигелии. Меньше чем год соответствующих орбите маневров требуется, для 3kms-1 Земной скорости спасения.
Для сравнения Макиннес (1999) рассмотрел миссию свидания кометы для паруса с фактором легкости 0.05. Даже для такого массивного космического корабля, свидание кометы требует не больше, чем 5 лет.
8.7 фаза 4 Миссии: Станционное хранение и типовая коллекция
Мы предлагаем новый подход, чтобы пробовать коллекцию. В то время как парус используется, чтобы поддержать положение космического корабля возможно несколько сотен километров от ядра кометы, образец может возможно 0.0004m3, объем понижен к ядру кометы, приложенному к sailcraft привязью. Механизм запуска типового контейнера мог быть весной.
Станционное хранение с активной кометой около перигелия несет некоторый риск повреждения gossamer sailcraft. Как обсуждено Williams в 2003 вебсайте http:// nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/giotto.html, на 1986 исследование Европейского космического агентства к Комете Халли воздействовала частица пыли, достаточно энергичная, чтобы переместить траекторию космического корабля 0.9 степенями. Но как обсуждено Marsden в другом вебсайте 2003 <http://cometography.com/pcomets/107p.html>, Комета 107P является относительно бездействующим объектом, который подвергается нечастым вспышкам, даже во время появления. Кроме того, Джотто полетел через кому Кометы Халли в марте 1986 со скоростью относительно кометы приблизительно 60kms-'. Этот образец кометы возвращается, у sailcraft есть скорость относительно кометы близко к 0kms-1 во время типовой коллекции.
Во время спуска и подъема типового контейнера, sailcraft мог маневрировать, чтобы избежать частиц, испускаемых от ядра Кометы 107P. Типовой контейнер был бы оборудован стадией подъема и спуском. Приземляющиеся подушки были бы покрыты веществом, таким как синтетическая кожа Геккона. Как описано к Осени и др. (2000) - Geckos - маленькие рептилии ногами, оборудованными, чтобы придерживаться на почти любую поверхность, даже в вакууме, силами ван дер Уоэлса. Противовращающаяся система тренировки предложена в Тэйлоре и др. (2003b), чтобы собрать образцы. После типовой коллекции стадия подъема высаживающегося на берег просто отделила бы от стадии подъема и медленно вертелась бы до sailcraft. Разделение стадии могло быть загруженной весной.
8.8 фаза 5 Миссии: Земное возвращение
С его образцами ядра кометы sailcraft возвратился бы к близости Земли, полностью изменяя маневры, описанные выше. Так как парус все еще функционален, никакой addi tional подталкивание не требуется для захвата Землей. Типовой контейнер может быть восстановлен от sailcraft после Земного захвата для экспертизы в месте, или возвращен к Земле в капсуле возвращения.
Один выбор для Земного возвращения обсужден в больших деталях в следующем разделе
Понятие 4 миссии: свидание Нептуна, используя парус aerocapture 211
и в Matloff и Тэйлоре (2003). Возможно использовать парашют паруса мода в верхних краях атмосферы планеты так, чтобы sailcraft был захвачен той планетой.
9 ПОНЯТИЕ 4 МИССИИ: СВИДАНИЕ НЕПТУНА, ИСПОЛЬЗУЯ ПАРУС AEROCAPTURE
Мы предлагаем миссию Нептуну, который начат к Земному спасению. Парус фотона тогда развернут и ориентирован нормальный к Солнцу. Парус является достаточно тонким, что космический корабль может достигнуть скорости спасения Солнечной системы; это сохранено (и возможно ориентировал параллельный линии Космического корабля солнца) во время круиза постускорения Нептуну. Приближаясь к Нептуну в солнечной скорости спасения в орбите Нептуна, парус ориентируется нормальный к руководству путешествия. Парус используется парашют мода замедлить атмосферным бременем в верхней атмосфере Нептуна. После замедления космический корабль был захвачен как спутник эксцентричной орбиты Нептуна. Если парус переживает свой проход через атмосферу гигантской планеты, он может использоваться для орбитального регулирования.
9.1 Параметры Проекта Sailcraft
Проект основан на 'Персефон' - исследование Пояса Neptune/Kuiper, которое рассматривает Matloff (2001c). Ареальная массовая толщина паруса - оспаривание (но вероятно достигните - способный к 2010), 0.001 kgm-2. Полная относящаяся к космическому кораблю масса составляет 300 кг, половина которых является парусом. Приблизительно 30 кг распределены к полезному грузу науки. Как предложенное НАСА Межзвездное Исследование, радиус паруса составляет 219 м. (Джонсон и Liewer, 2000; Matloff и др., 2002). Принимая 90%-ый парус reflectivity, уравнение (4.17) может использоваться, чтобы продемонстрировать, что ускорение sailcraft в 1 AU составляет приблизительно 0.004 3 м. s-2, если это ориентируется нормальное к Солнцу.
Оригинальное предложение Персефон принимало парус unfurlment после Земного спасения и ускорения к солнечному параболический или скорость спасения. Космический корабль тогда делает близкий подход к Нептуну, запуская его (химические) ракеты наоборот глубоко в пределах силы тяжести Нептуна хорошо (см., что Глава 4 для обсуждения приведенной в действие силы тяжести помогает маневрам). Ремесло тогда круизы в уменьшенной скорости к Поясу Kuiper возражает около Нептуна, внося приземляющееся исследование на поверхности того объекта, используя химические ракеты. Здесь, замедление в орбиту Нептуна использует один только парус и не требует никакого толчка.
9.2 фазы миссии столкновения pre-Нептуна
Как прежде, мы принимаем пусковую установку Delta/Atlas-class и пересекаем под парусом unfurlment после Земного спасения. sailcraft первоначально едет в скорости 30 км s-1 относительно Солнца. Чтобы достигнуть солнечной скорости спасения, эта скорость должна быть увеличена к 42kms-'. При ускорении, описанном выше, солнечное спасение достигнуто в 1 AU после одного месяца.
212 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
sailcraft тогда путешествуют Нептуну, который расположен приблизительно 30 AU от Солнца. Применяя уравнение (1.3), мы находим, что космический корабль достигает Нептуна спустя приблизительно 12.7 лет после запуска.
От Tholen и др. (2000) Нептун вращается вокруг Солнца в 5.48kms-1. Скорость спасения Солнечной системы в орбите Нептуна поэтому 7.75kms-1. Также от Tholen и др., экваториальная скорость спасения Нептуна составляет 23.71 км s-1. Применяя уравнение (4.12), скорость космического корабля относительно Нептуна в начале aerobraking [(7.75) 2 + (23.71) 2] 1/2 или о 24.94kms-1. Чтобы быть захваченным как спутник Нептуна, космический корабль должен уменьшить его скорость относительно планеты на 24.94 23.71 - 1.23 км s-1.
9.3 физика паруса aerobraking
Поскольку космический корабль проходит через атмосферу планеты, он сталкивается с атмосферными молекулами. Это взаимодействие замедляет космический корабль атмосферным бременем, согласно уравнению (Harris и Спенсер, 1965):
ACCdrag-0.5qpatmЛш1 ^ «-	(18)
■ ™ s/c	°s/c
где минус знак обозначает замедление, Cd - коэффициент бремени (обычно равный 2-2.3), patm - атмосферная плотность планеты, Asail - область паруса, нормальная к линии полета, Vs/c - относящаяся к космическому кораблю скорость относительно атмосферы планеты, Ms/c - относящаяся к космическому кораблю масса, и o \,/c является космическим кораблем ареальная массовая плотность во время aerobraking.
Возможно первый вопрос, который обратится, - то, какому количеству ускорения типичные проекты паруса могут противостоять. Это было обращено в анализе конечного элемента struc tural стабильность трех типов солнечных парусов фотона, которая была издана Cassenti и др. (1996). Три типа солнечных парусов фотона (парашют, надувной и параболический), были исследованы во время гипотетического высокого ускорения, маневров близкого перигелия, требуемых для межзвездного солнечного парусного спорта. (Параболической исследованной конфигурацией паруса является Форвард (1990b) Солнечное понятие Охотника Фотона с двумя парусами.) Все три паруса configura tions могут противостоять 2.5 г, или приблизительно 25 миллисекундам 2, используя выполнимые структурные меры и материалы.
Затем мы рассматриваем то, что случается физически во время быстродействующего, пробегает атмосферу планеты. Выборы для атмосферного атома, сталкивающегося с парусом:
(1)	атмосферный атом проникает через парус;
(2)	атмосферный атом вызывает дислокации самолета атома паруса;
(3)	атмосферный атом ионизирует атом паруса; и
(4)	атмосферный атом волнует атом паруса, который позже испускает фотон и возвращается к государству основания.
Выбор (a) очень маловероятен. Это - то, потому что атомный интервал в твердой решетке имеет тот же самый заказ как атомный размер (Kittel, 1962). Столкновение на атмосферные атомы не будет вероятно приводить к дислокации самолета атома паруса. Также от Kittel (1962), 5-10
Понятие 4 миссии: свидание Нептуна, используя парус aerocapture 213
электронные вт энергии обязаны нарушать самолет атома решетки. Ионизация атома паруса также маловероятна, потому что (как демонстрирующийся Matloff и Тэйлором, 2003), воздействия многими атмосферными атомами обязаны ионизировать государственный основанием алюминиевый атом, и целая жизнь типичного взволнованного государства - меньше чем микросекунда. Так выбор
(1)	, который приводит к парусу, нагревающемуся, воздействуя на атомы атмосферы, наиболее вероятно.
Как обсуждено Matloff и Тэйлором (2003), это заключение должно быть проверено экспериментами. Взаимодействие с химически активными верхними разновидностями атмосферы может конечно ухудшить парус фотона. Но устройства similiar - большие спутники воздушного шара - выжили в течение многих лет в rareified верхних пределах атмосферы Земли.
9.4 isodensity планетарная модель атмосферы и ее заявление к экранированию вычислений
Точное вычисление прохода aerocapture требует вычисления sailcraft замедления в атмосферных слоях переменной плотности - laborous обрабатывает не легко поддававшийся аналитическому решению. Вместо того, чтобы исследовать aerocapture использование числовых методов интеграции, мы представляем здесь приближение, основанное на постоянной атмосферной плотности. Сравнение с числовой интеграцией указывает, что этот подход точен к нескольким процентам.
Иллюстрация 12 представляет упрощенную геометрию прохода aerocapture. sailcraft в пределах атмосферы планеты, когда высота выше поверхности - меньше чем ^s/cjo. В центре прохода aerocapture длины Dac, высота

Иллюстрация 12. Нептун aerocapture передает геометрию.
214 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии	[Ch. 15

Иллюстрация 13. Исследователь Облака Oort.
sailcraft выше видимой поверхности планеты - hs/c, м. Радиус планеты (в этом случае Нептун), ^nep.
Если мы применяем Пифагорейские отношения к ситуации в иллюстрации 13, мы можем
свяжите hs/c, o к hs/c, м.:
hs/c, o = [(Dac/2) 2 + (h8/c, м. + Rnep) T/2 - Rnep	(19)
Это может, конечно, быть применено к любому астрономическому телу с атмосферой, если соответствующий радиус используется.
Следующий шаг был происхождением приблизительного профиля плотности для exosphere Нептуна. Это было получено, используя данные Путешественника Broadfoot и др. (1989):
/ 1 000 - hs/c \3 Patm, нэп «(4 x 10) exp (	---J kgm	(20)
который довольно точен в относящемся к космическому кораблю диапазоне высоты (hs/c) 1 000-4 000 км. В этом уравнении относящаяся к космическому кораблю высота находится в километрах.
В уравнении (20), знаменатель показательного термина, 300 км, равен высоте однородной атмосферы плотности. Чтобы застраховать почти-isodensity, атмосфера, отобранный профиль aerocapture должна быть такой, что нумератор показательного термина намного меньше чем знаменатель.
9.5 Нептун aerocapture профиль
Мы рассматриваем следующий сценарий. sailcraft приближается к Нептуну в солнечной параболической орбите, как обсуждено выше. Это должно уменьшить свою скорость относительно
Понятие 4 миссии: свидание Нептуна, используя парус aerocapture 215
планета от 24.94 до 23.71 км/сек - ', или 1.23kms-', быть захваченным как спутник Нептуна.
Консервативно, мы ограничиваем среднее замедление 1 г, или о 10ms-2. Аэро продолжительность захвата - поэтому приблизительно 123 секунды. Так как средняя скорость sailcraft относительно Нептуна во время aerocapture составляет приблизительно 24 км s-1, расстояние, пересеченное во время aerocapture (Dac), составляет приблизительно 3 000 км.
Мы затем применяем уравнение (18) для нашей sailcraft ареальной массовой толщины 0.002 kgm-2. Атмосферная плотность в центре Нептуна aerocapture проход является приблизительно 3.47 x 10-nkgm-2. От уравнения (20), sailcraft высота выше видимой поверхности планеты (или вершины облака) в центре прохода aerocapture (hs/c, m) составляет приблизительно 1 000 км.
Согласно Lodders и Fegley (1998), экваториальный радиус Нептуна на атмосферном уровне давления с 1 баром (Rnep) составляет 24 764 км. Мы затем применяем уравнение (19), чтобы оценить высоту выше вершин облака Нептуна в начале и заключении прохода aerocapture (hs/c, o) как 1 044 км. Начиная с различия между центральным и край aerocapture высоты намного меньше чем высота однородной атмосферы плотности, работы приближения плотности международной организации по стандартизации очень хорошо для этого профиля.
9.6 Тепловые эффекты во время aerocapture
Предполагается от предыдущего обсуждения, что весь sailcraft кинетический навес энергии во время прохода aerobraking должен быть излучен парусом. Для этого профиля aerocapture и относящегося к космическому кораблю проекта, sailcraft кинетическая энергия относительно Нептуна уменьшается на 9 x 109 джоулей во время aerobraking.
Мы затем делим это уменьшение на sailcraft кинетическую энергию продолжительностью прохода aerocapture (123 секунды), чтобы найти, что средний парус излучал власть во время aerocapture, приблизительно 7.3 x 107W.
У этого космического корабля есть область паруса приблизительно 1.5 x 105 m2, таким образом приблизительное среднее число ИХ поток, излученный парусом во время aerobraking, является приблизительно 480 Wm-2. Вспоминая, что оба лица паруса могут изойти, мы применяем закон Штефана-Болцманн (см. Главы 2 и 4) для излучаемости паруса 0.6, чтобы получить среднюю радиационную температуру паруса во время aerocapture, 290 Келвинов. Тепловые ограничения незаконно не протягивают текущую технологию паруса, в этом случае.
9.7 Измененная миссия представляет
Кажется вероятным, что дальнейший анализ приведет ко многим альтернативным профилям миссии. Мы могли выбрать для более быстрой передачи Нептуна, возможно разворачивая парус ближе к Солнцу чем 1 AU. Это уменьшило бы время передачи Нептуна сделки.
Альтернативно, строгое aerocapture вычисление может продемонстрировать существование уменьшенного ^ - погрузка. Это уменьшило бы тепловые и структурные ограничения во время aerocapture.
216 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
10 ПОНЯТИЕ 5 МИССИИ: ИССЛЕДОВАТЕЛЬ ОБЛАКА OORT
Здесь, мы рассматриваем то, что могло бы быть начатым солнечным парусом фотона окончательной Земли. Это - парус обруча, у которого есть возможно 50 %, работа места произвела солнечные паруса фотона, которые рассматривают в Главе 4.
Считайте относящуюся к космическому кораблю конфигурацию представленной в иллюстрации 13. Этот проект был первоначально издан Тэйлором и др. (2003a). У фильма паруса есть диаметр 681 м. и ареальная массовая толщина 10-4kgm-2.
Как показано в иллюстрации 13, парус поддержан надутым торусом или обручем. Контроль за регулированием и отношением обеспечен четырьмя меньшими обручами диаметра на 5 м.. Полная структурная масса вычислена в 50 кг, используя современные материалы, и масса полезного груза составляет 150 кг.
Полная масса sailcraft - сумма массы фильма паруса, массы полезного груза, структурной массы, главной массы обруча, регулируя массы обруча и массу газа инфляции. Делая разумные предположения о achieveable массах, sailcraft ареальная массовая толщина - приблизительно 6.5 x 10-4kgm-2. Полная относящаяся к космическому кораблю масса - поэтому приблизительно 240 кг.
Если 0.85 паруса reflectivity приняты, уравнение (4.19) может использоваться, чтобы вычислить относящийся к космическому кораблю фактор легкости, %/c. Для исследованной конфигурации этот параметр - приблизительно 2.3.
Чтобы достигнуть облака кометы Oort во время полета, приближая человеческую целую жизнь, необходимо развернуть парус как близко к Солнцу насколько возможно. Скорости спасения Солнечной системы для таких ‘sundiver’ траекторий могут быть приближены двумя способами. Мы можем принять краткую траекторию перед перигелием и использовать уравнение (6.15) из Макиннеса (1999) или предположить параболическую траекторию перед перигелием и применить уравнение (4.27) из этой книги. Оба приближения приводят к результатам similiar для близких проходов перигелия, и оба предполагают, что парус нормален к Солнцу (не всегда оптимальный, как показано Валпетти (1996a)).
В 0.01 AU от центра Солнца солнечная скорость спасения составляет 421 км s-'. Sub stituting в уравнении (4.27), мы находим, что sailcraft выходит из Солнечной системы в приблизительно 635kms-1 или о 130AUyear-'. Таким образом, исследователь Облака Oort мог достигнуть внутреннего края облака кометы Солнечной системы Oort, нескольких тысяч астрономических единиц от Солнца, после полета нескольких десятилетий. Интересно отметить, что этот космический корабль мог пересечь 260 000 заливов AU между Солнцем и Proxima/Alpha Centauri приблизительно через 2 000 лет, примерно дважды время прохождения лучшего места произвело солнечные паруса фотона.
550-AU гравитационный центр Солнца достигнут на пятом году полета. Таким образом одна научная цель ремесла могла состоять в том, чтобы проверить предсказания относительности и конкурирующие теории о центре силы тяжести, и возможно эксплуатировать местоположение вне внутреннего центра силы тяжести Солнца, чтобы выполнить астрофизические наблюдения, как рассмотрено Хеидмэнном и Maccone (1994).
Наука в облаке Oort будет стимулирующей. Космический корабль будет легкими днями или осветит недели от Земли и поэтому потребует большого количества бортовых intelli gence и автономии. Камеры и другие инструменты имели обыкновение собирать материал о кометах
Библиография 217
вдоль космического корабля след должен быть и очень чувствительным из-за низких солнечных уровней освещения и очень быстро из-за высокой sailcraft скорости.
Механический проект этого sailcraft будет challengaing также, так как ускорение давления солнечного излучения в перигелии составит приблизительно 12 г. Температура перигелия паруса может быть оценена от уравнения (4.21). Принимая 0.6 излучаемости паруса и полный парус unfurlment в перигелии, температурой перигелия паруса будут приблизительно 2 300 Келвинов - который также представляет основные проблемы для sailcraft проектировщиков.
11 БИБЛИОГРАФИЯ
Arnon, S., ‘Власть Против Стабилизации для Лазерной Спутниковой Коммуникации’, Прикладная Оптика, 38,
(1999).
Осень, K., Chang, W.-P., Боязнь, R., Hsieh, T., Ленни, T., Liang, L., Zesch, W. и Полный, R.J., ‘Клейкая Сила Единственных Волос Ноги Геккона’, Природа, 405, 681-685 (2000).
Убавьте, Р. Р., Mueller, Д. Д. и Белый, Дж. E., Основные принципы Astrodvnamics, Дувра, Нью-Йорка (1971).
Benford, J., Benford, G., Горностэева, O., Garate, E., Андерсон, M., Prichard, A. и Harris, H., ‘Экспериментальные Тесты Едущей на луче Динамики Паруса, в Космической технике и Заявлениях Международный Forum-STAIF-2002, редактор М Эль Генка, американского Института Физики (2002).
Benford, G., Горностэева, O. и Benford, J., ‘Экспериментальные Тесты Едущей на луче Динамики Паруса, Излученный Толчок Энергии: Сначала Международный Симпозиум по Направленному Толчку Энергии, редактору А. V. Пэхомов, американский Институт Физики (2003).
Binzer, Р. П., Hanner, М. С., и Сталь, D. Я., ‘Солнечная система Маленькие Тела, в Астрофизических Количествах Аллена (4-ый редактор), рулевой шлюпки редактора А. Н., Спринджер-Верлэг, Нью-Йорк (2000).
Облигация, A., Мартин, А. Р., Buckland, Р. А., Грант, Т. Дж., Лотон, А. Т., Мэттисон, Х. Р., Parfatt, Дж. А., Паркинсон, Р. К., Richards, Г. Р., Сильный, Дж. Г., и др., ‘Проектный Daedalus: Итоговый отчет ЕЩЕ РАЗ Исследование Starship’, добавляются к Журналу британского Межпланетного Общества, 31, S1-S192 (1978).
Облигация, A. и Мартин, А. Р., ‘Worldships: Оценка Технической Выполнимости’, Журнал британского Межпланетного Общества, 37, 254-256 (1984).
Broadfoot, А. Л., Atreya, С. К., Beatraux, Дж. Л., Blamont, Дж. Э., Dessler, А. Дж., Donahue, Т. М., Forrester, В. Т., Зал, Д. Т., Герберт, F., Holberg, Дж. Б., и др., ‘Ультрафиолетовые Наблюдения Спектрометра за Нептуном и Тритоном’, Наука, 246, 1459-1466 (1989).
Cassenti, Б. Н., Matloff, Г. Л. и Strobl, J., ‘Структурный Ответ и Стабильность Межзвездных Солнечных Парусов, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 345-350 (1996).
Cassenti, Б. Н., ‘Оптимизация Межзвездных Солнечных Скоростей Паруса, Журнал британского Межпланетного Общества, 50, 475-478 (1977).
Кларк, А. К., ‘Ветер от Солнца’, (сначала изданный в 1963), Проектный Солнечный Парус, редактор А. К. Кларк, Пингвин, Нью-Йорк (1990).
DeYoung, Р. Дж., Ли, Дж. Х., и др., ‘Солнечные Накачанные и Электрически Ведомые Лазеры на Один мегаватт для Космической Передачи энергии’, Слушания 23-ьей Конверсионной Конференции Энергии Межобщества, Публикации IEEE, Denver, CO (1989), стр 709-714.
Driscoll, В. Г. и Вогэн, W., редакторы, Руководство Оптики, McGraw-холма, Нью-Йорка (1978), Глава 8.
218 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Рано, Дж. Т., ‘Большие Космические телескопы Используя Линзы Френели для Излучения Власти, Астрономии, и Миссии Паруса, в Направленном Толчке Энергии: Сначала Международный Симпозиум по Направленному Толчку Энергии, редактору А. V. Пэхомов, американский Институт Физики (2003).
Вперед, Р. Л., ‘Толкавший нолем Скоростной Векторный Контроль для Межзвездных Исследований: Lorentz-вызовите Навигацию и Кружение’, AIAA J., 2, 885-889 (1964).
Вперед, Р. Л., ‘Межзвездное Путешествие Туда и обратно Используя Выдвинутого лазером Лайтсэйлса, 21-летний Дж. Спэкекрэфт 187-195 (1984).
Вперед, Р. Л., ‘Starwisp: Ультралегкое Межзвездное Исследование’, 22-летний Дж. Спэкекрэфт 345-350 (1985).
Вперед, Р. Л., ‘Серые Солнечные Паруса, J. Относящиеся к астронавтике Науки, 38, 161-185 (1990a).
Вперед, Р. Л., ‘Солнечный Охотник Фотона’, 27-летний Дж. Спэкекрэфт 411-416 (1990b).
Fowles, Г. Р., Аналитическая Механика, Пристанище, Rinehart, и Уинстон, Нью-Йорк (1962).
Friedman, L., ‘Солнечный Парусный спорт: Понятие, Сделанное Реалистичный’, AIAA-78-82.
Friedman, L., Starsailing: Солнечные Паруса и Межзвездное Путешествие, Wiley, Нью-Йорк (1988).
Хранилище, G., Diedrich, B. и Leipold, M., ‘Резюме Солнечной Технологии Паруса Развивает ments и Предложенные Демонстрации, AIAA-99-2697 (1999).
Garwin, Р. Л., ‘Солнечный Приплывающий-A Практический Метод Толчка В пределах Солнечной системы’, Реактивное движение, 28, 188-190 (1958).
Genta, G. и Brusca, E., ‘Парус Парашюта с Гидростатическим Лучом: Новое Понятие в Солнечном Парусном спорте’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне: 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Космическим Миссиям, редактору Г. Генте, Levrotto и Brusca, Турину, Италия (1996), стр 61-68.
Haggerty, R. и Stanaland, T., ‘Заявление Голографического Фильма в Солнечных Парусах, в Космической технике и Заявлениях Международный Forum-STAIF-2002, редактор М Эль Генка, американского Института Физики (2002).
Harris, я. и Спенсер, Н. В., ‘Атмосфера Earthis’, во Введении в Space Science, Gordon & Breach, Филадельфия, Пенсильвания (1965), Глава 2.
Хеидмэнн, J. и Maccone, C., ‘ASTROsail и SETIsail: Две Миссии Extrasolar к Гравитационному Центру Солнца, Протоколы Astronautica, 37, 409-410 (1994).
Hollerman, W., Albarado, T., Lentz, M., Эдвардс, D., Hubbs, W. и Semmel, S., ‘Измерения Подвергания Атомной радиации для Кандидата Солнечные Паруса, AIAA-2003-4660 (2003).
Jaffe, Л. Д., Ivie, C., Льюис, Дж. К., Lipes, R., Нортон, Х. Н., Кормы, Дж. В., Стимпсон, Л. Д. и Weissman, P., ‘Межзвездная Миссия Предшественника’, Журнал британского Межсамолета tary Общество, 33, 3-26 (1980).
Джонсон, L. и Leifer, S., ‘Варианты Толчка для Межзвездного Исследования’, AIAA-2000-3334 (2000).
Kare, Дж. Т., ‘Межзвездные Миссии Предшественника Используя Лучи Микропаруса, в Космической технике и Заявлении Международный Forum-STAIF-2002, редактор М. С. эль Генк, американский Институт Физики (2002).
Kittel, C., Элементарная Физика твердого тела, Wiley, Нью-Йорк (1962).
Landis, Г. А., ‘Оптика и Рассмотрения Материалов для Продвигаемого лазером Lightsail’, IAA-89 - 664 (1989).
Landis, Г. А., ‘Продвинутый Солнечный - и Выдвинутые лазером Понятия Lightsail, Фаза 1 Итогового отчета, Продвинутая Аэронавигационный / Космические Исследования Понятия, Институт НАСА Продвинутых Понятий
(1)	.
Landis, Г. А., ‘Микроволновый Выдвинутый Межзвездный Парус: Повторно посещаемый Starwisp’, AIAA-2000-3337
(2)	.
Lebedew, P., ‘Физические Причины Отклонения от Закона Ньютона Тяготения’, Космический - физический Журнал, 10, 155-161 (1902).
Библиография 219
Liewer, П. К., Mewaldt, Р. А., Ayon, Дж. А. и Уоллас, Р. А., ‘Межзвездная Миссия Исследования НАСА’, в Космической технике и Заявлениях Forum-STAIF-2000, редактор М Эль Генка, американского Института Физики (2000).
Lodders, K. и Fegley младший, B., Компаньон Планетарного Ученого, издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк (1998).
Maccone, C., ‘Межзвездный Толчок Sunlensing’, в Космической технике и Заявлениях Forum-STAIF-2001, редактор М Эль Генка, американского Института Физики (2001).
Mallove, E. и Matloff, G., Руководство Starflight, Wiley, Нью-Йорк (1989).
Маркс, G., ‘Межзвездное Транспортное средство, Продвигаемое Земным Лазерным лучом’, Природа, 211, 22-23 (1966).
Matloff, Г. Л. и Mallove, Э. Ф., ‘Солнечный Парус Starships: Суда Clipper Галактики’, Журнал британского Межпланетного Общества, 34, 371-380 (1981).
Matloff, Г. Л., и Mallove, Э. Ф., ‘Межзвездный Солнечный Парус: Оптимизация и Дальнейший Анализ, Журнал британского Межпланетного Общества, 36, 201-209 (1983).
Matloff, Г. Л., ‘Вне Тысячелетнего Ковчега: Дальнейшее Исследование Неядерного Межзвездного Полета’, Журнал британского Межпланетного Общества, 36, 483-489 (1983).
Matloff, Г. Л., ‘Межзвездный Солнечный Парусный спорт: Рассмотрение Реального и Спроектированного Материала Паруса’, Журнал британского Межпланетного Общества, 37, 135-141 (1984).
Matloff, Г. Л., ‘Воздействие Нанотехнологии После Межзвездного Солнечного Парусного спорта и SETI’, Журнал британского Межпланетного Общества, 49, 307-312 (1996).
Matloff, Г. Л. и Гончар, С., ‘Краткосрочные Возможности для Лазерно-легкого Паруса’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне: 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Космическим Миссиям, редактору Г. Генте, Levrotto и Brusca, Турину, Италия (1996), стр 53-64.
Matloff, Г. Л., ‘Межзвездные Солнечные Паруса: Спроектированная Работа Частично Прозрачных Фильмов Паруса, IAA-97-IAA.4.1.04 (1997).
Matloff, Г. Л., Исследования Открытого космоса, Springer-практика, Chichester, Великобритания (2000).
Matloff, Г. Л., ‘Самокорректирующиеся Продвигаемые лучом Формы Паруса, в 2000 Сообщений об Исследовании Программа Товарищества Способности Лета NASA/ASEE, NASA/CR-2001-210797, почетный гражданин редакторов Л. М., К. Л. Карр, Pruitt, J., Нэш-Стевенсон, S., и Карр, G. (2001a).
Matloff, Г. Л., ‘Многократные Аспекты Толчка Легкого паруса Лучами Laser/Maser, IAA-01-IAA.4.1.03 (2001b).
Matloff, Г. Л., ‘Персефон: Неядерная Миссия Свидания к Объекту Пояса Kuiper’, в Космической технике и Заявлениях Forum-STAIF-2001, редактор М Эль Генка, американского Института Физики (2001c).
Matloff, Г. Л., Валпетти, G., Удары, C. и Haggerty, H., ‘Межзвездное Исследование (ISP): Пред Траектории Перигелия и Заявление Голографии’, NASA/CR-2002-211730 (2002).
Matloff, Г. Л., ‘Перфорированный Солнечный Парус: Его Заявление к Межзвездному Путешествию’, Журнал британского Межпланетного Общества, 56, 255-261 (2003).
Matloff, Г. Л. и Тэйлор, T., ‘Солнечный Парус как Планетарный Aerobrake’, IAC-03-S.6.02 (2003).
Максвелл, Дж. К., Электричество и Магнетизм, издательство Оксфордского университета (1873).
Mauldin, Дж. Х., Перспективы Межзвездного Путешествия, Univelt, Сан-Диего, Калифорния (1992).
Макиннес, К. Р., Солнечный Парусный спорт, Springer-практика, Chichester, Великобритания (1999).
Макиннес, К. Р. и Браун, Дж. К., ‘Солнечная Динамика Паруса с Расширенным Источником Радиационного Давления’, Протоколы Astronautica, 22, 155-160 (1990).
Meot-Ner, M. и Matloff, Г. Л., ‘Направленный Panspermia: Техническая и Этическая Оценка Отбора Соседние Солнечные системы, Журнал британского Межпланетного Общества, 32, 419-423 (1979).
Moeckel, В. Э., ‘Толчок Посягающими Лазерными лучами, Дж. Спэкекрэфт и Ракеты, 9, 942-944 (1972).
220 Приложений: история паруса Фотона, разработка и анализ миссии
[Ch. 15
Myrabo, L., Knowles, Т. Р., Bagford, J., Siebert, Д. Б. и Harris, Х. Х., ‘Экспериментальное Исследование Выдвинутого лазером Lightsails в Вакууме’, AIAA 00-3336 (2000).
Myrabo, L., ‘Краткий Histiry Демонстратора Технологии Lightcraft (LTD) Проект’, в Направленном EnergyPropulsion: Сначала Международный Симпозиум по Направленному Толчку Энергии, редактору А. V. Пэхомов, американский Институт Физики (2003).
Nordley, Г. Д., ‘Алгоритм Возвращения Частицы Передачи Импульса’, представленный в NASA/JPL/MSFC/AIAA Ежегодный Десятый Продвинутый Космический Семинар Толчка, Хантсвилл, Алабама, 5-8 апреля 1999.
Norem, П. К., ‘Межзвездное Путешествие: Двигательная установка Путешествия туда и обратно с Релятивистскими Скоростными Способностями, НАУЧНЫЙ РАБОТНИК 69-388 (1969).
Ohanian, Х. К., Физика (2-ой редактор), Нортон, Нью-Йорк (1989).
Польяхова, E., Космический полет Используя Солнечный Парус - Проблемы и Перспективы, Космичический Полет Солнекним Пэрузом, Москва, Россия (1986).
Possel, В. Х., ‘Лазеры и Ракетная Защита: Новые Понятия для Основанного на месте и Основание - Базирующееся Лазерное Оружие, Случайный Бумажный Номер 5, Центр Стратегии и Защиты, Воздушного военного Колледжа, <http://www.au.af.mil/au/awc/awcgate/cst/occppr05.htm> (1998).
Sagan, C. и Druyan, A., Комета, Случайный Дом, Нью-Йорк (1985).
Scaglione, S. и Валпетти, G., ‘Аврора Проджект: Удаление Пластмассового Основания, чтобы получить Цельнометаллический Парус’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне: 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Краткосрочным Космическим Миссиям, редактору Г. Генте, Levrotto и Brusca, Турину, Италия (1996), стр 75-78.
Иссушает, Ф. В., Zemansky, М. В. и Молодой, Х. Д., Физика Колледжа (5-ый редактор), Аддисон-Уэсли, Чтение, Массачусетс (1980).
Souza, Д. М., Космический Парусный спорт, Lerner, Миннеаполис, Миннесота (1994).
Stodolkiewicz, Дж. С., Общая Астрофизика с Элементами Геофизики, американского Elsevier, Нью-Йорка (1976).
Тэйлор, Т. С. и Landrum, B., ‘Предварительный Анализ Легких Понятий Системного проектирования Паруса, Слушания Космической техники и Прикладной Форум 2001 (STAIF-2001), редактор М Эль Генка, американского Института Физики (февраль 2001).
Тэйлор, Т. С., Brantley, Л. В., Anding, Р. К. и Полупорядок, D., ‘Мембранная Оптическая Программа исследований Внутренняя Документация’, Разработка Теледайна Брауна и Национальный Центр Космических исследований и Технологии, Хантсвилл, Алабама (2002).
Тэйлор, T., Anding, Р. К., Полупорядок, D. и Matloff, Г. Л., ‘Космические Базирующиеся Требования Излучения Энергии для Межзвездного Лазерного Парусного спорта’, в Направленном Толчке Энергии: Сначала Предайте национальный Симпозиум земле по Направленному Толчку Энергии, редактору А. V. Пэхомов, американский Институт Физики (2003a).
Тэйлор, Т. С., Moton, Т. Т., Робинсон, D., Anding, Р. К., Matloff, Г. Л., Garbe, G. и Монтгомери, E., ‘Солнечное Заявление Паруса к Возвращению Образца Ядра Кометы’, AIAA-2-3 - 5275 (2003b).
Тэйлор, Т. С., Matloff, Г. Л., Moton, T., Powell, Т. К. и Робинсон, D., Солнечный Парус Propul sion Интеграция Систем и Анализ, NASA/CRH-35191D, Центр космических полетов имени Маршалла НАСА, Хантсвилл, Алабама (июнь 2003c).
Tholen, Д. Дж., Tejfel, V. G. и Рулевой шлюпки, А. N., ‘Планеты и Спутники, в Астрофизических Количествах Аллена (4-ый редактор), рулевой шлюпки редактора А. Н., Спринджер-Верлэг, Нью-Йорк (2000).
Tsander, K., От Научного Наследия, НАСА Технический Перевод TTF-541 (1967).
Tsiolkovsky, К. Э., Расширение Человека в Космос, Объединенная Научная Техническая Пресса (1921).
Библиография 221
Валпетти, G., ‘трехмерное Быстродействующее Спасение Траектории Heliocentric для Космического корабля Обедни без пения Все-металлического паруса’, Протоколы Astronautica, 39, 161-170 (1996).
Валпетти, G., ‘Аврора Проджект: Проект Полета Миссии Демонстрации Технологии’, в Миссиях к Внешней Солнечной системе и Вне: 1-ый Симпозиум IAA по Реалистическим Ближайшим Миссиям Места, редактору Г. Генте, Levrotto и Brusca, Турину, Италия (1996), стр 1-16.
Wickramsinghe, Н. К., Hoyle, F., Al-муфтий, S. и Валлис, Д. Х., ‘Инфракрасные Подписи Предварительной биологии - или Биологии?’, в Астрономическом и Биохимическом Происхождении и Поиске Жизни во Вселенной, редакторах К. Б. Космовики, С. Боуайере, и Д. Вертимере, Editrice Composi-торусы, Болонья, Италия (1997).
Wiley, C., ‘Суда Clipper Места’, Поразительная Научная фантастика (май 1951).
Мастер, Дж. L., Космический Парусный спорт, Гордон и Нарушение, Филадельфия, Пенсильвания (1992)

Послесловие
Поскольку часть текста в этой книге была написана согласно контракту НАСА и поэтому подвергалась трудоемкой Международной Торговле Инструкциями Оружия (ITAR) процесс разрешения, первый проект был закончен в начале 2004. Много случился в исследовании открытого космоса с тех пор.
Новое поколение роверов Марса и орбитальных аппаратов показало, что богатые поверхностные воды на том мире были вероятны в прошлые геологические эры. Открытие спектральной подписи метана обеспечивает дразнящий признак, что бактериальная жизнь может все еще существовать ниже поверхности Красной планеты. Американские и Европейские управления космических исследований передали под мандат расширенное автоматизированное и возможное исследование Марса. Если эти честолюбивые планы переживают противоречивые требования, чтобы уменьшить бюджетные дефициты и сражаться с глобальным терроризмом, мы можем знать в течение нескольких десятилетий, существует ли дополнительная земная жизнь в Солнечной системе.
Исследование Галилео Юпитера закончило свою миссию. Дальше из Солнца, Cassini/Huygens прибыл в Место Сатурна. В течение нескольких недель Huygens отделится от Cassini, чтобы начать его спуск через атмосферу гигантского спутникового Титана Сатурна.
В течение лета 2004 два экспериментальных солнечных паруса фотона были успехом, полностью развернутым в месте от подорбитальной японской ракеты. Орбитальный испытательный парус, космос 1, намечен для запуска неправительственным Планетарным Обществом в начале 2005. Другие неправительственные организации успешно начали и возвратили людей на подорбитальных космических полетах и планируют конфиденциально финансируемое автоматизированное исследование околоземных объектов (NEOs).
В декабре 2004, Мечты журналиста науки Пола Глистера Синтори (Коперник-Спринджер, Нью-Йорк) был издан. Так же как предлагая хорошо округленный, нетехнический обзор текущего состояния межзвездного исследования путешествия, Глистер обсуждает формирование новой некоммерческой корпорации - Межзвездный Фонд Полета.
224 Послесловия
Glister также обсуждает более актуальные экстра-солнечные результаты планеты, о которых сообщают в этой рукописи. Особенно интересный, тем то, кто надеется на возможные автоматизированные исследования или homan, заняло экспедиции в Centauri, наблюдения, обсужденные Glister, что двойная Гамма звезды Cephei, имеет измеренного планетарного компаньона по крайней мере одного Юпитера. Так как эти результаты указывают, что планеты возможны в широко отделенных двойных системах звезды, Centauri A и B выглядит более многообещающим чем когда-либо. Можно надеяться, что, прежде, чем слишком много лет протекли, горная вершина предают ferometers земле, или преемники Космического телескопа Хабблa преуспеют в мирах отображения, окружающих одно из солнц Centauri. И если у одного из этих гипотетических миров есть контрольный синий цвет водного мира и спектральные линии метана и озона, эти наблюдения могли бы насмехаться над нами достаточно, чтобы пересечь межзвездную необъятность?
Спецификация
Переменные

AD£sail
осветите пересекают под парусом фракционное поглощение
ACChab
искусственная сила тяжести на внутренней оправе вращающейся космической среды обитания
ACC
AVVion
ускорение межзвездного иона
Парус ACClaser
ускорение, лазерный парус
ACCrp, парус
радиационное ускорение давления lightsail
Устройство автоматической смены щупов
солнечная область ячейки
A
^scoop
область области ramscoop
amesh
одна половина перфорированной ширины проволочной сетки паруса
DA
Альбедо облигации
D. D
Отправление, коротковолновое? Отправление, Pw
короткая волна и longwave приближения для планеты/звезды

яркостный контраст
D
Dism
межзвездная интенсивность магнитного поля
D
Dtorus
магнитное поле тороидального ramscoop
Дайон
расстояние поехало в пределах тороидального ramscoop межзвездным ионом
Dlas-судно, max
максимальное разделение, лазер и starship
Dplanet-звездная
разделение планеты от ее первичной звезды
^nep, луч
Ион НЭПА излучает энергию, в электронных вт
F
сила
F
ион
сила на межзвездном ионе
Floop, mag
магнитная сила на текущей петле
ffl
Линза френели центральная длина
fqr
(энергия/частица от машины ZPE) / (энергия/частица от

реактор сплава)
frec
поток получен от астрономического объекта
марихуана
фракция солнечного паруса развернута в перигелии
Ведьма
высота однородной атмосферы exospheric
226 Спецификаций
^beam, 0, ^beam, x
интенсивность луча иона прежде и после пересечения толщины корпуса
^mag
суперпоток magsail
/sp
определенный импульс
^loop
поток петли
^wire
телеграфируйте поток в тороидальном ramscoop
^nep, луч
Ион НЭПА излучает поток, в amps
Jpm, mag
поток magsail к массовому отношению плотности
frair
межзвездное/на борту топливное потребление для увеличенной домкратом межзвездной ракеты
KEnf
ядерное топливо кинетическая энергия
Фес, grf
кинетическая энергия релятивистского starship, согласно Земному

наблюдатель
Lloop
длина петли
Ls, grf и Ls, srf
длина имела размеры в неускоренной и ускоренной ссылке

структуры
Mcable
кабельная масса
Mcloud
межзвездная масса облака
Mcoll
масса черной дыры
Mcon
атмосферная газовая молекулярная масса
Mdust
масса межзвездного зерна пыли
Средняя частота
топливная масса
Средняя частота,
топливная масса антивещества
Mif
топливная масса иона
Mion
масса межзвездного иона
М.
Масса Юпитера
Mmag
масса magsail
Mnep, Ip
Масса подсистемы создания условий власти низкой власти НЭПА
Mnep, радиус
Масса радиатора НЭПА
Mnf
масса ядерного топлива
M0
непитаемая относящаяся к космическому кораблю масса
Mobj
масса астрономического объекта
Mpart
масса пучка частиц
Mprobe
масса исследования
Госпожа
масса судна
^^ s, grf и госпожа, srf
Госпожа имела размеры в неускоренных и ускоренных справочных структурах
Mth
масса охотника
mbol
величина bolometric
Г.
массовое отношение ньютоновой ракеты
MRre\
массовое отношение релятивистской ракеты
НЭП
ядерно-электрический толчок
N ■
провод
число поворотов в тороидальном проводе ramscoop
NZfi
число зон в линзе Френели
OTir
планета атмосферная инфракрасная оптическая толщина
р
р лазер
лазерная власть
р
нэп
Власть реактора расщепления НЭПА, в киловаттах
Спецификация 227
Pplanet, поглощенный
сияющая власть поглощена планетой
Psp
Испания
определенная власть
Постскриптум, grf
импульс релятивистского starship, согласно Земному

наблюдатель
Pth
власть охотника
^ion
межзвездное обвинение иона
6nep
ядерное топливо "отношения потребления ядерное инертное топливо"
6 сетей
чистое электрическое обвинение
Rarray
солнечно собирающийся радиус множества
R
Rau
расстояние от Солнца, в Астрономических Единицах
Rcent
расстояние центру стремящегося тела
R
Ре, au
расстояние от Земли, в Астрономических Единицах
R
Restr
электростатический радиус превращения
Король
планета exospheric радиус
Rfl
Радиус линзы френели
Rhab
радиус цилиндрической космической среды обитания
Rinit, Rfin
начальные и заключительные положения
R
Rinit, au
начальное расстояние от Солнца, в Астрономических Единицах
РА, петля
коэффициент отражения петли в длине волны A
Rmag
magsail физический радиус
R
Rmtr
магнитный радиус превращения
Rperi
расстояние перигелия
R
Rplanet
радиус планеты
Rsail
радиус паруса
R
Rsl, au
Лазерное солнцем разделение, в Астрономических Единицах
R
Rsch
радиус Schwartzchild черной дыры
Rstar
радиус звезды
RSun
солнечный радиус
Rtele
радиус телескопа
Rtrans, парус
фракционный коэффициент отражения передающего легкого паруса
РАДИУС
астрономический радиус объекта
КАСАТЕЛЬНО
астрономический объект reflectivity
REFsail
легкий парус reflectivity
REM
Рентген Эквивалентный Человек (или Млекопитающее): биологическое воздействие радиации - мера
ОБОРОТ В МИНУТУ
норма вращения вращающейся космической среды обитания, в оборотах в минуту
RPsail
радиационное давление на легкий парус
rtorus
расстояние от центра тороидального ramscoop
$fl,
интервал, линза Френели внешняя зона
Teff
эффективная температура абсолютно черного тела
Teff, планета
эффективная температура абсолютно черного тела планеты
T
исключая
температура exospheric
TA, петля
перфорированный легкий парус поймал в сети фракционную передачу
Thnep
Толчок ионного двигателя НЭПА, в Ньютонах
TE
полная орбитальная энергия
228 Спецификаций
T сделка, парус
tstar
Tsurface
t (k)
(TS) кабель
tburn
tion
tmesh
', grf и ts, srf ^rair
Ви, V2, v3
Vbeam Vcon, av Видеомагнитофон
Ve
Ve, f
Ve, nf
VfP
Вин, Vfin
mag
параграф
параграф, пери пери, obj
prs
V
Против
V
T srm
V
T srm, за
W
WHR
Wplanet, испустить
Wtele
■ ^hull
фракционный коэффициент пропускания передающего легкого паруса
температура поверхности звезды
температура поверхности планеты
абсолютная температура материала паруса
кабельный предел прочности
время
НЭП ядерный двигатель операционное время, в годах
время для иона, который будет отклонен от rtorus до тороидального центра ramscoop
толщина петли
время измерило в неускоренном и ускоренном справочном параметре структур, используемом в увеличенной домкратом межзвездной ракете kinematics рассмотрение
скорость до, в и после periapsis скорость пучка частиц
подразумевайте тепловую молекулярную скорость атмосферного газа
скорость круиза
выхлопная скорость
выхлопная скорость, топливо иона
выхлопная скорость, ядерное топливо
скорость топливного шарика взлетно-посадочной полосы прямоточного воздушно-реактивного двигателя
начальные и заключительные скорости
скорость судна во время magsail замедления
спасение параболической скорости
перигелий параболическая скорость
параболическая скорость в periapsis астрономического объекта
скорость исследования относительно Солнца
скорость судна
скорость судна относительно местного межзвездного магнитного поля
скоростной перпендикуляр компонента судна к местному межзвездный
магнитное поле
вес
пропадите впустую высокая температура изошла
сияющий поток испущен планетой
отраженный легкий телескоп входа энергии/секунды
толщина относящегося к космическому кораблю корпуса пересечена ионизированной космической радиацией
луч
pe качаются	выхлоп ракеты velocity/c
pfp	Vfpl c
булавка, pfin	Vin|c, Vfin|c
Постскриптум	VJc
7	[1 - P2]-i|2
AKE	изменение в кинетической энергии
Объявление	угловое разделение
AVperi	изменение в скорости в перигелии
Спецификация 229
^skin
глубина кожи
fei
электрический к ядерно-инертной выхлопной конверсионной эффективности энергии
fia
эффективность преобразования электроэнергии к иону исчерпывает кинетическую энергию
flaser
лазерная эффективность
flrc
конверсионная эффективность лазера к электричеству
f
ne
конверсионная эффективность ядерной электроэнергии
fnf
фракция ядерной энергии, переданная ядерному выхлопу
fsc
солнечная эффективность ячейки
ftrans, парус
излучаемость передающего легкого паруса
Ф ^
конверсионная эффективность массы/энергии
^sail
фактор легкости паруса
Л
легкая длина волны
^aser
лазерная длина волны
Mbeam
коэффициент ослабления иона сияет в вопросе
Mmesh
перфорированная петля легкого паруса поперечная частная окружность
Mmtp
эффективность передачи импульса
в
угол подимел тенденцию отдаленным астрономическим объектом
Pcable
кабельная плотность
Pdust
межзвездная плотность зерна пыли (зерна за кубический метр)
Пион
межзвездная плотность иона
Булавка
межзвездная плотность массы иона
Булавка, grf
межзвездная плотность массы иона имела размеры в неускоренной справочной структуре
aeff
sailcraft ареальная массовая толщина
^cloud
угловая скорость межзвездного облака
^hab
угловая скорость вращающейся космической среды обитания (в радианах в секунду)
Ф
угол изгиба траектории

Константы

c
скорость света, 3 x 108ms-1
г
гравитационное ускорение в поверхности Земли, 9.8 миллисекунд 2
Г
Универсальная гравитационная константа, 6.67 x 10-11Nm2kg-2
h
Постоянный Планк, 6.63 x 10-34Js
k
Постоянная Больцмана, 1.38 x 10-23 Jkg-1
Msun
солнечная масса, 1.99 x 1030 кг
Mfs
проходимость свободного места, 1.26 x 10-6 метров Генри (или Ньютоны

amps-2)
Выбрать
электронное обвинение,-1.6 x 10-19c

солнечная константа, 1 368 Wm-2
а
Stefan-постоянная-Больцмана, 5.67 x 10-8Wm-2K-4
230 Спецификаций
Межпланетные/межзвездные единицы расстояния
AU	1.5 x 1011 м.
Световой год	9.46 x 1012 км
Парсек	3.26 световых года
Глоссарий
Aerobraking метод относящегося к космическому кораблю замедления импульсом передают столкновение с молекулами во внешнем краю атмосферы планеты.
Реакция Aneutronic термоядерная реакция сплава, в которой немногие или никакие нейтроны произведены.
Антивещество Полностью измененные обвинением частицы с той же самой массой как их соответствующие 'обычные' копии вопроса.
Астрометрия ветвь астрономии, имеющей дело со звездными движениями и положениями.
Черное тело объект, который поглощает всю электромагнитную радиацию, которая ударяет его.
Карлик Брауна объект посредничает в размере между гигантской планетой и крошечной звездой.
Фракция ожога фракция энергии продукции ядерной реакции, которая может быть сделкой ferred к кинетической энергии относящегося к космическому кораблю выхлопа.
Черная дыра гравитационно разваленный астрономический объект.
Космический луч очень энергичная обвиненная податомная частица с внеземным происхождением.
Doppler перемещают изменение в легкой длине волны или цвете, вызванном радиальным движением источника света.
Ecosphere область в планетарной системе, в которой могла бы сформироваться жизнь на Подобной земле планете. Во внутренних и внешних ecosphere границах, кипении океанов планеты или замораживании.
Излучаемость мера того, как близко объект приближает черное тело, у которого есть излучаемость 1.
Выхлопная скорость скорость относящихся к космическому кораблю продуктов реакции двигателя как измерено от космического корабля.
Exosphere верхний предел атмосферы планеты; его граница с местом.
232 Глоссария
Расщепите ядерную реакцию, в которой раскалывается массивное атомное ядро.
Линза френели тонкая пленка оптический компонент, составленный из переменных пластмассовых слоев и способный к переадресации пучка света в подобной линзе манере.
Сплав ядерная реакция, в которой обедне без пения слиты атомные ядра.
Сила тяжести помогает маневру, в котором увеличивается космический корабль, орбитальная энергия предают действие земле с полем тяготения астрономического объекта.
Линза силы тяжести Оптическое сосредоточение и увеличение полем тяготения.
Heliosphere царство влияния Солнца на межпланетные частицы и области, ограниченные heliopause приблизительно в 100 AU от Солнца.
Инсоляция Полученное солнечное излучение за область единицы.
Интерферометр телескоп, в котором несколько или много маленьких компонентов зеркала разделяют общий центр и таким образом моделируют решение власти одинаково большого, единственного телескопа зеркала.
Межзвездный ковчег космический корабль, требующий, чтобы много поколений закончили межзвездную поездку.
Kuiper Опоясывают область ледяных, подпланетарных объектов приблизительно между 30 и 50 AU от Солнца.
Laser/maser пересекают под парусом космический корабль, продвигаемый давлением коллимировавшего луча радиации от лазера или микроволновой печи maser.
Magsail относящийся к космическому кораблю замедлитель, работающий магнитным отражением ионов.
Массовое отношение фактор космического корабля, полностью питаемого к непитаемой массе.
Мюон недолгая подядерная частица посредничает в массе между электроном и протоном.
Nanobot робот построен на молекулярном уровне размера.
Околоземные объекты (NEOs) население маленьких (^kilometer-diameter), Земля - приближающийся (или воздействующий) объекты астероидного и кометного происхождения.
Нейтрино незаряженная подядерная частица, с небольшой или никакой массой, которая является unreac tive с обычным вопросом.
Ядерно-электрический толчок (НЭП) относящаяся к космическому кораблю техника толчка, в которой ядерная энергия используется, чтобы ионизировать и электрически ускорить выхлопное топливо.
Толчок ядерного пульса (NPP) Относящийся к космическому кораблю толчок, используя взорвал ядерные 'устройства' или микрошарики сплава как выхлопное топливо.
Ядерно-тепловой толчок относящаяся к космическому кораблю техника толчка, в которой ядерная энергия используется, чтобы нагреть и ускорить выхлопное топливо космического корабля.
Oort Омрачают сферическую область, простирающуюся возможно на 100 000 AU от Солнца, на котором может существовать целый один триллион комет.
Оптическая толщина мера opacity атмосферы планеты, чтобы осветить.
Орбитальная энергия Для объекта в открытой или закрытой орбите вокруг большего астрономического объекта, суммы кинетических и потенциальных энергий (относительно центрального объекта).
Глоссарий 233
Panspermia теория, что жизнь произошла в один или несколько местоположений во Вселенной и затем распространении к другим астрономическим средам обитания или естественно или искусственно.
Параболическая скоростная скорость Спасения.
Относящийся к космическому кораблю толчок толчка пучка частиц импульсом переходит от посягающего луча ускоренных частиц.
Перфорированный свет приплывает, солнечный или лазерный парус уменьшал в массе объединением многих крошечных перфораций с измерениями меньше чем длина волны света.
Фотометрия ветвь астрономии, имеющей дело с яркостью звезды.
Пион недолгая подядерная частица посредничает в массе между электроном и протоном.
Надлежащее Движение движения астрономического объекта через астрономическую сферу.
Квантовый прямоточный воздушно-реактивный двигатель межзвездная энергия получения прямоточного воздушно-реактивного двигателя от универсального вакуума.
Радиальное движение движение астрономического объекта к или далеко от наблюдателя.
Электромагнитные фотоны давления радиации несут импульс, хотя у них есть нулевая масса.
Увеличенная домкратом межзвездная ракета (RAIR) космический корабль, получая массу реакции от межзвездной среды и энергию из бортовых ядерных источников.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель космический корабль, получая и масса реакции и энергия от межзвездной среды.
Ramscoop устройство имел обыкновение собирать топливо или массу реакции от межзвездной среды.
Критерий рэлея мера решения или коллимирования власти оптического устройства.
Решение власти (решение) мера способности телескопа наблюдать объекты маленького углового размера.
Запустите космический корабль, продвигаемый выхлопом возбужденного бортового топлива.
Радиус Schwartzchild расстояние от центра черной дыры, в которой скорость спасения превышает скорость света.
Солнечная постоянная Власть, полученная за квадратный метр от Солнца объектом в месте в 1 AU от Солнца и ориентируемый нормальный к солнечному свету.
Солнечно-электрический толчок относящаяся к космическому кораблю техника толчка, в которой солнечная энергия используется, чтобы ионизировать и электрически ускорить выхлопное топливо.
Солнечный парус космический корабль тонкой пленки продвинут импульсом посягающих фотонов солнечного света.
Солнечно-тепловая Энергия толчка солнечного света используется, чтобы нагреть и ускорить топливо космического корабля.
Солнечный ветер межпланетный поток ионов, текущих направленный наружу от Солнца. Определенный импульс мера работы ракеты.
234 Глоссария
Terraforming модификация окружающей среды планеты, чтобы сделать это большим количеством Земли как.
Привяжите длинный кабель или провод, развернутый в месте.
Thrustless поворачивают маневр, в котором относящееся к космическому кораблю взаимодействие с межзвездным магнитным полем производит изменение направления.
Worldship космический корабль, требующий, чтобы много поколений закончили межзвездную поездку с моделируемой Подобной земле окружающей средой.
Энергия нулевых колебаний ZPE получена из универсального вакуума.
Лазер ZPE лазер накачан ZPE.
Индекс
36 Ophiuchi, 151 47 Ursae Majoris, 147 51 Pegasi, 148 55 Cancri, 148 70 Ophiuchi, 151 82 Eridani, 151
Centauri, 16, 21, 26, 33, 53, 55, 61, 66, 77, 80, 86, 94, 106, 118, 150-151, 164, 188, 216, 224 P Hydri, 151, 174 P Pictoris, 142 8 Pavonis, 151 s Eridani, 142, 151, 223 ^ Cassiopeiae, 151 v Andromedae, 148 цемента Draconis, 151 p CrB, 148 Шиканья т, 148 т Ceti, 118, 151
адаптивная оптика, 146
Продвинутый Космический Толчок, 85
aeolipile, 38
aerobraking, 212
aerocapture, 214
Воздушный диск, 199
альбедо, 17
Alcubierre, M., 136
Aldrin, B., 21, 55
Alenia Spazio, 27 Обсерваторий Allegheny, 142 Alvarez, L., 3
Исследовательский центр Ames, 22, 65-66, 161
Андерсон, C., 83
Андерсон, P., 109
Эндрюс, D., 95, 107
сплав aneutronic, 83
угловой момент, 15
антигравитация, 130
антивещество, 26, 83, 91, 160
антипротон, 83-84
Аполлон 12, 68
Archytas, 37
ассемблер астероида, 66
пояс астероида, 2
астероиды, 6, 19, 22, 37, 66, 162 Aston, G., 76 Astrochicken, 63, 67 астрометрии, 141 ASTROsail, 27, 190 атмосфер, 19 оптических глубин, 18 проектов Авроры, 30
бактерии, 16, 67 Пекут, E., 22 баллистических ракеты, 5 Banfi, V., 134 Удара, C., 181
236 Индексов
Звезда Барнарда, 86, 142, 188
Barnes, J., 55
Лаборатории Battelle, 186
основной лучом двигатель, 85
парусный спорт направленной энергии, 91
Beethoven, 180
Bekey, я., 129
Belbruno, E., 6, 48, 106
Benford, G., 194
Benford, J., 194
Ягода, A., 135
Ягода, C., 180
бериллий, 55
Binzer, B.P., 207, 209
BIOS 3, 161
Биосфера 2, 161
Береза, P., 160
черная дыра, 29, 129, 135
абсолютно чёрное тело (эффективная) температура, 17-18
Цветущее растение, J., 105
Blum, V., 161
Крепкое тёмное немецкое пиво, E., 149
величина bolometric, 8
Альбедо облигации, 17
Облигация, A., 80, 113, 189
Облигация, R.A., 78
бор, 115
Босс, А., 143
мозг, 170
Brenner, D., 66
Британское Межпланетное Общество, 80, 188-189
Broadfoot, A.L., 214
коричневый карлик, 143, 148
Brusa, E., 30
Раздел-опека, R., 175
Burnham, D., 62
Bussard, R., 109, 111
Кэмпбэл, B., 142
углеродистая микросвязка, 31
углерод 12, 112
Carnot, 203
Кэзимир производит, 131
Кэзимир, H.B.G., 131
Кэссэнова, R., 129
Cassenti, B., 58, 84, 121-123, 190, 212
Cassini, 43, 71
Cassini/Huygens, 223
Caulfield, J., 182
Центральная Теорема Предела, 196
Chapline, G., 84
Charon, 22
Китайская ракета, 38
околосолнечная зона, 25-26
Кларк, A.C., 168, 186
закрытые экосистемы, 161
черная дыра, 135
столкнувшийся луч, 83
Университет Колумбии, 161
Комета 107P Wilson-Harrington, 207
кометы, 2, 16, 18, 22, 25, 31, 37, 66, 206
Халли, 49
Налог сапожника 9, 6, 22 сравнительных планетологии, 20 Congreve, W., 38 плазмы кроны, 194 космических луча, 26, 68, 157 космосов 1, 223 Cosmovici, C., 31 здоровье команды, Радиометр 158 Круков, 203 Croswell, K., 142 криогеники, 169
Daedalus, 78, 80 Davies, P., 67 Дэвисов, E., 136
Экранирование Debye-Huckel, 99, 121
Открытый космос 1, 43
Ракеты дельты/Атласа, 209, 211
deSan, M.G., 164
дейтерий, 80, 83
DeYoung, R.J., 195
Дик, S.J., 142
Diedrich, B., 203
Dirac, P., 83
направленный panspermia, 10
ДОЛЛАР, 185
Пособие, S., 152
эффект doppler, 204
Дорическая цивилизация, 1
Drexler, E., 62
Druyan, A., 6, 206
Дизон, F., 63, 78, 159
Земля, 15, 17, 18, 19, 20, 21 Земная защита проектирует, 32
Индекс 237
Eberlein, C., 131 Эхо, 204 ecosphere, 16, 151
эффективный (абсолютно чёрное тело) температура, 17-18
Ehricke, K., 25, 47
Eichorn, H., 142
Эйнштейн Кросс, 28
Эйнштейн Ринг, 28
Эйнштейн, A., 186
метры электрического поля, 27
электродинамическая привязь, 128
электромагнитное ограждение, 159
электромагнитные волны, 28
Electron Power Systems Inc, 130
электрон, 84
энергосбережение, 203
Energy Science Laboratories Inc, 31
Эпсилон Eridani, 193
ESA, 210
Eshelman, V., 27
этика, 10
16-летняя Европа 20, 151 развитие, 3 exosphere, 20
экстра-солнечные планеты, 13, 29, 141, экстра-солнечное место, 25 внеземных жизней, 32, 171
Fearn, D., 76
Fegley, младший. B., 215
Fennelly, A.J., 95, 100, 111, 121
Fermilab, 86
'запустите' зону, 16
Рыбак, Д.., 142
Рыбак, М.Дж., 142
расщепление, 72, 91, 120, 159
Флеишмэнн, M., 126
поток, 8, 17
центральные исследования, 29
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ, 190
Fogg, M., 152
Fomalhaut, 142
Отправьте, R., 84, 98, 103, 104, 131, 181, 187, 191, 195, 199, 209, 212 отчетов окаменелости, 3 Fowles, Г. Р., линза на 208 френелей, 103, 193, 195 Friedman, L., 49, 189, 212 Froning, D., 131, 134
Ftaclas, C., 146
топливные шарики, 118
Более полный, B., 66
Fullerene nanotube, 66
плазма сплава, 82
сплав, 26, 72, 91, 119, 160
G186, 148 Gaidos, G., 85-86 галактик, 30 16-летних Галилео 43 Гаммы Cephei, 224 гамма - луча, 74, 83-84, 172 Хранилища, C., 30 Garwin, R., 186 газово-динамических сплавов зеркала, 82 Gatewood, G., 142, 147 Гауссовских Профилей, 197 Гекконов, 212 общей относительности, 134 Женевских Обсерватории, 142 Genta, G., 30 Genz, H., 131 Geostorm, 187, 206 Gilfillan, E., 94, 159, 162 Gilster, P., 223-224 Джотто, 210 Glanz, J., 131
Исследовательский центр Гленн, 126, 136
Gliese 229, 143
шаровидные группы, 29
Globus, A., 66
Goddard, R., 38
Золото, T., 202-204
Goldin, D., 30, 86
Ювелир, Д., 146
сила тяжести помогает, 26, 29, 43, 46
центр силы тяжести, 27
линза силы тяжести, 28
парниковый эффект, 19
порох, 38
Haisch, B., 132 Hahn, J., 31
Комета Халли, 187, 189, 206, 210 Фалов, R.J., 86 Ханн, E., 158 Хансона, A., 65, 67
238 Индексов
Harris, я., 212 Харрисона, A., 172 HD 187123, 148 HD 192263, 148 HD 209458, 148 HD 209458, 148 HD 75289, 148 Хеидмэнна, J., 29, 190, 210 heliopause, 23, 26, 129 heliosphere, 23, 25 гелия 3, 80 гелия 4, 112 Героев Александрии, 38 бездействий, 164 Hiten, 49
Хохмэнн передает эллипс, 209 Holbrow, C., 158, 163 Голографических Центра Искусств, 181 голографическая мемориальная доска сообщения, 181 парус обруча, 201, 205 Howe, S.D., 7703 С 85 ЧАСАМИ, 8832 С 151 ЧАСОМ, 151
Космический телескоп Хабблa, 8, 143-144, 224 водорода, 80
плавящий водород межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, 109
'ледяная' зона, 16 Дувра ILC, 185 проворотов склонности, 208-209 инерционных электростатических заключений, 82 инфракрасных интерферометра, 146 инфракрасных космических телескопов, 142 интерферометра, 9, 143
Международная Академия Астронавтики, 30, 181
Международная космическая станция, 161
межзвездный ковчег, 94, 161, 164
межзвездные облака, 16
межзвездная колонизация, 2
межзвездная пыль, 155
межзвездное исследование, 191
межзвездный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, 75, 105, 109
межзвездная ракета, 105
ион (солнечно-электрический) толчок, 26, 37, 41
топливо иона, 75
Ионийская цивилизация, 1
иридий, 3
Итальянский Совет по Энергии, 126
Джексон, A.A., 105, 117-118, 120 Jaffe, L.D., 26
Лаборатория Реактивного движения, 26, 49, 185 колебаний, 196
Джонсон, L., 30, 127, 181, 187, 191, 211 Джонсона, R., 158, 163 Джонса, E., 104
Сила тяжести Юпитера помогает, 26, 29 2-летнего Юпитера 5-7, 16-20, 22, 41, 43, 46-47, 80, 129, 151, 190, 209
Kammash, T., 82
Kapton, 199
Kare, J., 105, 193
Kittel, C., 212
Knowles, T., 31
Koczor, R., 130
Kondo, N., 164
Исследователь Пояса Kuiper, 31
Пояс Kuiper, 22, 25, 31, 78, 174, 211
L’Garde, 185 Lagrange poimts, 206 Lalande 21185, 147 Ягнят, D.W., 181 Lamoreaux, S., 131 Landis, G., 136, 192 Landrun, B., 187, 196 Langton, N.H., 121 лазерное диодное множество, 195 лазерных прямоточных воздушно-реактивных двигателей, 117 лазерно-электрических толчков, 26 парусов laser/maser, 26, 92 лазера, 65 Lawes, R.A., 64 закона физики, 13 Lebedew, P., 186 Ли, M.-J., 82 Ли, R., 127 Leifer, S., 30, 191 Lenard, R., 33, закон 120 Ленза, 127 Lesh, J.R., 65 Льюисов, R.A., 86 Обсерваторий Облизывания, 142 Liewer, P.C., 211 систем поддержки жизни, 160 жизней, 149
Индекс 239
lifezone, 20
ветряная мельница легкого паруса, 160 факторов легкости, 50, 54, 201, 208 линейных сохранений импульса, 203 Липински, R., 33, 76, 120 Lippincott, S., 142 лития, 115 Lodders, K., 215 астрометрии длинного основания, 26 лунных микропарусов, 205 лунных почв, 80
Maccone, C., 27, 29, 48, 136, 190, 194, 216 Maclay, J., 131 макро-космический корабль, 62 магнитных поля, 128-129 магнитных серфингов, 126 магнитометров, 26 магнитосфер, 25 величин, 8 magsail, 91, 95 Mallove, E., 187, 189, 192 Манхэттанских Проекта, 72 Марси, G., 143 Моряка 10, 21, 43, 204 Марса Глобальный Инспектор, 62 Марса 2-летний Первооткрыватель 62 Марса, 2, 6, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 37, 62, 152, 223 Marsden, B., 6, 210 Центров космических полетов имени Маршалла, 31, 82, 126-128, 181-182, 185 Мартинов, A.R., 78, 112, 146, 147 masers, 65 массовых исчезновений, 3 Более массивный, P.F., 83
Matloff, G.L., 4, 6, 28, 53, 55, 66, 93, 101, 106, 111, 117-118, 121, 132, 164, 173, 181, 187, 189-192, 194, 211-212 уничтожения вопроса/антивещества, 72, 83 Mauldin, J.H., 157, 188 Mautner, M., 10, 169, 188, 192 Максвелла, J.C., 185-186 Мэров, М., 142 Маккоя, B., 127 Mclnnes, C., 186-188, 210 Маккендри, T., 66 Макнатта, R.L., 33 Медузы, 78, 81
Mehta, A., 127
Ртуть, 15, 17, 18, 21, 29, 43, 130, 190, 204 метеорита, 3 микро космических корабля, 62 микроорганизма, 10 микрошариков, 118 микрофотографий, 64 Mileikovsky, C., 61 Miley, G., 136 Millis, M., 136 Minami, Y., 136 минимагнитосфер, 129 горной промышленности, 2 Mir, 49 Mocci, G., 30 Moeckel, W.E., 137, 191 Монтгомери, E., 203 Капризный, F., 136 Лун, 2, 37-38, 162 Моргана, D.L., 84 Моргана, J.A., 137 Mourou, G.A., 136 мюонов, 84 Myrabo, L., 194
nano-полезные-грузы, 10 нанобиологии, 65 nanobots, 66, 168 nanocables, 66 nanoprobes, 167 nanoribbons, 66 nanostarships, 67 нанотехнологий, 62, 64 nanotubes, 66
НАСА, 26, 49, 78, 82, 86, 126-128, 144, 158, 161, 181, 185, 187 Толчков Прорыва Office, 136 парусов heliopause, 30 Институтов Понятий Прогресса, 129 межзвездных инициатив, 30 Межзвездных Исследований, 30 Исследователей Пояса Kuiper, 31 Национальное Общество Науки Открытия,
174
Национальный Центр Технологии Космических исследований (NSSTC), 188 околоземных объектов (НЕО), 2, 4, 6, 7 7-летних Нептунов 17, 22, 31, 211-212, 214-215
240 Индексов
нервный жареный картофель, 168 нейтрино, 84 нейтронных звезды, 129 нейтронов, 74
Нью-Йорк Технический Колледж, 127
Космический телескоп Следующего поколения, 146
азот 13, 112
Благородный, R.J., 78
Зарубка, K., 43
Noever, R., 130
Nordley, G.D., 107, 119, 193
Norem, P.C., 98, 105, 191
ядерная энергия, 71
ядерно-электрический толчок, 26, 32, 75 толчков ядерного пульса, 26, 78
О'Лери, B., 162 паралинзы О'Меры, 195-196 Сред обитания Места Модели III О'Неилла, 162 О'Неилла, G.K., 2, 143, 162 Oberth, H., 38 Обсерватуаров де Пари, 146 затемняющих дисков, 143-144 Ohanian, H.C., 203 Института Космоса Огайо, 167 бортовых властей, 159 Облаков Oort, 2, 6, 22, 25, 26, 33, 78, 91, 174, 191, 201, 216 оптических камер, 27 оптических глубин, 18 Orion, 78 Oro, J., 31 кислород, 112
panspermia, 10 Papagiannis, M., 173 паруса парашюта, 211 Парков, K., 6
толчок пучка частиц, 105 Pazmino, J., 173 Pecchioli, M., 98 шариков, 118 Пенрозов, R., 169 перфорированных легких парусов, 100, 193 Перри, M., 136 Персефон, 211 двигателей фотона, 74 Пиэнтелли, F., 126
пион, 84
Пионер 10, 22, 25, 37 Пионеров 10/11 мемориальные доски сообщения, 178, 179, 180
Пионер 11, 22, 25, 37, 43 Пионера 12, 43
планета эффективная температура, 17 обитаемостей планеты, 17 планетарных атмосфер, 19 планетарных роверов, 62 Планетарных Общества, 4, 202 planetesimals, 15 планетологий, 20 плазменных основных щитов, 159 Плутонов, 22, 26, 37 Жителей Полинезии, 1 Мост, Стэнли, 126 позитронов (позитрон), 83-84 Possel, W.H., 196 Powell, C., 115 Powell, J., 160 первобытных туманностей, 13 Проектов Аврора, 191 Проектный Daedalus, 188 Проектных TAU, 189 протонов, 84, 112, 115 protoplanet, 15 протозвезд, 15 Puthoff, H., 132 Pythagoras, 214
квантовый прямоточный воздушно-реактивный двигатель, 132 Quasat, 27 Рэдфордов, D., 159 сияющих потоков, 17 радио-астрономий, 27 радио-передатчиков, 65 радиоактивных изотопов тепловые генераторы, 29 радиоактивных изотопов, 78 электрических радиоизотопом толчков, 78 радиометров, 27 голограмм радуги, 182 увеличенных домкратом межзвездных ракеты (RAIR), 75, 82, 113 взлетно-посадочных полос прямоточного воздушно-реактивного двигателя, 118 прямоточных воздушно-реактивных двигателей, 75, 109, 117-118 ramscoop, 109, Критерий на 120 рэлеев, 9, 192, 199 Ремо, J., 4
Индекс 241
Robosloth, 106 автоматизированных исследований, 2, 9, 26, 55 ракет, 37, 105, 119 римлян, N., 144 Rostoker, N., 83 ровера, 62
Sagan, C. 6, 111, 174, 206-207 Лососей, A., 62
Государственный университет Сан-Франциско, 143
Sanger, E., 83
Santoli, S., 30, 67, 168
Сатурн, 7, 17, 20, 21, 40, 46-47, 223
Дикарь, М., 171
Scaglione, S., 30, 53
Schenkel, P., 171
Шиллинг, G., 143
Шмидт, G., 187
Шнайдер, J., 146
Иссушает, F.W., 203
Segre, E., 83
SETI (ищут внеземную разведку), 171 Институт SETI, 171 SETIsail, 27, 190 Сьюардов, C., 130 Sharpe, M., 160 Shlovskii, I.S., 174 Шмэтова, M.I., 120 Silberberg, R., 159 Певцов, К., 106 Смитов, G.A., 85 Смитов, P.F., 160
Воздух Smithsonian и Космический Музей, 78 солнечных констант, 7, 17, 198 солнечных gravisphere, 26 солнечной силы тяжести помогает, 46 солнечных магнитосфер (heliosphere), 25 солнечных сияющих потоков, 17 солнечных парусов, 6, 10, 25-26, 37, 49, 91, 100, 129
формирование солнечной системы, 14 Солнечных систем, 2, 13, 15, 22 солнечных ветра, 22, 74
солнечно-электрический (ион) толчок, 26, 37, 41 парус солнечного фотона, 190-191 охотник солнечного фотона, 212 солнечно-тепловых двигателей, 25 Solem, J., 81
sonoluminescence, 131 Шаттл, 26, 40 космических кораблей kinematics, 132 пространственно-временных деформации, 134 специальных релятивистских двигателя звезды, 131 специальная относительность, 132 спекл - интерферометрии, 146 спектральных классификаций, 149 Технологий Spectralab, 182 спектрометра, 27 Спенсеров, N.W., 212 Spirlock, J., 161 Обсерватория Sproul, 142 конференции 2000 STAIF, 53 Stapledon, O., 167 формирований звезды, 13 starship обнаружений, 172 Starwisp, 104
17-летний Штефан-Болцманн Лав 215 Стюартов, M.L., 163 траектории Sundiver, 189 superconducters, 128 сверхновых звезд, 13 остатков, 142 Инспектора, 67 выживания, 3
Университет Swarthmore, 142 Szames, A., 130 Szobozlai, L., 181
Более едкий, D., 172 Более едкий, J., 144 миссии TAU, 26
Тэйлор, T., 188, 196, 199, 203, 205-206, 213, 216
Разработка Теледайна Брауна, 185, 199
телескопы, 7
terraforming, 152
земная жизнь, 32
Terrile, R., 146
тепловые генераторы, 29
ракета термоядерного пульса, 189
Tholen, D.J., 212
превращение thrustless, 98
Tipler, F.J., 168, 170
Титан, 223
тороидальный ramscoop, 120 Жесткий, A., 65, 67, 175 Tsander, F., 186
242 Индекса
Tsiolkovsky, K., 38, 186 случаев Tunguska, 4
Улисс, 43
Воздушные силы Соединенных Штатов (ВВС США), 78 университетов Британской Колумбии, 142 университета Калифорнии в Беркли, 3 университета Иллинойса, 131, 136 университетов Сиены, 126 университетов Южной Флориды, 142 университета Вашингтона, 129 Урана, 180 Уранов, 7, 17, 22
V2, 38
Vakouch, D., 172, 183 Ван Клева, J., 146 ван де Кэмпа, P., 142 силы Ван дер Уоэлса, 210 Vega, 142
15-летняя Венера 17, 18, 19, 20, 37, 43
машина фон Нойманна, 168
фон Нойманн, J., 168
Путешественник 1, 2, 22, 25, 32, 37, 43, 45, 48
Путешественник 1/2 мемориальные доски сообщения, 180-181
Путешественник 2, 2, 22, 25, 37, 43, 46, 48
Валпетти, G., 30, 53, 98, 190-191, 216
Бледный Hu, 38 Опеки, W., 31
'водная' зона, 16
Уэллс, H.G., 38
белый карлик, 150
белое отверстие, 135
бело-легкая голограмма, 181
Whitmire, D.P., 105, 117-118, 120
Wiley, K., 186
Wilford, J.N., 143
Williams, I.P., 6
Winglee, R., 129
Winterberg, F., 80
Мудрость, J., 6
‘деревянный голубь’, 37
Мировой Космический Фонд, 187
worldship, 156, 161
отверстие червя, 136
Мастер, Дж., 186-187
Рентгены, 74, 173
Yenne, B., 62 Yilmaz, H., 130 Юкатана, 3
Zadnik, M., 67 энергий нулевых колебаний, 131 Zito, R.R., 84 Znamia 2, 49 Zubrin, R., 95-96, 172
Печать: Мерседес-Druck, Берлинское Закрепление: Стеин+лехмэнн, Берлин