Astronautika: misije

Voyagers 1

Ako sam se u mladosti poistovećivao isajednom misijom, to su onda bili 'Voyageri'.

Pioniri međuplanetnog istraživanja, primitivni roboti koji će nas sve debelo nadživeti, prvi u bezbroj kategorija... Njima sam posvetio čitavo jedno poglavlje naše knjige, postoji i moja e-knjiga o njima, kao i bogtepitaj koliko još nezavisnih textova. Svaki novi korak u misiji nakon posete Neptunu predstavljao je novu stranicu tanke knjige našeg šturog poznavanja dubokog kosmosa, a svaki podatak koji je stizao na Zemlju neverovatnim umećem inženjera i tehničara iz Kalifornije postajao je predmet brojnih stručnih radova i doktorata. Stepen mistike koji prati ovu misiju je neverovatan, što pokazuje i ogroman broj pitanja o njima koja se i danas, posle skoro pola veka od lansiranja, pojavljuju na brojnim forumima. Priznajem, dobar broj tih pitanja je stupidan, tipa šta će se desiti kada sonde uhvate neki vanzemaljci ili kada će da udare u prvu zvezdu.

Moj doprinos toj opštoj kakofoniji biće u sledećem. Ako te interesuje čitaj dalje, a ako ne – dovoljno je i ovoliko. Sarapa nema ni toliko.

Voyagers 2

Postavljeno je jedno zanimljivo pitanje: Kada Sunce više neće biti najsjajniji objekat na nebu 'Voyagera 1 i 2'?

'Voyager 1' se danas nalazi na 150,7 AJ od Sunca i udaljava se od kuće brzinom od 61.198,2 km/h. Na toj udaljenosti, Sunce je preko 22.000 puta slabije sjajan objekat nego nama na Zemlji. Znači da bi se video (da ima ko da gleda) kao objekat približne vizuelne magnitude -16. Na našem severnom nebu, najsjajnija zvezda je Sirijus, sa -1,46[1].

Dakle, Sunce bi u odgovoru na pitanje moralo da ima vizuelnu magnitudu manju od Siriusove. To znači da bi moralo da se priguši za oko 15 magnituda. Svaki faktor deset u udaljenosti (znači deset puta veća udaljenost) uzrokuje svetlosno prigušenje za 100, a to je razlika od 5 magnituda. Dakle, za dodatnih 15 magnituda, faktor udaljenosti je od 1000. 1000×151 AJ iznosi 151.000 AJ, odnosno 2,26 triliona kilometara. Sadašnjom brzinom, 'Voyageru 1' će trebati oko 370 miliona sati, odnosno 42.250 godina da dođe u položaj da mu Sunce i Sirijus budu jednako sjajni.

'Voyager 2' je bliže, na 125 AJ, i putuje malo sporije – 55.345 km/h, pa će mu trebati malo duže vremena, recimo skoro 48.000 godina.

Postoji i jedna grupa pitanja koja mogu da se sažmu u jedno ovakvo: Ako bu 'Voyager 1' stupio pre ili kasnije u vezu sa vanzemaljcima, da li bi oni mogli da prate njegov let do Zemlje?

Pitanje je zanimljivo samo zbog toga što tip očito nema blagu predstavu koliki je zapravo kosmos.

Zamislimo za trenutak da pripadamo praistorijskom plemenu koje živi na obali okeana. Nekako smo smislili kako da napravimo hermetički sud, recimo koristeći šuplju granu drveta (i zapečaćenu smolom). Onda smo napisali poruku, stavili je u sud i njega bacili u more. Kakva je šansa da našu poruku pronađe neko drugo pleme danas i shvati je, a onda krene nekako unazad i pronađe naše pleme?

Sad zamislimo istu stvar sem... što je okean milijardama puta veći. Toliko veliki da čak i da imamo jedrenjak a vetrovi u naša jedra duvaju uraganskom snagom, trebale bi stotine i hiljade generacija da čekaju pre nego što stignemo do druge obale. Uz to, zamislimo da su ogromne teritorije tih obala, zapravo, potpuno nepovoljne za život.

Sada smo malo bliže razumevanju koliko je stvarno kosmos veliki...

Dva 'Voyagera' do sada putuju nešto duže od 43 godine. Za to vreme, već smo videli u prethodnom pitanju, 'Voyager 1' je prevalio preko 150 AJ, odn. udaljenosti od Zemlje do Sunca.

Koliko je daleko najbliža 'obala', tj. najbliži zvezdani sistem van našeg solarnog sistema? To je dalje nego 2000 puta od prevaljenog rastojanja do sada. Recimo 300.000 puta (!) dalje nego što je daleko Zemlja od Sunca.

Dakle, 'Voyager 1' još nije zaplovio preko kosmičkog okeana da bi stigao do udaljenih planetarnih obala. Zapravo, još nije napustio ni luku...

Trebaće stotine hiljada godina pre nego što se bilo koji od 'Voyagera' nađe u blizini sledeće zvezde. Zvezda koja može ali i ne mora da ima planete koji nose život. No čak i ako se bude radilo o zvezdanom sistemu koji ugošćuje naprednu civilizaciju, šanse su velike da to nikad ne bi primetili. 'Voyager 1' je mali. Mi imamo problema s otkrivanjem asteroida koji su stotine, ako ne i hiljade puta veći od 'Voyagera 1' i prolaze tako blizu Zemlje da zapravo predstavljaju potencijalnu opasnost za nas. Kako bi smo otkrili svemirsku letilicu veličine 'Voyagera 1'? Ako zapravo ne pogodi nešto naše (satelit ili orbitnu stanicu), ne bi smo nikako. Čak i kad bi smo znali gde da tražimo, sem ako ne bi proletela stvarno, stvarno, stvarno blizu, nemamo apsolutno nikakvih sredstava da to otkrijemo. A ograničenja nisu čak ni tehnološka: nailazimo na fundamentalna ograničenja onoga što se može ili ne može videti instrumentima određene fizičke veličine.

U međuvremenu, naša civilizacija emituje radio signale velike snage već duže od jednog veka. Većina tih signala su neusmereni i putuju jednakom snagom u svim pravcima koji su iznad horizonta u odnosu na mesto predajnika u trenutku prenosa. U osnovi, Zemlja je okružena mehurom nesumljivo veštački proizvedenih radio talasa, mehurom koji već sada ima prečnik veći od 200 svetlosnih godina i raste brzinom svetlosti. Ne samo da su signali prepoznatljivo veštački, već su u određenim frekventnim opsezima kojim Zemlja pokriva bilo koji astrofizički objekat, barem u ovom delu naše galaksije Mlečni put. Dakle, ako je iko zabrinut da će nas vanzemaljci otkriti, pre bi se moglo brinuti o onim radio prenosima, a ne o sićušnoj, sićušnoj, sićušnoj metalnoj trunčici na gotovo beskonačnom volumenu neba.

Ovde se lepo uklapa i sledeće pitanje: Kako 'Voyageru 1' na trenutnoj udaljenosti izgleda Sunce i da li bi ta svetlost bila dovoljna da se recimo čitaju novine?

'Voyager 1' je trenutno oko 150 AJ daleko od Sunca. To znači da je iz njegove perspektive Sunčev ugaoni prečnik 150 puta manji nego gledan sa Zemlje, odn. manji od 0,2 lučna minuta, što je ispod minimalne veličine koju može da razluči ljudsko oko (1 arc min), tako da bi ljudskom posmatraču Sunce izglegalo kao takčasti objekat.

Jačina svetlosti opada sa kvadratom rastojanja, tako da je Sunce na 150 AJ preko 22.000 (150×150) puta manje sjajno nego nama na Zemlji. Ali Sunce je na Zemlji milion puta sjajnije od punog Meseca. Čovek dobrog vida je u stanju da čita novine i pod punim Mesecom, što sam iskusio puno puta na selu. Dakle, 50 punih Meseci bi bilo više nego dovoljno za ugodno čitanje.

Ukratko, sa 'Voyagera 1' Sunce izgleda kao vrlo sjajna tačka, ali ipak dovoljno jaka da se čitaju novine.

Kroz ovakva pitanja (i odgovore) može dosta da se nauči o kosmotehnici i nauci. Možda se ovo pitanje baš lepo uklapa u ovo: Nezavisno o warp pogonu, zašto je tako teško postići makar 1% brzine svetlosti čak ni sa modernom (ili u vidljivoj budućnosti) tehnologijom? Da li bi se situacija promenila ako bi se okrenuli novim gorivima?

Hajde najpre da vidimo koliko je točno brz 1 procenat brzine svetlosti? Pa, u metrima u sekundi, to je oko 3 miliona metara u sekundi, ili oko 10,79 miliona kilometara na sat. Da bi ovo postavili u neku realnu perspektivu, jedan od najbržih ljudskim rukama izgrađenih objekata je 'Parker Solar Probe', koji je postigao brzinu od 343.100 km na sat, ili oko 3,1% naše brzine od 0,01 c. Ono što je sondi 'Parker Solar' omogućilo da postigne tako neverojatnu brzinu kombinacija je nekoliko faktora, počevši od lansiranja raketom 'Delta IV Heavy', (o kojoj sam napisao odličnu e-knjigu i jedan fenomen vezan za redovne požare na raketi):

Voyagers 3
ULA-ina teška raketa 'Delta IV Heavy' (Delta 9250H) trenutno je druga najjača raketa na svetu, posle 'Falcona Heavy'. Košta $350 miliona.

Čak i s ovom snažnom raketom ne može se postići ni blizu neki parametar misije, a kamoli srušiti brzinski rekord. Da bi se to postiglo, letilica će izvesti 7 letova iznad planete Venere, kako bi polako spustila svoj najbliži prilaz Suncu. U januaru ove godine sonda je proletela (Perihel #4) na 19,4 milijardi metara od Sunca, a isti taj prolet obavila je i u junu (Perihel #5). U decembru 2025. (Perihel #23) sonda će postići najbliži fly-by, koji će biti udaljen 6,9 milijardi metara od Sunčevog središta ili 6,2 milijarde metara od Sunčeve površine. Ovo će biti udaljeno samo 9 Sunčevih poluprečnika od Sunca i tada će biti dostignuto 691.000 000 km na sat, ili 6,4% naše ciljane brzine.

Kao što se često ističe, prva prepreka postizanju 1% brzine svetlosti se tiče gustine energije goriva. Hemijski pogon nije ni blizu toliko gust da se približi našoj željenoj brzini – najveća brzina postignuta hemijskim raketama je postignuta pri lansiranju sonde 'New Horizons', kada je dostignuta brzina oko 58.600 km na sat, a koristila je 'Atlas V', jednu od najsnažnijih raketa koja je trenutno u službi. Da bismo postigli 1% brzine svetlosti, trebaće nam efikasniji i snažniji oblici pogona, kojih ima premalo da možemo da biramo, a previše da ih ovde pomenem.

Sledeća prepreka je ubrzanje. Mi kao ljudi možemo da preživimo trajne g-sile samo toliko dugo pre nego što počnemo da nailazimo na otkazivanje naših organa, zapravo do tačke kada se tkivo u nama počne doslovno da kida. Ubrzanja od dela 1 g (Zemljina gravitacija), do oko 2 do 3 g, verovatno bi bila održiva neko pristojno vreme, od nekoliko meseci pri delu g do oko 1 do 2 g, od nekoliko dana ili sati pri možda 3 g ili tako nekako. Jednom kada se nađemo izloženi većem ubrzanju, onakvom kakvo obično iskusmo u zabavnom parku samo delić sekunde ili pri manevrima u brzim sportskim avionima, potrebno je nekoliko sati da se oporavimo. Najveće ubrzanje koje je ljudsko biće ikad preživjelo bilo je 46,2 g, i to samo delić sekunde.

Ali ne bi bilo potrebno toliko ubrzanje da bi se došlo do 1% brzine svetlosti. Ako želimo da ubrzamo sa ugodnih 1 g, trebalo bi nam 305.810 sekundi, odnosno 3,51 dan. Udaljenost prijeđena tokom tog ubrzavanja bi bila malo veća od prosečne udaljenosti između Zemlje i Sunca. Ako ubrzavamo pet puta brže, ili 5 g, trebalo bi nam samo 61.652 sekunde ili 17 sati, a prevalili bi smo samo oko 62% prosečne udaljenosti Zemlja-Sunce.

Kao što se da pretpostaviti, glavni problem s putovanjem takvim brzinama su prašina i krhotine. To je realan problem čak i kod trenutnih kosmičkih putovanja, iako se putuje mnogo sporije. Kako postajemo sve brži i brži, relativna brzina krhotina postaje sve veća i veća, a na kraju čak i najmanje čestice mogu postati smrtonosne. Zamislite zrnce peska kako pogađa cilj brzinom od 3 miliona metara u sekundi. Kinetička energija takvog projektila bi bila 1,35 megadžula, ili približno ista količina kinetičke energije Breninog džipa koji putuje brzinom od 110 km na sat. Ono što zrno peska čini još gorim od udara džipa jeste to što zrnce ima neveroatno malu površinu. To je ono što malim projektilima koji se brzo kreću omogućava da probiju materijale koji bi lako zaustavili džip. Svako razumno rešenje ovog problema dodaje masu i time smanjuje koliko brzo možemo da ubrzavamo do 1% brzine svetlosti, kao i koliko daleko možemo da stignemo na osnovu količine goriva koje posedujemo.

Još jedno razmatranje koje je potrebno uzeti u obzir jeste da bi svakako morali da usporimo kada stignemo na odredište, osim ako i ono ne putuje 1% brzine svetlosti. Zbog toga vremenski najefikasniji način putovanja između bilo koje dve tačke u kosmosu sa konstantnim ubrzanjem uključivao bi ubrzanje ka cilju do polovine puta a usporavanje tokom druge polovine. To pretvara navigacione probleme po pitanju koliko brzo bi mogli da stignemo do cilja nebitnim, jer je to u kosmosu prilično besmisleno, pošto svaki objekat koji ima dovoljno vremena, ubrzanja i goriva može ostvariti smešno velike brzine. Uz pristojno dugoročno konstantno ubrzanje možete stići bilo gde u unutarnjem Sunčevom sistemu u roku od samo nedelju dana, bilo gde u Sunčevom sistemu za mesec dana, možda dva, u zavisnosti od položaja u orbiti. Mesec je na otprilike 3 ipo sata, otprilike jednako dugačkom regionalnom letu, od recimo Beograda do Osla.

Voyagers 4 

[1] Skala magnituda je obrnuto logaritamska: što je objekat sjajniji, to mu je niža magnituda. Ako je neki objekat ima recimo 5 puta veću magnitudu znači da je drugi objekat 100 puta slabiji. Dakle, razlika od 1,0 magnitude odgovara odnosu u sjaju od 5√100, ili oko 2,512. Sunce ima magnitudu od -26,7.

 


Epopeja VOYAGER elektronska knjiga o Vojadžeima (Draško Dragović)


 

 

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari   

Ljubomir
0 #9 Ljubomir 10-10-2020 13:35
-
- I ja bih rekao da nesto nije u redu, jer za onog ko putuje brzinom svetlosti, vreme mora da stane.
-
Neđo
0 #8 Neđo 10-10-2020 10:20
Problem krhotina ce ostati cak i kada rijesimo problem pogona. Bilo kakva vrsta kretanja kroz prostor ce imati taj problem, sem ako ne smislimo nekakav vanprostorni teleport (potpuna apstrakcija). Mada, ako vec dodjemo do nivoa da znamo da se krecemo brzinama bliskim c, onda vala dako i napravimo nekakav stit :)

Tekstu koji je postavio Nikola u komentaru fali pojasnjenje da ostaje cinjenica da svjetlosti sa hipoteticke zvijezde udaljene 1SG od nas ipak treba 1 godina da dodje do nas gledajuci sa Zemlje. Tako da ako bi neko jahao na tom zraku, mi bi ga ipak morali sacekati tih 365 dana, koliko god njemu to bilo 'odmah'.
Nikola
0 #7 Nikola 09-10-2020 20:04
Miki, mislim da se ovaj tekst kosi sa tvojom tvrdnjom:
https://astronomija.org.rs/nauka/fizika/9264-ako-bi-ajnstajn-putovao-brzinom-svetlosti
Miki
0 #6 Miki 09-10-2020 15:49
Vreme misije je identično gledano sa Vojadžera na Vojadžerovom satu, i gledano sa Zemlje na satu na Zemlji. Ono što se može razlikovati je sat na Vojadžeru gledan sa Zemlje, i sat na Zemlji gledan sa Vojadžera. Dakle, na Vojadžeru, za putnike Vojadžera, prošlo je isto vremena kao na Zemlji.
Nikola
0 #5 Nikola 09-10-2020 13:58
Draško
Znam da se teorija relativiteta veže za brzinu a ne vrijeme leta, procitao sam dosta o tome, a i sam moras priznati da bi bilo zanimljivo kada bi nam neki teoreticar na osnovu brzina koje si pomenuo u tekstu priblizio koja je razlika izmedju vremena trajanja misije gledajuci sa Zemlje u odnosu na vrijeme trajanja misije gledajuci sa Voyagera 1. Kao sto Ljubomir kaze, sigurno je ispod 1% ali razlika postoji.

Pozdrav iz CG..
Ljubomir
0 #4 Ljubomir 09-10-2020 03:26
-
- Koliko se secam zadataka iz fizike, tek negde na trecini brzine svetlosti dilatacija postaje znacajnija...
-
Ljubomir
0 #3 Ljubomir 09-10-2020 00:10
-
- Nije velika razlika, on je spor za brzinu svetlosti. Mogu napamet da kazem ispod 1%...
-
ddragovic
0 #2 ddragovic 08-10-2020 23:04
E bre Nikola!
Zar nisi shvario da sam ja tehnički orijentisan a ne teoretičar? Ipak, savetujem ti da pročitaš išta o Teoriji pa ćeš videti da se tu kao ključ pominje brzina a ne vreme leta inače veoma malom brzinom.
Ovo ti je moj najbolji odgovor :-)
Nikola
0 #1 Nikola 08-10-2020 10:52
Poštovani,
od kada je lansiran Voyager 1 prošlo je 43 godine, 1 mjesec i 2 dana. Koliko je prošlo od lansiranja gledajući sa Voyagera, ako se uzme u obzir teorija relativiteta?
Pozdrav
Nikola

Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži