- 1 dalis -
Jei naudosite esamas technologijas, mokslininkams ir astronautams siųsti tarpžvaigždinę misiją reikės labai, labai ilgai. Kelionė bus skausmingai ilga (net pagal kosminius standartus). Jei norime padaryti tokią kelionę bent viename gyvenime, na, ar kartoje, mums reikia radikalesnių (skaityti: grynai teorinių) priemonių. Ir jei sliekų skylės ir pogrindiniai varikliai šiuo metu yra nepaprastai fantastiški, per daugelį metų buvo kitų idėjų, kuriomis tikime.
- „Salik.biz“
Atominė jėgainė
Atominė elektrinė yra teoriškai įmanomas greito kosmoso kelionės „variklis“. Koncepciją iš pradžių pasiūlė 1946 m. Manheteno projekte dalyvavęs lenkų ir amerikiečių matematikas Stanislavas Ulamas. 1947 m. Preliminarius skaičiavimus atliko F. Reinesas ir Ulamas. „Orion“projektas buvo pradėtas 1958 m. Ir egzistavo iki 1963 m.
Teda Tayloro, bendrosios atomikos, ir fiziko Freemano Dysono iš Princetono pažangiųjų tyrimų instituto vadovaujamas „Orion“panaudotų impulsinių branduolinių sprogimų galią, kad suteiktų milžinišką jėgą esant labai dideliam specifiniam impulsui.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Trumpai tariant, „Project Orion“apima didelį erdvėlaivį, kuris padidina greitį palaikydamas termobranduolines kovines galvutes, išmesdamas bombas už nugaros ir įsibėgėdamas, kai sprogimo banga išlipa į galinėje dalyje įmontuotą stūmiklį, stumiamąjį skydelį. Po kiekvieno stūmimo ši plokštė sugeria sprogimo jėgą ir paverčiama judesiu į priekį.
Nors ši konstrukcija pagal šiuolaikinius standartus vargu ar yra elegantiška, koncepcijos pranašumas yra tas, kad ji suteikia didelę savitąją jėgą - tai yra, kad ji iš degalų šaltinio (šiuo atveju branduolinės bombos) išgauna maksimalų energijos kiekį mažiausiomis sąnaudomis. Be to, ši koncepcija teoriškai gali pagreitinti labai didelį greitį, kai kuriais skaičiavimais, iki 5% šviesos greičio (5,4 x 107 km / h).
Be abejo, šis projektas turi neišvengiamų nuosmukių. Viena vertus, tokio dydžio laivą būtų pastatyti nepaprastai brangu. 1968 m. Dysonas apskaičiavo, kad „Orion“erdvėlaivis, varomas vandenilio bombomis, sveria nuo 400 000 iki 4 000 000 metrinių tonų. Ir mažiausiai tris ketvirtadalius šio svorio turės branduolinės bombos, kurių kiekviena sveria maždaug vieną toną.
Konservatyvus „Dyson“vertinimas parodė, kad bendros „Orion“statybos išlaidos būtų buvusios 367 milijardo JAV dolerių. Pakoreguota atsižvelgiant į infliaciją, ši suma yra 2,5 trilijono USD, o tai yra gana daug. Net ir labiausiai konservatyviais skaičiavimais, prietaiso gamyba bus labai brangi.
Taip pat yra nedidelė radiacijos, kurią ji skleis, problema, jau nekalbant apie branduolines atliekas. Manoma, kad tai yra priežastis, kodėl projektas buvo atšauktas pagal 1963 m. Dalinio bandymo uždraudimo sutartį, kai pasaulio vyriausybės siekė apriboti branduolinius bandymus ir sustabdyti per didelį radioaktyviųjų nuosėdų išmetimą į planetos atmosferą.
Branduolinės sintezės raketos
Kita galimybė panaudoti branduolinę energiją yra termobranduolinės reakcijos, kad būtų sukurta trauka. Remiantis šia koncepcija, energija turi būti kuriama inerciniu būdu, deginant deuterio ir helio-3 mišinio granules reakcijos kameroje naudojant elektronų pluoštus (panašiai kaip tai daroma Nacionaliniame uždegimo komplekse Kalifornijoje). Toks sintezės reaktorius per sekundę sprogdintų 250 granulių, sukurdamas didelės energijos plazmą, kuri vėliau būtų nukreipta į purkštuką, sukuriant trauka.
Kaip ir raketa, kuri remiasi branduoliniu reaktoriumi, ši koncepcija turi pranašumų degalų efektyvumo ir specifinio impulso atžvilgiu. Numatomas greitis turėtų pasiekti 10 600 km / h, gerokai viršijantį įprastų raketų greičio apribojimus. Be to, ši technologija buvo plačiai tyrinėjama per pastaruosius kelis dešimtmečius ir buvo pateikta daug pasiūlymų.
Pavyzdžiui, 1973–1978 m. Didžiosios Britanijos tarpplanetinė draugija atliko projekto „Daedalus“galimybių studiją. Remdamiesi šiuolaikinėmis termobranduolinės sintezės žiniomis ir technologijomis, mokslininkai paragino pastatyti dviejų pakopų bepilotį mokslinį zondą, kuris per visą žmogaus gyvenimą galėtų pasiekti Barnardo žvaigždę (5,9 šviesos metų nuo Žemės).
Pirmasis, didžiausias iš dviejų, etapas vyks 2,05 metų ir pagreitins plaukiojančią priemonę iki 7,1% šviesos greičio. Tada šis etapas atmetamas, antrasis uždegamas ir aparatas įsibėgėja iki 12% šviesos greičio per 1,8 metus. Tada antrosios pakopos variklis yra išjungtas, o laivas plaukioja 46 metus.
Projektas „Daedalus“skaičiuoja, kad pasiekti Barnardo žvaigždę prireiks 50 metų misijos. Jei į „Proxima Centauri“, tas pats laivas pasieks 36 metus. Bet, žinoma, projektas apima daug neišspręstų klausimų, visų pirma neišspręstų naudojant šiuolaikines technologijas - ir dauguma jų dar nėra išspręsti.
Pavyzdžiui, žemėje helio-3 praktiškai nėra, tai reiškia, kad jį teks iškasti kitur (greičiausiai Mėnulyje). Antra, reakcija, sukelianti plaukiojančią priemonę, reikalauja, kad skleidžiama energija būtų daug didesnė nei energija, sunaudota reakcijai sukelti. Ir nors eksperimentai Žemėje jau pranoko „lūžio tašką“, mes vis dar esame toli nuo energijos kiekio, galinčio suteikti energiją tarpžvaigždinei transporto priemonei.
Trečia, lieka tokio laivo kainos klausimas. Net ir laikantis kuklių standartų „Project Daedalus“bepiločiams automobiliams, pilnai įrengta transporto priemonė svertų 60 000 tonų. Tiesiog, kad jūs žinote, bendras NASA SLS svoris yra šiek tiek daugiau nei 30 tonų, o vien jo paleidimas kainuos 5 milijardus dolerių (2013 m. Skaičiavimai).
Trumpai tariant, branduolių sintezės raketa bus ne tik per brangi pastatyti, bet ir jai reikės branduolių sintezės reaktoriaus lygio, viršijančio mūsų galimybes. Tarptautinė civilių mokslininkų organizacija „Icarus Interstellar“(kai kurie iš jų dirbo NASA ar ESA) bando atgaivinti šią idėją naudodama projektą „Icarus“. 2009 m. Susibūrusi grupė tikisi, kad artimiausiu metu branduolių sintezės judėjimas (ir kiti) bus įmanomi.
Termobranduolinis raketas
Dar žinomą kaip „Bussard“raketą, variklį pirmą kartą pasiūlė fizikas Robertas Bussardas 1960 m. Jo esmė yra standartinės termobranduolinės raketos, kuri naudoja magnetinius laukus, kad suslėgtų vandenilio kurą iki susiliejimo vietos, patobulinimas. Jei tai yra raketinis variklis, didžiulis elektromagnetinis piltuvas išsiurbia vandenilį iš tarpžvaigždinės terpės ir pila jį į reaktorių kaip kurą.
Kai transporto priemonė įgauna greitį, reaktyvioji masė patenka į ribotą magnetinį lauką, kuris ją suspaudžia prieš prasidedant lydymui. Tada magnetinis laukas nukreipia energiją į raketos purkštuką, pagreitindamas laivą. Kadangi nė vienas degalų bakas jo sulėtins, termobranduolinis raketas gali pasiekti 4% šviesos greitį ir nuvykti į bet kurią vietą galaktikoje.
Nepaisant to, ši misija turi daug galimų trūkumų. Pavyzdžiui, trinties problema. Erdvėlaivis priklauso nuo didelių kuro surinkimo greičių, tačiau jis taip pat susidurs su dideliu tarpžvaigždinio vandenilio kiekiu ir praras greitį - ypač tankiuose galaktikos rajonuose. Antra, kosmose nėra daug deuterio ir tričio (kurie naudojami reaktoriuose Žemėje), o paprasto vandenilio, kurio gausu kosmose, sintezė vis dar nėra mūsų kontroliuojama.
Tačiau mokslinė fantastika pamilo šią sąvoką. Garsiausias pavyzdys yra galbūt „Star Trek“franšizė, kuria naudojasi „Bussard Collectors“. Tiesą sakant, mūsų supratimas apie sintezės reaktorius niekur nėra toks tobulas, kaip mes norėtume.
Lazerinė burė
Saulės burės ilgą laiką buvo laikomos veiksmingu būdu užkariauti Saulės sistemą. Be to, kad jie yra gana paprasti ir pigūs gaminti, jie turi didelį pliusą: jiems nereikia degalų. Vietoj to, kad naudotų raketas, kurioms reikalingas kuras, burė naudoja žvaigždžių spinduliuotės slėgį, kad pastumtų ypač plonus veidrodžius dideliu greičiu.
Tačiau tarpžvaigždinio skrydžio atveju tokią burę reiktų varyti nukreiptais energijos pluoštais (lazeriu ar mikrobangomis), kad įsibėgėtų iki šviesos greičio. Pirmą kartą šią koncepciją pasiūlė Robertas Forvardas, 1984 m., Hugheso lėktuvų laboratorijos fizikas.
Jo idėja išlaiko saulės burės pranašumus tuo, kad jai nereikia degalų, o lazerio energija nėra išsklaidoma per atstumą taip pat, kaip saulės spinduliuotė. Taigi, nors burė lazeriu užtruks šiek tiek laiko, kad įsibėgėtų iki beveik šviesos greičio, vėliau ją apribos tik pats šviesos greitis.
Remiantis 2000 m. NASA Jet reaktyvinio varymo laboratorijos pažangiųjų jėgos tyrimų vadovo Roberto Frisbee'o tyrimu, burė lazeriu pateks į pusę šviesos greičio mažiau nei per dešimt metų. Jis taip pat apskaičiavo, kad burė, kurios skersmuo yra 320 kilometrų, gali pasiekti „Proxima Centauri“per 12 metų. Tuo tarpu 965 kilometrų skersmens burė atvyks vos per 9 metus.
Tačiau tokia burė turės būti pastatyta iš pažangių kompozicinių medžiagų, kad neištirptų. Kuris bus ypač sunkus atsižvelgiant į burės dydį. Kaina dar blogesnė. Pasak „Frisbee“, lazeriams reikės pastovaus 17 000 teravatų energijos srauto - maždaug tiek, kiek visas pasaulis sunaudoja per vieną dieną.
Antimaterinis variklis
Mokslinės fantastikos mėgėjai puikiai supranta, kas yra antimaterija. Bet jei pamiršote, antimaterija yra medžiaga, sudaryta iš dalelių, kurių masė yra tokia pati kaip paprastų dalelių, tačiau turinčios priešingą krūvį. Antimedžiagos variklis yra hipotetinis variklis, kuris sukuria energijos ir antimaterio sąveiką energijai generuoti arba traukai sukurti.
Trumpai tariant, antimedžiaginiame variklyje naudojamos vandenilio ir antihidro dalelės, kurios susiduria viena su kita. Panaikinimo proceso metu išsiskirianti energija yra panaši į termobranduolinės bombos, kurią lydi subatominių dalelių - pionų ir muonų, sprogimo energija. Šios dalelės, kurios važiuoja trečdaliu šviesos greičio, yra nukreipiamos į magnetinį purkštuką ir sukuria trauka.
Šios klasės raketų pranašumas yra tas, kad didžiąją dalį materijos / antimedžiagos mišinio masės galima paversti energija, kuri suteikia aukštą energijos tankį ir specifinį impulsą, pranašesnį už bet kurią kitą raketą. Be to, sunaikinimo reakcija gali pagreitinti raketą iki pusės šviesos greičio.
Šios klasės raketos bus greičiausias ir efektyviausias energijos vartojimo būdas (arba neįmanomas, bet siūlomas). Jei įprastoms cheminėms raketoms reikia tonų degalų, kad būtų galima nukreipti erdvėlaivį į jo paskirties vietą, antimaterinis variklis tą patį darbą atliks naudodamas kelis miligramus degalų. Abipusis pusės kilogramo vandenilio ir antigeno dalelių sunaikinimas išskiria daugiau energijos nei 10 megatonų vandenilio bomba.
Būtent dėl šios priežasties NASA Išplėstinių koncepcijų institutas tiria šią technologiją kaip įmanomą būsimoms misijoms į Marsą. Deja, žvelgiant į misijas į netoliese esančias žvaigždžių sistemas, reikalingo kuro kiekis auga eksponentiškai, o išlaidos tampa astronominės (ir tai nėra žaizdras).
Remiantis ataskaita, parengta 39-ajai AIAA / ASME / SAE / ASEE jungtinei varomosios jėgos konferencijai ir ekspozicijai, dviejų pakopų antimaterinei raketa per 40 metų pasiekti daugiau nei 815 000 metrinių tonų degalų, kad „Proxima“pasiektų Kentaurą. Tai gana greitai. Bet kaina …
Nors vienas gramas antimaterijos gamina neįtikėtinai daug energijos, vien vienam gramui pagaminti prireiktų 25 milijonų milijardų kilovatvalandžių energijos ir tai sudarytų trilijoną dolerių. Šiuo metu bendras žmonių sukurtas antimaterijos kiekis yra mažesnis nei 20 nanogramų.
Ir net jei antimedžiagą galėtume pagaminti pigiai, mums reikės masinio laivo, kuriame būtų galima laikyti reikiamą kiekį degalų. Remiantis dr. Darrell Smith ir Jonathan Webby iš Arizonos „Embry-Riddle Aviation University“pranešimu, tarpžvaigždinis laivas, turintis antimedžiagos, galėtų įgauti 0,5 šviesos greičio ir pasiekti „Proxima Centauri“per šiek tiek daugiau nei per 8 metus. Tačiau pats laivas svertų 400 tonų ir jam prireiktų 170 tonų antimaterinio kuro.
Galimas būdas to išvengti yra sukurti indą, kuris sukurs antimateriją ir panaudos ją kaip kurą. Šią koncepciją, žinomą kaip „Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System“(VARIES), pasiūlė Richardas Obausi iš „Icarus Interstellar“. Remdamiesi perdirbimo vietoje idėja, VARIES naudotų didelius lazerius (maitinamus didžiulėmis saulės baterijomis), kad sukurtų antimaterio daleles, kai jos išmetamos į tuščią vietą.
Šis pasiūlymas, panašus į sumontuotą su termobranduoliniu reaktyviniu varikliu, išsprendžia degalų gabenimo problemą išgaunant jį tiesiai iš kosmoso. Bet vėlgi, tokio laivo kaina bus nepaprastai didelė, jei jis bus pastatytas šiuolaikiniais metodais. Paprasčiausiai negalime masiškai sukurti antimaterijos. Taip pat reikia išspręsti radiacijos problemą, nes sunaikinus medžiagas ir antimedžiagas susidaro didelės energijos gama spinduliai.
Jie ne tik kelia pavojų įgulai, bet ir varikliui, kad veikdami visą šią radiaciją jie nenukristų į subatomines daleles. Trumpai tariant, antimaterinis variklis yra visiškai nepraktiškas mūsų dabartinėms technologijoms.
„Alcubierre“metmenų pavara
Mokslinės fantastikos mėgėjai, be abejo, yra susipažinę su metmenų disko (arba Alcubierre disko) koncepcija. 1994 m. Pasiūlyta meksikiečių fiziko Miguelio Alcubierre'o, ši idėja buvo bandymas įsivaizduoti momentinį judėjimą kosmose nepažeidžiant specialiosios Einsteino reliatyvumo teorijos. Trumpai tariant, ši koncepcija apima erdvėlaikio audinio ištempimą į bangą, dėl kurios erdvė priešais objektą susitrauktų, o už jo - erdvė.
Objektas, esantis šios bangos viduje (mūsų laivas), galės važiuoti ant šios bangos, būdamas „metmenų burbule“, daug didesniu greičiu nei reliatyvistinis. Kadangi laivas nejuda pats burbule, o jį nešioja, reliatyvumo ir erdvės-laiko įstatymai nebus pažeisti. Tiesą sakant, šis metodas nereiškia judėjimo greičiau nei šviesos greitis vietine prasme.
Jis yra „greitesnis už šviesą“tik ta prasme, kad laivas gali pasiekti savo tikslą greičiau, nei šviesos spindulys, sklindantis už metmenų burbulo. Darant prielaidą, kad erdvėlaivis bus aprūpintas „Alcubierre“sistema, jis pasieks „Proxima Centauri“mažiau nei per 4 metus. Todėl, jei mes kalbame apie teorines tarpžvaigždines keliones kosmose, tai greičiausiai yra perspektyviausia technologija greičio atžvilgiu.
Žinoma, visa ši koncepcija yra labai prieštaringa. Argumentai, pavyzdžiui, yra prieš tai, kad jame neatsižvelgiama į kvantinę mechaniką ir kad tai gali būti paneigta visko teorija (pvz., Kilpos kvantinė gravitacija). Skaičiavus reikiamą energijos kiekį, taip pat paaiškėjo, kad metmenų pavara bus pernelyg didele balsu. Kiti neaiškumai yra tokios sistemos saugumas, erdvės ir laiko poveikis paskirties vietoje bei priežastinio ryšio pažeidimai.
Tačiau 2012 m. NASA mokslininkas Haroldas White'as teigė, kad jis su kolegomis pradėjo tyrinėti galimybę sukurti „Alcubierre“variklį. White'as pareiškė, kad jie pastatė interferometrą, kuris užfiksuos erdvinius iškraipymus, atsirandančius dėl Alcubierre'o metrikos erdvės laiko išplėtimo ir susitraukimo.
2013 m. Reaktyvinio variklio laboratorija paskelbė metmenų lauko bandymų, kurie buvo atlikti vakuumo sąlygomis, rezultatus. Deja, rezultatai buvo laikomi „neįtikinamais“. Ilgainiui galime pastebėti, kad Alcubierre metrika pažeidžia vieną ar kelis pagrindinius gamtos dėsnius. Ir net jei jos fizika pasirodys teisinga, nėra garantijos, kad Alcubierre sistemą bus galima naudoti skrydžiui.
Apskritai viskas yra kaip įprasta: jūs gimėte per anksti, kad galėtumėte keliauti į artimiausią žvaigždę. Nepaisant to, jei žmonija jaučia poreikį pastatyti „tarpžvaigždinę skrynią“, kurioje įsikurs savarankiška žmonių visuomenė, patekti į „Proxima“Kentaurą reikės šimto metų. Jei, žinoma, norime investuoti į tokį renginį.
Laiko atžvilgiu visi turimi metodai atrodo labai riboti. Ir jei šimtus tūkstančių metų praleisime keliaudami į artimiausią žvaigždę, mums gali būti mažai įdomu, kai rizikuojame patys išgyventi, tobulėjant kosmoso technologijai, metodai liks nepaprastai nepraktiški. Kai mūsų arka pasieks artimiausią žvaigždę, jos technologijos pasensta, o pati žmonija gali nebeegzistuoti.
Taigi, jei nedarysime esminio branduolių sintezės, antimedžiagos ar lazerių technologijos proveržio, pasitenkinsime savo saulės sistemos tyrinėjimu.
Remiantis „Universe Today“medžiaga
- 1 dalis -