Jak dostać się do Alpha Centauri – szczegóły techniczne. Ile czasu zajmie podróż do najbliższej gwiazdy? Czy można polecieć do Alpha Centauri?

Każdy z nas na pewnym etapie życia zadał sobie pytanie: ile czasu zajmuje lot do gwiazd? Czy da się odbyć taki lot w ciągu jednego życia człowieka, czy takie loty mogą stać się normą codzienności? Istnieje wiele odpowiedzi na to złożone pytanie, w zależności od tego, kto pyta. Niektóre są proste, inne są bardziej złożone. Jest zbyt wiele rzeczy do wzięcia pod uwagę, aby znaleźć pełną odpowiedź.

Niestety nie ma realnych szacunków, które pomogłyby znaleźć taką odpowiedź, co frustruje futurystów i miłośników podróży międzygwiezdnych. Czy nam się to podoba, czy nie, przestrzeń jest bardzo duża (i złożona), a nasza technologia jest nadal ograniczona. Ale jeśli kiedykolwiek zdecydujemy się opuścić nasze „gniazdo”, będziemy mieli kilka sposobów, aby dostać się do najbliższego układu gwiezdnego w naszej galaktyce.

Najbliższą Ziemi gwiazdą jest Słońce, całkiem „przeciętna” gwiazda według schematu „ciągu głównego” Hertzsprunga-Russella. Oznacza to, że gwiazda jest bardzo stabilna i zapewnia wystarczającą ilość światła słonecznego, aby na naszej planecie mogło rozwinąć się życie. Wiemy, że w pobliżu naszego Układu Słonecznego krążą inne planety, a wiele z tych gwiazd jest podobnych do naszej.

Część pierwsza: nowoczesne metody

W przyszłości, jeśli ludzkość zechce opuścić Układ Słoneczny, będziemy mieli ogromny wybór gwiazd, do których będzie mogła się udać, a wiele z nich może mieć warunki sprzyjające życiu. Ale dokąd pójdziemy i ile czasu zajmie nam dotarcie tam? Należy pamiętać, że to wszystko tylko spekulacje i obecnie nie ma żadnych wytycznych dotyczących podróży międzygwiezdnych. Cóż, jak powiedział Gagarin, chodźmy!

Sięgnij po gwiazdę

Jak już wspomniano, najbliższą gwiazdą naszego Układu Słonecznego jest Proxima Centauri, dlatego warto rozpocząć tam planowanie misji międzygwiezdnej. Proxima, będąca częścią układu potrójnego gwiazd Alfa Centauri, znajduje się 4,24 roku świetlnego (1,3 parseka) od Ziemi. Alfa Centauri jest zasadniczo najjaśniejszą gwiazdą z trzech w układzie, częścią bliskiego układu podwójnego oddalonego o 4,37 lat świetlnych od Ziemi, podczas gdy Proxima Centauri (najsłabsza z całej trójki) jest izolowanym czerwonym karłem oddalonym o 0,13 roku świetlnego od układu podwójnego system.

I chociaż mowa o podróżach międzygwiezdnych przywodzi na myśl wszelkiego rodzaju podróże „szybsze od prędkości światła” (FSL), od prędkości warp i tuneli czasoprzestrzennych po napędy podprzestrzenne, takie teorie są albo wysoce fikcyjne (jak napęd Alcubierre’a), albo istnieją tylko w science-fiction. Każda misja w przestrzeń kosmiczną będzie trwała przez pokolenia.

Zaczynając od jednej z najwolniejszych form podróży kosmicznych, ile czasu zajmie dotarcie do Proxima Centauri?

Nowoczesne metody

Kwestia oszacowania czasu podróży w przestrzeni kosmicznej jest znacznie prostsza, jeśli uwzględnia istniejące technologie i ciała w naszym Układzie Słonecznym. Na przykład, wykorzystując technologię zastosowaną w misji New Horizons, 16 hydrazynowych silników monopropelencyjnych mogłoby dotrzeć na Księżyc w zaledwie 8 godzin i 35 minut.

Jest też misja SMART-1 Europejskiej Agencji Kosmicznej, która poleciał w stronę Księżyca za pomocą napędu jonowego. Dzięki tej rewolucyjnej technologii, której wersja została również wykorzystana przez sondę kosmiczną Dawn, aby dotrzeć do Westy, misja SMART-1 dotarcie na Księżyc zajęła rok, miesiąc i dwa tygodnie.

Od szybkich rakiet kosmicznych po oszczędny napęd jonowy – mamy kilka możliwości poruszania się po lokalnej przestrzeni kosmicznej, a ponadto możesz wykorzystać Jowisza lub Saturna jako ogromną procę grawitacyjną. Jeśli jednak planujemy pójść nieco dalej, będziemy musieli zwiększyć moc technologii i odkryć nowe możliwości.

Kiedy mówimy o możliwych metodach, mamy na myśli te, które wykorzystują istniejące technologie lub takie, które jeszcze nie istnieją, ale są technicznie wykonalne. Niektóre z nich, jak zobaczysz, są sprawdzone i potwierdzone, inne nadal pozostają wątpliwe. Krótko mówiąc, przedstawiają możliwy, ale bardzo czasochłonny i kosztowny finansowo scenariusz podróży nawet do najbliższej gwiazdy.

Ruch jonowy

Obecnie najwolniejszą i najbardziej ekonomiczną formą napędu jest napęd jonowy. Kilka dekad temu napęd jonowy uznawano za fantastykę naukową. Jednak w ostatnich latach technologie wspomagające silniki jonowe przeszły od teorii do praktyki i to z dużym sukcesem. Misja SMART-1 Europejskiej Agencji Kosmicznej jest przykładem udanej misji na Księżyc w 13-miesięcznej spirali od Ziemi.

W projekcie SMART-1 zastosowano silniki jonowe zasilane energią słoneczną, w których energia elektryczna była gromadzona przez panele słoneczne i wykorzystywana do zasilania silników z efektem Halla. Do dostarczenia SMART-1 na Księżyc potrzebne były jedynie 82 kilogramy paliwa ksenonowego. 1 kilogram paliwa ksenonowego zapewnia delta-V wynoszącą 45 m/s. Jest to niezwykle wydajna forma ruchu, ale daleka od najszybszej.

Jedną z pierwszych misji, w których wykorzystano technologię napędu jonowego, była misja Deep Space 1 do komety Borrelli w 1998 roku. DS1 również korzystał z silnika ksenonowo-jonowego i zużywał 81,5 kg paliwa. Po 20 miesiącach ciągu DS1 w momencie przelotu komety osiągnęła prędkość 56 000 km/h.

Silniki jonowe są bardziej ekonomiczne niż technologia rakietowa, ponieważ ich ciąg na jednostkę masy paliwa (impuls właściwy) jest znacznie większy. Jednak silniki jonowe potrzebują dużo czasu, aby przyspieszyć statek kosmiczny do znacznych prędkości, a maksymalna prędkość zależy od zasilania paliwem i ilości wytworzonej energii elektrycznej.

Dlatego też, gdyby w misji na Proxima Centauri miałby zostać zastosowany napęd jonowy, silniki musiałyby posiadać potężne źródło zasilania (energia jądrowa) oraz duże zapasy paliwa (aczkolwiek mniejsze niż w przypadku konwencjonalnych rakiet). Ale jeśli zaczniemy od założenia, że ​​81,5 kg paliwa ksenonowego przekłada się na 56 000 km/h (i nie będzie innych form ruchu), to można poczynić obliczenia.

Przy maksymalnej prędkości 56 000 km/h Deep Space 1 potrzebowałby 81 000 lat, aby przebyć odległość 4,24 roku świetlnego między Ziemią a Proxima Centauri. Z czasem jest to około 2700 pokoleń ludzi. Można śmiało powiedzieć, że międzyplanetarny napęd jonowy będzie zbyt wolny dla załogowej misji międzygwiezdnej.

Jeśli jednak silniki jonowe będą większe i mocniejsze (to znaczy tempo wypływu jonów będzie znacznie większe), jeśli paliwa rakietowego wystarczy na całe 4,24 roku świetlnego, czas podróży znacznie się skróci. Ale nadal pozostanie znacznie więcej życia ludzkiego.

Manewr grawitacyjny

Najszybszym sposobem podróżowania w kosmosie jest korzystanie ze wspomagania grawitacyjnego. Technika ta polega na tym, że statek kosmiczny wykorzystuje ruch względny (tj. orbitę) i grawitację planety do zmiany swojej ścieżki i prędkości. Manewry grawitacyjne są niezwykle przydatną techniką lotów kosmicznych, zwłaszcza gdy do przyspieszania wykorzystuje się Ziemię lub inną masywną planetę (taką jak gazowy gigant).

Sonda Mariner 10 jako pierwsza zastosowała tę metodę, wykorzystując przyciąganie grawitacyjne Wenus do skierowania się w stronę Merkurego w lutym 1974 roku. W latach 80. sonda Voyager 1 wykorzystywała Saturna i Jowisza do manewrów grawitacyjnych i przyspieszania do 60 000 km/h przed wejściem w przestrzeń międzygwiazdową.

Misja Helios 2, która rozpoczęła się w 1976 roku i miała na celu badanie ośrodka międzyplanetarnego w odległości 0,3 jednostki astronomicznej. e. i 1a. e. ze Słońca, jest rekordzistą pod względem największej prędkości osiągniętej za pomocą manewru grawitacyjnego. W tym czasie Helios 1 (wystrzelony w 1974 r.) i Helios 2 były rekordami największego zbliżenia się do Słońca. Helios 2 został wystrzelony konwencjonalną rakietą i umieszczony na bardzo wydłużonej orbicie.

Ze względu na dużą ekscentryczność (0,54) 190-dniowej orbity Słońca, Helios 2 był w stanie osiągnąć na peryhelium maksymalną prędkość ponad 240 000 km/h. Ta prędkość orbitalna została opracowana w wyniku przyciągania grawitacyjnego samego Słońca. Technicznie rzecz biorąc, prędkość peryhelium Heliosa 2 nie była wynikiem manewru grawitacyjnego, ale jego maksymalnej prędkości orbitalnej, ale nadal jest rekordzistą w kategorii najszybszego obiektu stworzonego przez człowieka.

Gdyby Voyager 1 poruszał się w kierunku czerwonego karła Proxima Centauri ze stałą prędkością 60 000 km/h, pokonanie tej odległości zajęłoby 76 000 lat (czyli ponad 2500 pokoleń). Gdyby jednak sonda osiągnęła rekordową prędkość Helios 2 – utrzymującą się prędkość 240 000 km/h – przebycie 4243 lat świetlnych zajęłoby 19 000 lat (czyli ponad 600 pokoleń). Znacznie lepiej, chociaż nie prawie praktycznie.

Silnik elektromagnetyczny EM Drive

Inną proponowaną metodą podróży międzygwiezdnych jest silnik rezonansowy RF, znany również jako napęd EM. Silnik zaproponowany w 2001 roku przez Rogera Scheuera, brytyjskiego naukowca, który w celu realizacji projektu utworzył firmę Satellite Propulsion Research Ltd (SPR), opiera się na założeniu, że elektromagnetyczne wnęki mikrofalowe mogą bezpośrednio przekształcać energię elektryczną w ciąg.

Podczas gdy tradycyjne silniki elektromagnetyczne są zaprojektowane do napędzania określonej masy (takiej jak zjonizowane cząstki), ten konkretny układ napędowy jest niezależny od reakcji masy i nie emituje promieniowania ukierunkowanego. Generalnie silnik ten spotkał się ze sporym sceptycyzmem, głównie dlatego, że narusza prawo zachowania pędu, zgodnie z którym pęd układu pozostaje stały i nie można go wytworzyć ani zniszczyć, a jedynie zmienić pod wpływem siły .

Jednak ostatnie eksperymenty z tą technologią najwyraźniej przyniosły pozytywne rezultaty. W lipcu 2014 r. podczas 50. Wspólnej Konferencji Napędowej AIAA/ASME/SAE/ASEE w Cleveland w stanie Ohio naukowcy z NASA zajmujący się zaawansowanymi napędami ogłosili, że pomyślnie przetestowali nowy projekt napędu elektromagnetycznego.

W kwietniu 2015 r. naukowcy z NASA Eagleworks (część Johnson Space Center) oświadczyli, że pomyślnie przetestowali silnik w próżni, co może wskazać możliwe zastosowania kosmiczne. W lipcu tego samego roku grupa naukowców z Wydziału Systemów Kosmicznych Politechniki Drezdeńskiej opracowała własną wersję silnika i zaobserwowała zauważalny ciąg.

W 2010 roku profesor Zhuang Yang z Northwestern Polytechnic University w Xi'an w Chinach zaczęła publikować serię artykułów na temat swoich badań nad technologią EM Drive. W 2012 roku zaobserwowała dużą moc wejściową (2,5 kW) i zarejestrowany ciąg 720 min. W 2014 r. przeprowadziła także szeroko zakrojone testy, obejmujące pomiary temperatury wewnętrznej za pomocą wbudowanych termopar, które wykazały, że system działa.

Na podstawie obliczeń opartych na prototypie NASA (oszacowanej mocy znamionowej wynoszącej 0,4 N/kW) statek kosmiczny napędzany elektromagnetycznie mógłby dotrzeć do Plutona w niecałe 18 miesięcy. To sześciokrotnie mniej niż wymagała sonda New Horizons, która poruszała się z prędkością 58 000 km/h.

Brzmi imponująco. Ale nawet w tym przypadku statek na silnikach elektromagnetycznych będzie latał do Proxima Centauri przez 13 000 lat. Blisko, ale wciąż za mało. Poza tym, dopóki w tej technologii nie zostaną kropkowane wszystkie „i”, jest za wcześnie, aby mówić o jej zastosowaniu.

Jądrowy ruch termiczny i jądrowy ruch elektryczny

Inną możliwością lotu międzygwiezdnego jest wykorzystanie statku kosmicznego wyposażonego w silniki nuklearne. NASA bada takie możliwości od dziesięcioleci. Rakieta o napędzie cieplnym może wykorzystywać reaktory uranowe lub deuterowe do podgrzewania wodoru w reaktorze i przekształcania go w zjonizowany gaz (plazmę wodorową), który następnie byłby kierowany do dyszy rakiety, wytwarzając ciąg.

Rakieta o napędzie atomowym wykorzystuje ten sam reaktor do przekształcania ciepła i energii w energię elektryczną, która następnie napędza silnik elektryczny. W obu przypadkach rakieta do wytworzenia ciągu opierałaby się na syntezie jądrowej lub rozszczepieniu, a nie na paliwie chemicznym, na którym działają wszystkie nowoczesne agencje kosmiczne.

W porównaniu z silnikami chemicznymi silniki nuklearne mają niezaprzeczalne zalety. Po pierwsze, ma praktycznie nieograniczoną gęstość energii w porównaniu do paliwa rakietowego. Ponadto silnik nuklearny będzie również wytwarzał duży ciąg w stosunku do ilości zużytego paliwa. Zmniejszy to ilość potrzebnego paliwa, a jednocześnie wagę i koszt konkretnego urządzenia.

Chociaż cieplne silniki jądrowe nie zostały jeszcze wystrzelone w przestrzeń kosmiczną, stworzono i przetestowano prototypy, a nawet zaproponowano jeszcze więcej.

Jednak pomimo korzyści w zakresie oszczędności paliwa i impulsu właściwego, najlepiej zaproponowana koncepcja nuklearnego silnika cieplnego charakteryzuje się maksymalnym impulsem właściwym wynoszącym 5000 sekund (50 kN·s/kg). Wykorzystując silniki nuklearne napędzane rozszczepieniem lub syntezą jądrową, naukowcy z NASA mogliby dostarczyć statek kosmiczny na Marsa w zaledwie 90 dni, jeśli Czerwona Planeta znajduje się w odległości 55 000 000 kilometrów od Ziemi.

Ale jeśli chodzi o podróż do Proxima Centauri, osiągnięcie przez rakietę nuklearną znacznego ułamka prędkości światła zajęłoby stulecia. Potem zajmie to kilka dekad podróży, po których nastąpi wiele stuleci spowolnienia w drodze do celu. Wciąż jesteśmy 1000 lat od celu. To, co jest dobre dla misji międzyplanetarnych, nie jest już tak dobre dla misji międzygwiezdnych.

Część druga: metody teoretyczne

Korzystając z istniejącej technologii, wysłanie naukowców i astronautów na misję międzygwiezdną zajęłoby bardzo, bardzo dużo czasu. Podróż będzie boleśnie długa (nawet jak na kosmiczne standardy). Jeśli chcemy odbyć taką podróż w ciągu przynajmniej jednego życia, a nawet pokolenia, potrzebujemy bardziej radykalnych (czytaj: czysto teoretycznych) środków. I choć tunele czasoprzestrzenne i silniki podprzestrzenne są obecnie absolutnie fantastyczne, od wielu lat mamy inne pomysły, które naszym zdaniem zostaną zrealizowane.

Napęd nuklearny

Napęd jądrowy jest teoretycznie możliwym „silnikiem” do szybkich podróży kosmicznych. Koncepcja została pierwotnie zaproponowana przez Stanisława Ulama w 1946 r., polsko-amerykańskiego matematyka biorącego udział w Projekcie Manhattan, a wstępne obliczenia wykonali F. Reines i Ulam w 1947 r. Projekt Orion rozpoczął się w 1958 roku i trwał do 1963 roku.

Kierowany przez Teda Taylora z General Atomics i fizyka Freemana Dysona z Instytutu Studiów Zaawansowanych w Princeton Orion miałby wykorzystać moc pulsacyjnych eksplozji jądrowych, aby zapewnić ogromny ciąg o bardzo wysokim impulsie właściwym.

Krótko mówiąc, Projekt Orion obejmuje duży statek kosmiczny, który nabiera prędkości, wspierając głowice termojądrowe, wyrzucając bomby od tyłu i przyspieszając od fali uderzeniowej, która trafia do zamontowanego z tyłu „pchacza”, czyli panelu napędowego. Po każdym pchnięciu siła eksplozji jest pochłaniana przez ten panel i przekształcana w ruch do przodu.

Chociaż konstrukcja ta nie jest zbyt elegancka jak na współczesne standardy, zaletą tej koncepcji jest to, że zapewnia wysoki ciąg właściwy – to znaczy wydobywa maksymalną ilość energii ze źródła paliwa (w tym przypadku bomb nuklearnych) przy minimalnych kosztach. Dodatkowo koncepcja ta teoretycznie może osiągać bardzo duże prędkości, niektórzy szacują, że sięgają nawet 5% prędkości światła (5,4 x 107 km/h).

Oczywiście ten projekt ma nieuniknione wady. Z jednej strony statek tej wielkości będzie niezwykle kosztowny w budowie. W 1968 roku Dyson oszacował, że statek kosmiczny Orion napędzany bombami wodorowymi ważyłby od 400 000 do 4 000 000 ton. Co najmniej trzy czwarte tej masy pochodziłoby z bomb nuklearnych, każda o wadze około jednej tony.

Ostrożne obliczenia Dysona wykazały, że całkowity koszt budowy Oriona wyniesie 367 miliardów dolarów. Po uwzględnieniu inflacji kwota ta wynosi 2,5 biliona dolarów, czyli całkiem sporo. Nawet przy najbardziej ostrożnych szacunkach produkcja urządzenia będzie niezwykle kosztowna.

Istnieje również niewielka kwestia promieniowania, które wyemituje, nie mówiąc już o odpadach nuklearnych. Uważa się, że właśnie dlatego projekt został odrzucony w ramach traktatu o częściowym zakazie prób z 1963 r., kiedy rządy świata starały się ograniczyć próby jądrowe i zapobiec nadmiernemu uwalnianiu się opadu radioaktywnego do atmosfery planety.

Rakiety fuzyjne

Inną możliwością wykorzystania energii jądrowej są reakcje termojądrowe w celu wytworzenia ciągu. Zgodnie z tą koncepcją energia byłaby wytwarzana poprzez zapalenie granulek mieszaniny deuteru i helu-3 w komorze reakcyjnej poprzez uwięzienie bezwładnościowe przy użyciu wiązek elektronów (podobnie do tego, co odbywa się w National Ignition Facility w Kalifornii). Taki reaktor termojądrowy eksplodowałby z szybkością 250 granulek na sekundę, tworząc wysokoenergetyczną plazmę, która następnie zostałaby przekierowana do dyszy, tworząc ciąg.

Podobnie jak rakieta oparta na reaktorze jądrowym, koncepcja ta ma zalety pod względem zużycia paliwa i impulsu właściwego. Szacuje się, że prędkość osiągnie 10 600 km/h, znacznie przekraczając ograniczenia prędkości konwencjonalnych rakiet. Co więcej, technologia ta była szeroko badana w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci i przedstawiono wiele propozycji.

Na przykład w latach 1973–1978 Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne przeprowadziło badanie wykonalności Projektu Daedalus. Wykorzystując współczesną wiedzę i technologię syntezy jądrowej, naukowcy wezwali do zbudowania dwustopniowej bezzałogowej sondy naukowej, która mogłaby dotrzeć do Gwiazdy Barnarda (5,9 lat świetlnych od Ziemi) w ciągu życia człowieka.

Pierwszy stopień, największy z nich, miałby działać przez 2,05 roku i przyspieszać statek do 7,1% prędkości światła. Następnie ten etap zostaje odrzucony, drugi zostaje zapalony i urządzenie przyspiesza do 12% prędkości światła w ciągu 1,8 roku. Następnie silnik drugiego stopnia zostaje wyłączony, a statek leci przez 46 lat.

Projekt Daedalus szacuje, że dotarcie do Gwiazdy Barnarda zajęłoby 50 lat. Jeśli do Proxima Centauri, ten sam statek dotrze tam za 36 lat. Ale oczywiście projekt zawiera wiele nierozwiązanych kwestii, w szczególności tych, których nie da się rozwiązać za pomocą nowoczesnych technologii - a większość z nich nie została jeszcze rozwiązana.

Przykładowo na Ziemi praktycznie nie ma helu-3, co oznacza, że ​​trzeba będzie go wydobywać gdzie indziej (najprawdopodobniej na Księżycu). Po drugie, reakcja napędzająca urządzenie wymaga, aby wyemitowana energia znacznie przewyższała energię wydatkowaną na rozpoczęcie reakcji. I choć eksperymenty na Ziemi przekroczyły już „punkt rentowności”, wciąż jesteśmy dalecy od ilości energii, która mogłaby zasilić międzygwiezdny statek kosmiczny.

Po trzecie, pozostaje kwestia kosztu takiego statku. Nawet jak na skromne standardy bezzałogowego pojazdu Projektu Daedalus w pełni wyposażony pojazd ważyłby 60 000 ton. Dla porównania, masa całkowita NASA SLS wynosi nieco ponad 30 ton metrycznych, a sam start będzie kosztować 5 miliardów dolarów (szacunki z 2013 roku).

Krótko mówiąc, rakieta termojądrowa nie tylko byłaby zbyt droga w budowie, ale wymagałaby także poziomu reaktora termojądrowego znacznie przekraczającego nasze możliwości. Icarus Interstellar, międzynarodowa organizacja zrzeszająca naukowców obywatelskich (niektórzy z nich pracowali dla NASA lub ESA), próbuje ożywić tę koncepcję w ramach Projektu Icarus. Utworzona w 2009 roku grupa ma nadzieję umożliwić ruch fuzyjny (i nie tylko) w dającej się przewidzieć przyszłości.

Silnik strumieniowy Fusion

Silnik znany również jako silnik strumieniowy Bussarda został po raz pierwszy zaproponowany przez fizyka Roberta Bussarda w 1960 roku. W swej istocie jest to ulepszenie standardowej rakiety termojądrowej, która wykorzystuje pola magnetyczne do sprężania paliwa wodorowego do temperatury syntezy. Jednak w przypadku silnika strumieniowego ogromny lejek elektromagnetyczny zasysa wodór z ośrodka międzygwiazdowego i wrzuca go do reaktora jako paliwo.

Gdy pojazd nabiera prędkości, masa reaktywna wchodzi w ograniczające pole magnetyczne, które ją ściska, aż do rozpoczęcia syntezy termojądrowej. Pole magnetyczne kieruje następnie energię do dyszy rakiety, przyspieszając statek. Ponieważ żadne zbiorniki paliwa go nie spowolnią, silnik termojądrowy może osiągnąć prędkość rzędu 4% prędkości światła i podróżować w dowolne miejsce w galaktyce.

Jednak ta misja ma wiele potencjalnych wad. Na przykład problem tarcia. Statek kosmiczny wykorzystuje duże tempo gromadzenia paliwa, ale napotka także duże ilości międzygwiazdowego wodoru i straci prędkość – szczególnie w gęstych obszarach galaktyki. Po drugie, w kosmosie jest mało deuteru i trytu (które są wykorzystywane w reaktorach na Ziemi), a synteza zwykłego wodoru, którego w kosmosie jest mnóstwo, nie jest jeszcze pod naszą kontrolą.

Jednak fantastyka naukowa pokochała tę koncepcję. Najbardziej znanym przykładem jest być może seria Star Trek, w której korzystają kolekcjonerzy Bussarda. W rzeczywistości nasza wiedza na temat reaktorów termojądrowych nie jest tak dobra, jak byśmy tego chcieli.

Żagiel laserowy

Żagle słoneczne od dawna uważane są za skuteczny sposób na podbój Układu Słonecznego. Oprócz tego, że są stosunkowo proste i tanie w produkcji, mają dużą zaletę: nie wymagają paliwa. Zamiast używać rakiet wymagających paliwa, żagiel wykorzystuje ciśnienie promieniowania gwiazd, aby napędzać ultracienkie lustra do dużych prędkości.

Jednak w przypadku podróży międzygwiazdowych taki żagiel musiałby być napędzany skupionymi wiązkami energii (laserem lub mikrofalami), aby przyspieszyć go do prędkości bliskiej prędkości światła. Koncepcję tę po raz pierwszy zaproponował Robert Forward w 1984 r., fizyk z Hughes Aircraft Laboratory.

Jego pomysł zachowuje zalety żagla słonecznego, ponieważ nie wymaga paliwa na pokładzie, a także to, że energia lasera nie rozprasza się na odległość w taki sam sposób, jak promieniowanie słoneczne. Zatem chociaż żagiel laserowy potrzebuje trochę czasu, aby przyspieszyć do prędkości bliskiej prędkości światła, w późniejszym czasie będzie on ograniczony jedynie prędkością samego światła.

Według badań przeprowadzonych w 2000 roku przez Roberta Frisby'ego, dyrektora ds. badań nad zaawansowanymi koncepcjami napędu w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA, żagiel laserowy przyspieszyłby do połowy prędkości światła w mniej niż dekadę. Obliczył także, że żagiel o średnicy 320 kilometrów mógłby dotrzeć do Proxima Centauri w ciągu 12 lat. Tymczasem żagiel o średnicy 965 kilometrów dopłynie już za 9 lat.

Jednak taki żagiel będzie musiał zostać zbudowany z zaawansowanych materiałów kompozytowych, aby uniknąć stopienia. Co będzie szczególnie trudne, biorąc pod uwagę rozmiar żagla. Koszty są jeszcze gorsze. Według Frisby’ego lasery wymagałyby stałego przepływu 17 000 terawatów energii, czyli mniej więcej tyle, ile cały świat zużywa w ciągu jednego dnia.

Silnik antymaterii

Miłośnicy science fiction doskonale wiedzą, czym jest antymateria. Ale gdybyś zapomniał, antymateria to substancja złożona z cząstek, które mają tę samą masę co zwykłe cząstki, ale mają przeciwny ładunek. Silnik antymaterii to hipotetyczny silnik, który opiera się na interakcjach między materią i antymaterią w celu wygenerowania energii, czyli ciągu.

Krótko mówiąc, silnik na antymaterię wykorzystuje zderzające się ze sobą cząstki wodoru i antywodoru. Energia wyemitowana podczas procesu anihilacji jest porównywalna objętościowo z energią wybuchu bomby termojądrowej, któremu towarzyszy przepływ cząstek subatomowych - pionów i mionów. Cząsteczki te, poruszające się z prędkością jednej trzeciej prędkości światła, są kierowane do dyszy magnetycznej i wytwarzają ciąg.

Zaletą rakiet tej klasy jest to, że większość masy mieszaniny materii i antymaterii można przekształcić w energię, co zapewnia wysoką gęstość energii i impuls właściwy lepszy niż w przypadku innych rakiet. Co więcej, reakcja anihilacji może przyspieszyć rakietę do połowy prędkości światła.

Rakiety tej klasy będą najszybsze i najbardziej energooszczędne z możliwych (lub niemożliwe, ale proponowane). Podczas gdy konwencjonalne rakiety chemiczne wymagają ton paliwa, aby napędzać statek kosmiczny do miejsca przeznaczenia, silnik na antymaterię wykona tę samą pracę, zużywając zaledwie kilka miligramów paliwa. Wzajemne zniszczenie pół kilograma cząstek wodoru i antywodoru uwalnia więcej energii niż 10-megatonowa bomba wodorowa.

Z tego powodu Instytut Zaawansowanych Koncepcji NASA bada tę technologię pod kątem możliwości wykorzystania jej w przyszłych misjach na Marsa. Niestety, biorąc pod uwagę misje do pobliskich systemów gwiezdnych, ilość wymaganego paliwa rośnie wykładniczo, a koszty stają się astronomiczne (bez zamierzonej gry słów).

Według raportu przygotowanego na 39. Konferencję i Wystawę Wspólnych Napędów AIAA/ASME/SAE/ASEE, dwustopniowa rakieta na antymaterię potrzebowałaby ponad 815 000 ton paliwa, aby dotrzeć do Proxima Centauri w ciągu 40 lat. Jest stosunkowo szybki. Ale cena...

Chociaż jeden gram antymaterii wytwarza niesamowitą ilość energii, wytworzenie zaledwie jednego grama wymagałoby 25 milionów miliardów kilowatogodzin energii i kosztowałoby bilion dolarów. Obecnie całkowita ilość antymaterii wytworzonej przez człowieka wynosi mniej niż 20 nanogramów.

A nawet gdybyśmy mogli tanio produkować antymaterię, potrzebowalibyśmy ogromnego statku, który mógłby pomieścić wymaganą ilość paliwa. Według raportu dr Darrella Smitha i Jonathana Webby'ego z Embry-Riddle Aeronautical University w Arizonie międzygwiezdny statek kosmiczny napędzany antymaterią mógłby osiągnąć prędkość 0,5 razy większą od prędkości światła i dotrzeć do Proxima Centauri w nieco ponad 8 lat. Jednak sam statek ważyłby 400 ton i wymagałby 170 ton paliwa na antymaterię.

Możliwym sposobem na obejście tego byłoby stworzenie statku, który wytwarzałby antymaterię, a następnie wykorzystywał ją jako paliwo. Koncepcja ta, znana jako Interstellar Explorer System (VARIES), została zaproponowana przez Richarda Aubauzi z Icarus Interstellar. Opierając się na idei recyklingu in-situ, pojazd VARIES wykorzystywałby duże lasery (zasilane ogromnymi panelami słonecznymi) do tworzenia cząstek antymaterii po wystrzeleniu w pustą przestrzeń.

Podobnie jak w przypadku koncepcji strumieniowego napędu termojądrowego, propozycja ta rozwiązuje problem transportu paliwa poprzez wydobywanie go bezpośrednio z kosmosu. Ale znowu koszt takiego statku będzie niezwykle wysoki, jeśli zbudujemy go naszymi nowoczesnymi metodami. Po prostu nie jesteśmy w stanie wytworzyć antymaterii na ogromną skalę. Do rozwiązania pozostaje również problem promieniowania, ponieważ anihilacja materii i antymaterii powoduje powstawanie rozbłysków wysokoenergetycznych promieni gamma.

Stanowią zagrożenie nie tylko dla załogi, ale także dla silnika, aby pod wpływem całego promieniowania nie rozpadły się na cząstki subatomowe. Krótko mówiąc, silnik na antymaterię jest całkowicie niepraktyczny, biorąc pod uwagę naszą obecną technologię.

Napęd Osnowy Alcubierre’a

Miłośnicy science fiction bez wątpienia znają koncepcję napędu warp (lub napędu Alcubierre’a). Pomysł zaproponowany przez meksykańskiego fizyka Miguela Alcubierre'a w 1994 roku był próbą wyobrażenia sobie natychmiastowego ruchu w przestrzeni bez naruszania szczególnej teorii względności Einsteina. Krótko mówiąc, koncepcja ta polega na rozciągnięciu tkanki czasoprzestrzeni w falę, co teoretycznie spowodowałoby kurczenie się przestrzeni przed obiektem i rozszerzanie przestrzeni za nim.

Obiekt znajdujący się wewnątrz tej fali (nasz statek) będzie mógł na niej płynąć, będąc w „bańce osnowy”, z prędkością znacznie większą niż relatywistyczna. Ponieważ statek nie porusza się w samej bańce, ale jest przez nią niesiony, prawa względności i czasoprzestrzeni nie zostaną naruszone. Zasadniczo metoda ta nie polega na poruszaniu się szybciej niż prędkość światła w sensie lokalnym.

Jest „szybszy od światła” tylko w tym sensie, że statek może dotrzeć do celu szybciej niż wiązka światła przemieszczająca się poza bańką warp. Zakładając, że statek kosmiczny będzie wyposażony w system Alcubierre, dotrze do Proxima Centauri za niecałe 4 lata. Dlatego jeśli chodzi o teoretyczne międzygwiezdne podróże kosmiczne, jest to zdecydowanie najbardziej obiecująca technologia pod względem prędkości.

Oczywiście cała ta koncepcja jest niezwykle kontrowersyjna. Wśród argumentów przeciw jest na przykład to, że nie uwzględnia ona mechaniki kwantowej i można ją obalić teorią wszystkiego (jak pętlowa grawitacja kwantowa). Obliczenia wymaganej ilości energii wykazały również, że napęd warp byłby zbyt żarłoczny. Inne niepewności obejmują bezpieczeństwo takiego systemu, skutki czasoprzestrzenne w miejscu docelowym i naruszenia związku przyczynowego.

Jednak w 2012 roku naukowiec z NASA Harold White ogłosił, że on i jego koledzy zaczęli badać możliwość stworzenia silnika Alcubierre. White stwierdził, że zbudowali interferometr, który wychwytywał zniekształcenia przestrzenne powstające w wyniku rozszerzania i kurczenia się czasoprzestrzeni w metryce Alcubierre'a.

W 2013 roku Laboratorium Napędów Odrzutowych opublikowało wyniki badań pola warp prowadzonych w warunkach próżniowych. Niestety wyniki uznano za „niejednoznaczne”. W dłuższej perspektywie może się okazać, że metryka Alcubierre’a narusza jedno lub więcej podstawowych praw natury. I nawet jeśli jego fizyka okaże się prawidłowa, nie ma gwarancji, że system Alcubierre będzie można wykorzystać do lotu.

Ogólnie wszystko jest jak zwykle: urodziłeś się za wcześnie, aby podróżować do najbliższej gwiazdy. Jeśli jednak ludzkość odczuje potrzebę zbudowania „arki międzygwiezdnej”, w której pomieści samowystarczalne społeczeństwo ludzkie, dotarcie do Proxima Centauri będzie możliwe za około sto lat. Jeśli oczywiście chcemy zainwestować w takie wydarzenie.

Pod względem czasowym wszystkie dostępne metody wydają się niezwykle ograniczone. I choć spędzenie setek tysięcy lat na podróżach do najbliższej gwiazdy może nas nie interesować, gdy stawką jest nasze własne przetrwanie, w miarę postępu technologii kosmicznej metody te pozostaną wyjątkowo niepraktyczne. Zanim nasza arka dotrze do najbliższej gwiazdy, jej technologia stanie się przestarzała, a ludzkość może już nie istnieć.

Jeśli więc nie dokonamy wielkiego przełomu w dziedzinie syntezy jądrowej, antymaterii lub technologii laserowej, zadowolimy się badaniem naszego własnego Układu Słonecznego.

WYKŁAD:

„ZA SIEDEM MILIONÓW LAT”

Wykładowca Moiseev I.M.

SSO „Energia” MVTU nazwany na cześć. Baumana

wieś Ust-Abakan

Drodzy towarzysze! Od razu ostrzegam, że będziemy mówić o kwestiach kontrowersyjnych i raczej abstrakcyjnych. Wiele z tego, co chcę wam powiedzieć, nie jest palącym problemem dzisiejszych czasów. Jednakże zrozumienie problemu, o którym będę mówił i możliwości jego rozwiązania ma poważny charakter światopoglądowy.

Będziemy musieli operować bardzo dużymi, jak na nasze standardy, liczbami. Chcę, żebyś je dobrze zrozumiał, przypominam: milion to tysiąc tysięcy, miliard to tysiąc milionów. Samo liczenie do tysiąca zajmie 3 godziny. Do miliona - 125 dni. Do miliarda - 350 lat. Wprowadzony? No więc. Wtedy możemy zacząć.

20 miliardów lat temu rozpoczął się Wszechświat.

Gdzieś 5-6 miliardów lat temu nasze Słońce stanęło w płomieniach.

4 miliardy lat temu stopiona kula ostygła, obecnie nazywana planetą Ziemia. Około miliona lat temu pojawił się człowiek.

Państwa istnieją zaledwie od kilku tysięcy lat.

Około sto lat temu wynaleziono radio i wreszcie, 27 lat temu, rozpoczęła się era kosmiczna.

Tym razem. Porozmawiajmy teraz o skalach przestrzennych.

Jak wiadomo, promień światła pokonuje 300 tysięcy km na sekundę. Do pomiaru odległości wykorzystamy prędkość światła. Aby promień światła przebył drogę równą długości równika, potrzebuje 1/7 sekundy. Aby dotrzeć do Księżyca - trochę więcej niż 1 sekunda. Światło pokonuje odległość od Ziemi do Słońca w ciągu 8 minut. Dotarcie promienia światła do granicy Układu Słonecznego zajmie ponad 5 godzin. Ale podróż promienia światła do najbliższej gwiazdy – Proxima Centauri zajmuje ponad 4 lata. Dotarcie wiązki światła do centrum naszej Galaktyki zajmie 75 tysięcy lat. Promień światła potrzebuje 40 miliardów lat, aby przelecieć przez nasz Wszechświat.

Żyjemy na planecie Ziemia. Nasza planeta to bardzo mała część Układu Słonecznego, w skład której wchodzi pierwsza gwiazda - Słońce, 9 dużych planet, dziesiątki satelitów planetarnych, miliony komet i asteroid oraz wiele innych mniejszych ciał materialnych. Nasz Układ Słoneczny znajduje się na obrzeżach Galaktyki – ogromnego układu gwiazd, który obejmuje 10 miliardów gwiazd takich jak Słońce. We Wszechświecie są tysiące takich galaktyk

miliard To jest świat, w którym żyjemy. Skoro już to wszystko przedstawiliśmy, czas postawić pierwsze zadanie.

Więc. Musimy dostać się do najbliższego układu gwiezdnego - układu Alfa Centauri. W skład tego układu wchodzą 3 gwiazdy: Alpha Centauri A – gwiazda podobna do naszego Słońca, Alpha Centauri B i Proxima Centauri – małe czerwone gwiazdy. Jest bardzo prawdopodobne, że w tym układzie znajdują się także planety. Odległość do niego wynosi 4,3 lat świetlnych. Gdybyśmy mogli podróżować z prędkością światła, podróż tam i z powrotem zajęłaby nam prawie 9 lat. Ale nie możemy poruszać się z prędkością światła. Obecnie dysponujemy wyłącznie rakietami chemicznymi, których maksymalna osiągana prędkość wynosi 20 km/s. Przy tej prędkości dotarcie do Alfa Centauri zajęłoby ponad 70 tysięcy lat. Dysponujemy elektrycznymi silnikami rakietowymi i nuklearnymi silnikami cieplnymi. Jednak te pierwsze, ze względu na niski ciąg, nie są w stanie rozpędzić własnego ciężaru do przyzwoitych prędkości, a te drugie, z grubsza mówiąc, są tylko dwukrotnie lepsze od chemicznych. Pisarze science fiction uwielbiają wysyłać swoich bohaterów do gwiazd na fotonach, czyli rakietach anihilacyjnych. Silniki anihilacyjne teoretycznie mogą rozpędzić rakietę do prędkości bardzo bliskich prędkości światła w ciągu zaledwie jednego roku. Jednak do wytworzenia układów napędowych anihilacji potrzebna jest duża ilość antymaterii, a sposób jej uzyskania jest całkowicie nieznany. Ponadto konstrukcja takiego silnika jest całkowicie niejasna. Ale potrzebujemy prawdziwego silnika. Abyśmy wiedzieli, jak to zrobić i mogli zacząć pracować nad tym już teraz. W przeciwnym razie, jeśli poczekamy, aż znajdą zasady, które są obecnie nieznane, możemy zostać z niczym. Na szczęście taki silnik istnieje. To prawda, na razie tylko na papierze, ale jeśli ty i ja chcemy, możemy stworzyć to w metalu. To pulsacyjny termojądrowy silnik rakietowy. Poznajmy go bardziej szczegółowo. W tym silniku małe porcje paliwa termojądrowego spalają się z dużą częstotliwością. W tym przypadku uwalniana jest bardzo duża energia, produkty reakcji - cząstki elementarne - rozpraszają się z dużą prędkością i popychają rakietę do przodu. Zastanówmy się nad głównymi problemami związanymi z tworzeniem takiego silnika i sposobami ich rozwiązania.

Problem numer jeden to problem podpaleń. Konieczne jest podpalenie, czyli zainicjowanie reakcji termojądrowej w małej, nie większej niż 10 miligramów tabletce paliwa termojądrowego. Taki tablet jest zwykle nazywany celem. Aby reakcja przebiegała odpowiednio intensywnie, temperatura celu musi sięgać setek milionów stopni. Co więcej, aby większość tarczy zareagowała, ogrzewanie to musi zostać przeprowadzone w bardzo krótkim czasie. /Jeśli będziemy go powoli podgrzewać, tarcza będzie miała czas na odparowanie bez spalenia./ Obliczenia i eksperymenty pokazują, że w tarczę należy włożyć energię miliona dżuli w czasie jednej miliardowej sekundy. Moc takiego impulsu jest równa mocy 200 tysięcy elektrowni wodnych w Krasnojarsku. Ale zużycie energii nie będzie tak duże - 100 tysięcy kilowatów, jeśli eksplodujemy 100 celów na sekundę. Pierwsze rozwiązanie problemu podpaleń znalazł słynny radziecki fizyk Basow. Proponował podpalanie celów wiązką lasera, w której faktycznie można było skoncentrować potrzebną moc. W tym obszarze prowadzone są intensywne prace i już w najbliższej przyszłości zostaną uruchomione pierwsze elektrownie termojądrowe działające na tej zasadzie. Istnieją inne możliwości rozwiązania tego problemu, ale nie zostały one jeszcze szczegółowo zbadane.

Problem numer dwa to problem z komorą spalania. Kiedy nasze cele spłoną, powstanie duża liczba cząstek elementarnych niosących wysoką energię i silne promieniowanie elektromagnetyczne, a wszystko to rozproszy się we wszystkich kierunkach. I musimy skierować jak najwięcej produktów reakcji w jednym kierunku - wbrew ruchowi naszej rakiety - tylko w tym przypadku rakieta będzie mogła nabrać prędkości. Problem ten możemy rozwiązać jedynie za pomocą pola magnetycznego. Pole magnetyczne o określonej sile może zmieniać trajektorie produktów reakcji i kierować je w pożądanym kierunku. Możemy stworzyć takie pole.

Problem numer trzy to problem grzejników. Promieniowania elektromagnetycznego nie można kontrolować za pomocą pola magnetycznego. Promieniowanie to jest pochłaniane przez elementy konstrukcyjne silnika i przekształcane w ciepło, które musi zostać uwolnione w przestrzeń kosmiczną. Odprowadzenie nadmiaru ciepła odbywa się najczęściej za pomocą grzejników – dużych, cienkich płyt składających się z rurek cieplnych – prostych urządzeń pozwalających na przenoszenie ciepła na duże odległości. Jednak jak na nasze warunki masa takiego układu okazuje się zaporowo duża.

Tutaj również znaleziono rozwiązanie. Zaproponowano wykorzystanie przepływów małych cząstek stałych lub kropelek cieczy podgrzanych do wysokiej temperatury w celu uwolnienia ciepła. Takie urządzenia są nowe, ale całkiem wykonalne.

Projektując nasz silnik pojawi się znacznie więcej problemów, ale wszystkie są do rozwiązania i co ważne, do rozwiązania przy obecnym poziomie rozwoju nauki i technologii.

Wyobraźmy sobie silnik jako całość. Opiera się na komorze spalania - ściętym stożku o wielkości kilkudziesięciu metrów. Na osi tego stożka eksplozje termojądrowe zachodzą 100 razy na sekundę, każda z siłą kilku ton trotylu. Strumień strumieniowy wypływa z szerokiej podstawy stożka. Stożek ten jest utworzony przez dwa pierścienie elektromagnesów. Nie ma ścian. Wewnątrz stożka panuje silne pole magnetyczne. W górnym elektromagnesie znajduje się laserowy układ zapłonowy, układ zasilania tarcz do komory spalania oraz układ doboru energii elektrycznej niezbędnej do zasilania instalacji laserowej. /W tym celu odbierana jest część energii wybuchów./ Wzdłuż bocznych generatorów stożka przepływają strumienie cieczy - jest to grzejnik. Aby zapewnić niezbędny ciąg, będziemy musieli zainstalować w naszej rakiecie około 200 takich silników.

Wykonaliśmy układ napędowy. Porozmawiajmy teraz o ładunku. Nasze urządzenie będzie obsługiwane. Dlatego główną częścią będzie przedział mieszkalny. Można go wykonać w kształcie hantli. „Hantle” będą mierzyć od dwóch do trzystu metrów. Będzie się obracać wokół własnej osi poprzecznej, tworząc sztuczną grawitację. Będzie otoczony ze wszystkich stron paliwem termojądrowym, które ochroni załogę przed promieniowaniem kosmicznym. Oprócz przedziału mieszkalnego, ładunek będzie obejmował system zasilania, system łączności i systemy pomocnicze.

Jak widać, w budowie statku międzygwiezdnego nie ma nic niemożliwego, jest tylko wiele złożoności. Wszystkie problemy są do pokonania. Teraz przedstawię Państwu charakterystykę statku uzyskaną w wyniku wstępnego projektu.

Waga na początek		milion ton
Masa silnika		tysiąc ton
Masa ładunku		tysiąc ton
Maksymalna prędkość		prędkość światła
Czas lotu		lata
Załoga	1000	Człowiek

Taki statek pozwoli nam polecieć do układu Alpha Centauri.

Proszę zwrócić uwagę - po prostu latać. Nie będzie mógł wrócić. Łatwo policzyć, że zachowując tę ​​samą konstrukcję, aby móc wrócić, nasz statek na starcie musi ważyć 8 miliardów ton. To wyraźnie przekracza nasze możliwości. I po co wracać? Wszystkie nowe – i trzeba zauważyć, bardzo duże – informacje możemy przekazywać drogą radiową. Będziemy musieli pozostać w systemie Alfa Centauri, wylądować na planetach i zacząć je badać.

Jak zamierzamy to zrobić? Czy istnieje taka możliwość? Tak, mam. Wystrzeliwujemy, powiedzmy, sto statków z Układu Słonecznego. Sto tysięcy ochotników. Za 60 lat oni, ich dzieci i wnuki dotrą do układu Alpha Centauri i wejdą na orbitę wokół planety najdogodniejszej do eksploracji. Po rekonesansie ludzie zaczną przerabiać całą planetę, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby okazała się kopią naszej Ziemi. Jeśli będzie za gorąco, można zasłonić gwiazdę osłoną przeciwpyłową. Jeśli jest za zimno, możemy skierować na nią dodatkową energię za pomocą dużych i bardzo jasnych luster, możemy je wykonać. Możemy też zmienić atmosferę. Przykładowo, jak proponował Carl Sagan, ten sam, który niedawno wysłał list do K.U. Czernienki, w którym wyraził swoje zaniepokojenie planami militaryzacji przestrzeni kosmicznej. Odpowiedź Czernienki została wówczas opublikowana we wszystkich gazetach./ - zaproponował wrzucenie do atmosfery innej planety specjalnie wyselekcjonowanych mikroorganizmów, które pochłaniałyby dwutlenek węgla i uwalniały tlen. W zasadzie potrafimy także stworzyć sztuczne mechanizmy, które są w stanie reprodukować / rozmnażać się / i mogą szybko odtworzyć atmosferę i warstwę powierzchniową dowolnej planety. Nic z tego nie jest łatwe, ale jest możliwe. Gdy już mniej więcej przyzwyczaimy się do nowego układu, będziemy mogli zrobić kolejny krok – wystrzelić nową eskadrę statków do nowego układu gwiezdnego, mając te same cele.

I tak dalej. A teraz – najważniejsza rzecz. Punkt kulminacyjny. Działając w ten sposób, możemy opanować całą naszą Galaktykę w SIEDEM MILIONÓW LAT. Siedem milionów lat w skali Wszechświata to okres nieistotny. A za nie więcej niż siedem milionów lat cała nasza Galaktyka, ten ogromny system z miliardami układów planetarnych, stanie się wielkim domem ludzkości. To cel, dla którego warto pracować. Oczywiście jest tu więcej różnego rodzaju problemów niż rozwiązań. Ale powtarzam, wszystkie można rozwiązać. I nie mam wątpliwości, że zostaną one dozwolone.

Jedyną rzeczą, która może zatrzymać ludzkość na gwiezdnej ścieżce, jest wojna nuklearna. Te same środki, które pozwalają ludzkości dotrzeć do gwiazd, mogą ją zniszczyć już na samym początku jej podróży. Oczywiście nie muszę cię agitować w imię pokoju. Ale pozwolę sobie przypomnieć, że teraz aktywna walka o pokojową przyszłość Ludzkości jest jedyną rzeczą, która może uratować nie tylko nasze życie, ale także ogromną przyszłość naszej Ludzkości.

Czy można polecieć do gwiazdy? No cóż, przynajmniej ten najbliższy?

Rozwój nauki i technologii przypomina falę. Nie bardzo. Znowu tak i znowu nie. Ale w końcu nadal Tak!

Czy można polecieć do gwiazd?

Przynajmniej do najbliższego?

NIE NIEMOŻLIWE. Nigdy! Potrzebne są miliardy ton paliwa. I niewyobrażalna ilość paliwa, aby dostarczyć to wszystko na orbitę. Niemożliwe.

TAK MOŻLIWE. Potrzebne jest tylko 17 gramów antymaterii.

NIE NIEMOŻLIWE. 17 gramów antymaterii jest warte 170 bilionów dolarów!

TAK MOŻLIWE. Cena antymaterii cały czas spada. Według NASA w 2006 roku 1 gram był już wart 25 miliardów dolarów.

NIE NIEMOŻLIWE. Nawet jeśli wyprodukujesz 100 gramów antymaterii i nauczysz się ją przechowywać przez lata, a nie 1000 sekund, jak teraz. Nie ma znaczenia. 17 gramów antymaterii to w przybliżeniu 22 bomby atomowe zrzucone na Hiroszimę. Nikt nie pozwoli Ci podjąć takiego ryzyka podczas startu. W końcu pułapka na antymaterię, niezależnie od tego, jak niezawodna może być sama w sobie, po zniszczeniu antymateria będzie oddziaływać z materią. A tragedii nie da się uniknąć.

TAK TO MOZLIWE. NASA, choć w „najbardziej szalonym” instytucie, zamówiła kolektor antymaterii http://www.membrana.ru/particle/2946. W końcu antymateria istnieje we Wszechświecie Słonecznym. Obliczone silniki są w stanie osiągnąć prędkość 70% prędkości światła http://ria.ru/science/20120515/649749893.html. Zatem lot do gwiazd powoli przechodzi z rąk nauk podstawowych do rąk nauk stosowanych.

Chcę podkreślić jeden przeoczony punkt. Wiele osób pyta jak się tam dostać? Jakiego rodzaju paliwa potrzeba, aby polecieć do gwiazdy w określonym czasie? (na przykład do α - Centauri odległość wynosi około 4365 lat świetlnych).

Spróbuję odpowiedzieć na te pytania ze swojego punktu widzenia. Jak się tam dostać? Mogę powiedzieć, że obecnie najbardziej odpowiednim statkiem kosmicznym jest nasza planeta Ziemia. Na Ziemi jest wszystko, czego potrzebuje człowiek i otaczający go świat, aby przetrwać gwiezdną wyprawę. Jakiego rodzaju paliwa potrzeba, aby polecieć do gwiazdy w określonym czasie?

Moja odpowiedź byłaby taka. Paliwem dla statku kosmicznego będzie energia słoneczna i ciepło. Słońce jest w danym momencie najpotężniejszym i najtrwalszym źródłem energii. Podczas gdy Słońce płonie i dostarcza Ziemi ciepłe promienie, nasz statek kosmiczny nadal przemierza przestrzeń prowadzony przez Słońce.

Dokonałem przybliżonych obliczeń naszej wyprawy kosmicznej. Jak długo będziemy latać naszym statkiem kosmicznym, zanim skończy się paliwo słoneczne? Słońcu pozostało około 4,57 miliarda lat do spalenia. W tym czasie przelecimy na Ziemi około 18 orbit wokół centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej. Odległość przebyta wokół centrum galaktyk, biorąc pod uwagę czas życia Słońca i prędkość obrotu Słońca wokół centrum galaktyki, wynosi około 220 km/s. Długość naszej wyprawy gwiezdnej będzie wynosić 3,17·10^19 km = 3,3514·10^6 lat świetlnych. Podczas naszej wyprawy kosmicznej statek kosmiczny (planeta Ziemia) dotarłby do pobliskiej galaktyki M31 (mgławicy Andromedy). My i nasza Ziemia pokonujemy codziennie 19 008 000 km. Przez całe życie podróżowaliśmy po przestrzeni kosmicznej na naszym statku zwanym Ziemią...

Dziękuję!!!

Nie będzie działać. Odległości międzygwiezdne, jakie były, będą, mimo że będziemy już w galaktyce Andromedy. Przecież niewiele zmienią w tym elemencie Galaktyki, w którym teraz żyjemy. Ale najważniejsze jest to, że za 4,5 miliarda lat, miejmy nadzieję, będziemy latać w weekendy, aby podziwiać kwazary. I w zasadzie nie będziemy już tego potrzebować

Mikołaj! Twoja odpowiedź zasadniczo pokrywa się z propozycją Folko. Siedzimy na Ziemi i podróżujemy z nią po Galaktyce. Jednak moim zdaniem ta opcja jest nieco lekkomyślna. Po pierwsze, poruszając się wraz ze Słońcem po Galaktyce, nie mamy zbyt dużych szans na zbliżenie się do innych gwiazd. Oznacza to, że nie będziemy mogli zbadać ich z bliska. Jeśli pojawi się taka szansa, będziemy mieli bardzo trudne chwile. Lepiej trzymać swój dom z dala od innych gwiazd.

W związku z tym staje się jasne, że pozostanie w domu, że tak powiem, „aby zyskać lepszą pozycję” w naszym Układzie Słonecznym, nie jest najlepszą strategią. Niewiele może się wydarzyć naszej Ziemi. Lepiej więc martwić się o znalezienie nowego miejsca do zamieszkania z wyprzedzeniem, na wszelki wypadek. Rozumiem oczywiście astronomów, że lepiej jest usiąść obok teleskopu i budować modele w oparciu o bardzo pośrednie dane. Jednak ta ścieżka, delikatnie mówiąc, nie jest zbyt pouczająca. Informacje o innych obiektach spoza Układu Słonecznego lepiej jest otrzymywać bezpośrednio na miejscu. Jestem pewien, że będziesz w stanie zobaczyć wystarczająco dużo „cudów”, których nigdy nie zobaczysz z Ziemi. Pod tym względem amerykańskie wyprawy na Księżyc są przede wszystkim podejrzane. Nie odkryli praktycznie nic nowego. To budzi moje wątpliwości.

Wiktor Michajłowicz w rzeczywistości miałem na myśli coś nieco innego. Wierzę, że najpierw trzeba się zadomowić w Układzie Słonecznym. Myślę, że równolegle ludzkość osiągnie fizyczne, a następnie techniczne pomysły, które pomogą nam zrealizować przecięcie odległości międzygwiezdnych w rozsądnych ramach czasowych. Te. Wierzę, że wszystko ma swój czas.

A jeśli chodzi o plan zapasowej palety na całe życie, są Mars i Wenus oraz satelity gigantycznych planet, odpowiedni jest również Merkury.

Sieroża! Jak na wszystko, na wszystko jest czas – nie o to tu chodzi. Dopóki nie wynajdziemy sposobu podróżowania w przestrzeni kosmicznej lub w inny sposób z prędkością bliską lub większą od prędkości światła, zamieszkujemy Układ Słoneczny najlepiej jak potrafimy. Ale gdy tylko pojawi się sposób na lot do gwiazd, przynajmniej tych najbliższych, od razu znajdą się entuzjaści, którzy to zrobią. Zatem „Czekamy, aż pierwsza gwiazda…” Mikołaj proponuje lot bezwładnościowy na samej Ziemi. Tutaj jesteśmy zgodni. Nie polecimy więc do niczego, a jeśli polecimy, to lepiej będzie, gdybyśmy nie latali.

Jeśli chodzi o Marsa, Wenus i Merkurego, nie rozumiem. Nie będziemy mogli tam żyć, nawet na Marsie. Marsa nadal musi istnieć możliwość przekształcenia się w planetę zdatną do zamieszkania. A jeśli chodzi o Wenus i Merkurego - tutaj jest naprawdę źle. Jeśli nauczymy się terroformować planety, myślę, że będziemy mogli latać do innych gwiazd. Obecnie zadania te wydają się mieć porównywalną złożoność.

Lot do jakiejś gwiazdy zajmuje 5 lat, podczas gdy na Ziemi zajmie to 50-100 lat. Czasy, kiedy ludzie, jak Bykow z eposu Strugackiego, byli gotowi na coś takiego, minęły (prawdopodobnie). Ale latać tak, aby dotrzeć na czas, ale potem wrócić do znanego świata jest łatwiej. Poza tym trzeba lecieć tam, gdzie są planety, najlepiej w strefie zielonej, a najlepiej kamienne, fajnie byłoby z atmosferą tlenową. I nie jest faktem, że w promieniu 30 szt. są takie osoby. Po prostu nie ma sensu latać tylko po to, żeby się tam dostać. Niewiele osiągniesz z tego wyników naukowych, wszystko czego tam misja dowie się o gwieździe po czasie kiedy misja tam poleci i stamtąd nadejdzie sygnał, dane te staną się nieaktualne.

Jeśli chodzi o Merkurego, można tam mieszkać w rejonach polarnych, jest tam całkiem sporo obszarów, gdzie jest woda i stosunkowo niskie temperatury. Wenus to balony lub coś podobnego. Mars - budowa miast kopułowych w strefach polarnych, czemu nie? Wierzę, że technologia budowy dużych, krytych obiektów mieszkalnych osiągnie w ciągu najbliższych 50-100 lat taki poziom, na którym będzie można sobie na to pozwolić.

Sieroża! Rozumiem, że dyskutujesz w ramach znanej dziś fizyki. Jeżeli stawiasz na SRT to będzie tak jak mówisz. Latanie przez 5 lat w twoim czasie będzie dziesiątkami i setkami lat w systemie ziemskim, w zależności od twojej bliskości do prędkości światła. Jednak SRT najprawdopodobniej nie jest teorią ogólną. Jeśli pojawią się dodatkowe wymiary, to prędkość światła będzie miała w hydrodynamice status pewnego rodzaju prędkości dźwięku. Dlatego myślę, że trzeba spojrzeć na problem szerzej, zwłaszcza że dowody na obecność dodatkowych wymiarów, choć nie uzyskane jeszcze bezpośrednio, stają się coraz ważniejszym aspektem wszelkich badań w fizyce. Musimy pracować w tym kierunku.

Jeśli uda Ci się przekroczyć próg prędkości światła, to kolejne ograniczenie prędkości może być znacznie przekroczone. Oznacza to, że do najbliższych gwiazd można dotrzeć w ciągu kilku godzin i minut. A to jest inna sytuacja. Tymczasem jesteśmy oczywiście ograniczeni w budowaniu modeli lotu do najbliższych gwiazd.

Jeśli chodzi o Merkurego, ludzkość jako całość nie będzie tam mieszkać. A wody jest mało, a przestrzeń jest bardzo ograniczona, a poza temperaturą panuje też gigantyczne promieniowanie. Można też żyć w chmurach siarki na Wenus, jeśli tylko skądś zdobędziesz wszystko, czego potrzebujesz. Ale jeśli nie ma Ziemi, nie będzie skąd jej zdobyć. Podobnie jest z Marsem. Trzy problemy wszędzie oprócz Ziemi (na razie!) - tlen, woda, promieniowanie.

Jeszcze ciekawsze jest zbudowanie statku z silnikiem na antymaterię. Ponieważ obliczone charakterystyki nie przeszkadzają w stworzeniu silnika o prędkości 70% prędkości światła, i przy tej prędkości możliwe jest praktyczne badanie paradoksów czasu i przestrzeni. Ale czy 70% wystarczy, aby ujawnić głębokie prawa fizyki?

Jeszcze ciekawsze jest zbudowanie statku z silnikiem na antymaterię.

Nawet w projekcie nie ma takiego silnika. Ale nawet gdyby był to jak to sprawdzić skoro nie ma paliwa. A spekulacje niektórych fizyków, że antymaterię można otrzymać w gramach, są tylko spekulacjami. Żaden problem nie został rozwiązany technicznie, jeśli chodzi o jego tworzenie, konserwację i użytkowanie.

Przypomnę, że znacznie prostszy problem wytwarzania energii jądrowej nadal wymaga ogromnych kosztów. Stworzono nuklearny silnik rakietowy, ale w formie stojaka i nigdy nie poleciał. Trudniejszy niż instalacje nuklearne, ale wciąż znacznie łatwiejszy, nie został rozwiązany problem zamknięcia konwencjonalnej plazmy wysokotemperaturowej niż problem zamknięcia antymaterii. Do tego dochodzi cała masa nierozwiązanych problemów związanych z poruszaniem się z prędkością bliską prędkości światła w przestrzeni wypełnionej różnymi cząsteczkami i pyłem. Zatem budowa takiego statku jest projektem beznadziejnym. Problem należy rozwiązać w radykalnie inny sposób.

Znalazłem informację, że Skołkowo przyjęło wniosek na „maszynę perpetuum mobile”. No cóż, nazwaliby to „instalacją odbierającą energię próżniową”. Ale nie – „perpetuum mobile”. http://lenta.ru/news/2012/10/22/inf/ Rzeczywiście nie wszystko, co mówią poszczególni fizycy, jest informacją opartą na podstawach naukowych.

Sam pomysł nanostatków jest ciekawy. Ale jest problem nie do pokonania z silnikami. Na przykład rakieta wystrzelona z orbity Ziemi na Marsa przy użyciu paliwa chemicznego, nawet bez ładunku, nie może być mała. Inne silniki również nie są odpowiednie. Według rozmiaru. Wszelkie znaczenie zostaje utracone. Jedynym rywalem w tym przypadku jest antymateria.

Jeśli zbudujemy łańcuch kolektorów antymaterii – jej przechowywania – statków nanokosmicznych, wówczas eksploracja bliskiej przestrzeni kosmicznej przebiegałaby w innym tempie. Ale najwyraźniej to tylko ciekawy pomysł.

Paradoksy te można badać na akceleratorach naziemnych, w tym w LHC, przy prędkościach 0,999999 prędkości światła. Ten temat dotyczy wykonalności lotów kosmicznych przy takich prędkościach. Jak już Folko powiedział, ważną kwestią będzie transfer otrzymanych informacji badawczych na Ziemię. W przypadku nanostatku wyposażonego w nanoantenę i nanoenergię transmisja radiowa nie będzie skuteczna. Innym sposobem jest wysłanie kapsuły z informacją na Ziemię z prędkością 0,7 prędkości światła, ale zajmie to jeszcze więcej czasu.

Sol pisze:

badać... przy prędkościach 0,999999 prędkości światła.

Rozsądny i optymistyczny wydaje się inny punkt widzenia:

pisze zhvictorm:

Do widzenia My nie wynaleziono sposób podróżowania w kosmosie lub jakoś inaczej z prędkością... większą niż prędkość światła. Ale jak tylko będzie na to sposób polecieć do gwiazd...

Iwan pisze:

Jeśli tylko takie prędkości są dostępne cywilizacji ziemskiej, a tym bardziej 70% prędkości światła, to tak naprawdę można mówić tylko o wykonalność lotów kosmicznych.

Tak. Dokładniej, w takiej sytuacji ogólnie niestosowne(długie dystanse). Trzeba znaleźć nowe pomysły fizyczne, wyjaśniając na głębszym poziomie strukturę czasoprzestrzeni, a co za tym idzie możliwość obejścia ograniczenia związanego z prędkością światła.

Generalnie pomysł kosmiczne nanostatki- ciekawy!

Aby zbadać i ewentualnie zaludnić przestrzeń wokół najbliższej gwiazdy, zarówno prędkość 70% prędkości światła, jak i wykorzystanie zasobu naturalnego w postaci paliwa nie zaszkodzi.

Nie zaszkodzi się wtrącić, ale gdzie je zdobyć? Nie tylko nie wiemy jeszcze, jak osiągnąć 70% prędkości światła, ale także nie wiemy, jak prowadzić aktywną nawigację w Układzie Słonecznym przy prędkościach 10-20 km/s.

To właśnie dotyczy paliwa. Antymateria to wciąż czysta fantazja, zwłaszcza koszt tej substancji wyrażony w dolarach. To, co mogą teraz zrobić, to może kilkaset atomów antyhelu i to wszystko. Co więcej, istnieją przez bardzo małe ułamki sekundy. Więc wszystko jest nadal fantazją. Myślę, że do gwiazd będziemy musieli dotrzeć zupełnie innymi drogami, o których jeszcze nic nie wiemy.

Oczywiście projekty na razie bardziej zbliżają się do poziomu nawet K.E. Ciołkowski i N.I. Kibalczicz. Nie widzę jednak zasadniczych, fundamentalnych przeszkód dla dalszej pracy w tym obszarze. Co więcej, to mówię od PODSTAWOWEGO naukowa antymateria płynnie przechodzi do STOSOWANY. A biorąc pod uwagę koszty współczesnej fizyki eksperymentalnej, tym więcej PRAKTYCZNY zastosowania antymaterii będą tym lepsze do eksploracji kosmosu. Oblicza się oczywiście liczbę 70% prędkości światła. Ale same obliczenia opierają się na aktualnym poziomie wiedzy.

Jeśli chodzi o myśli Prokofiewa E.P. wówczas jego propozycje połączenia nanotechnologii i technologii antymaterii wyglądają szczególnie interesująco i obiecująco. Stworzenie nanostatków z silnikami antymaterii. Następnie aktualna ilość antymaterii dość szybko poleci do Urana. Biorąc pod uwagę, że jest członkiem Nanospołeczeństwa, zapewne wie, o czym mówi.

Folko pisze:

Dlaczego musimy latać do gwiazd? Wydaje mi się, że o wiele ważniejsze jest zdobycie przyczółka tutaj, w „niewoli” Słońca.

To pytanie do człowieka mądrego w życiu, rozsądnego i racjonalnego. Czy uważasz, że założyciel Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego jest beznadziejnie przestarzały?

„Otworzyła się otchłań pełna gwiazd! Gwiazdy nie mają liczby, dno otchłani!” M.V. Łomonosow.

Oczywiście Moskwa oferuje poważne perspektywy, ale jest taka prowincjonalna wioska Veshkaima V Obwód Uljanowsk. W tym cudownym miejscu mieszkał marzycielski chłopiec, który zbudował własnoręcznie teleskop i z duchowym zachwytem obserwował odległe gwiazdy. Nauczyciele i rodzice próbowali zabronić nocnych obserwacji astronomicznych, koledzy z klasy nie rozumieli, ale wszyscy czuli niezwykłą determinację tego chłopca i… byli dumni, mówiąc, że obok nich mieszka taki „ekscentryk”.

Początkujący muzyk przyszedł do słynnego kompozytora ze słowami: „Chcę nauczyć się grać tak jak Ty”. Maestro jest zdziwiony: "Tak jak ja? W twoim wieku marzyłem o tworzeniu boskiej muzyki i graniu jak Bóg... a tak niewiele osiągnąłem. Co się z tobą stanie, jeśli postawisz sobie tak przyziemny cel?"

> > Ile czasu zajmie podróż do najbliższej gwiazdy?

Dowiadywać się, jak długo lecieć do najbliższej gwiazdy: najbliższa Ziemi gwiazda po Słońcu, odległość do Proxima Centauri, opis startów, nowe technologie.

Współczesna ludzkość poświęca wysiłki na badanie swojego rodzimego Układu Słonecznego. Ale czy możemy udać się na rekonesans do sąsiedniej gwiazdy? I ile Ile czasu zajmie podróż do najbliższej gwiazdy?? Można na to odpowiedzieć bardzo prosto lub zagłębić się w sferę science fiction.

Mówiąc z perspektywy dzisiejszej technologii, prawdziwe liczby odstraszą pasjonatów i marzycieli. Nie zapominajmy, że odległości w kosmosie są niesamowicie duże, a nasze zasoby wciąż ograniczone.

Najbliższą gwiazdą planety Ziemia jest . To środkowy przedstawiciel ciągu głównego. Ale wokół nas jest wielu sąsiadów, więc teraz można stworzyć całą mapę tras. Ale ile czasu zajmuje dotarcie tam?

Która gwiazda jest najbliżej

Najbliższą Ziemi gwiazdą jest Proxima Centauri, więc na razie powinieneś opierać swoje obliczenia na jej charakterystyce. Jest częścią potrójnego układu Alfa Centauri i jest oddalona od nas w odległości 4,24 lat świetlnych. Jest to izolowany czerwony karzeł znajdujący się 0,13 lat świetlnych od gwiazdy podwójnej.

Gdy tylko pojawia się temat podróży międzygwiezdnych, wszyscy od razu myślą o prędkości warp i skokach do tuneli czasoprzestrzennych. Ale wszystkie są albo nieosiągalne, albo całkowicie niemożliwe. Niestety każda misja długodystansowa zajmie więcej niż jedno pokolenie. Zacznijmy analizę od najwolniejszych metod.

Ile czasu zajmie dzisiaj podróż do najbliższej gwiazdy?

Łatwo jest dokonać obliczeń w oparciu o istniejący sprzęt i ograniczenia naszego systemu. Na przykład w misji New Horizons wykorzystano 16 silników napędzanych monopropelentem hydrazyną. Dotarcie tam zajęło 8 godzin i 35 minut. Jednak misja SMART-1 opierała się na silnikach jonowych, a dotarcie do satelity Ziemi zajęło 13 miesięcy i dwa tygodnie.

Oznacza to, że mamy kilka opcji pojazdów. Dodatkowo może służyć jako gigantyczna proca grawitacyjna. Jeśli jednak planujemy tak długą podróż, musimy sprawdzić wszystkie możliwe opcje.

Teraz mówimy nie tylko o istniejących technologiach, ale także o tych, które teoretycznie można stworzyć. Część z nich została już przetestowana na misjach, inne mają dopiero formę rysunków.

Siła jonowa

Jest to najwolniejsza metoda, ale ekonomiczna. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu silnik jonowy uznawano za fantastyczny. Ale teraz jest używany w wielu urządzeniach. Przykładowo misja SMART-1 dotarła z jej pomocą na Księżyc. W tym przypadku wykorzystano opcję z panelami fotowoltaicznymi. W ten sposób wydał zaledwie 82 kg paliwa ksenonowego. Tutaj wygrywamy wydajnością, ale zdecydowanie nie szybkością.

Po raz pierwszy silnik jonowy został użyty w Deep Space 1, lecąc do (1998). W urządzeniu zastosowano ten sam typ silnika co SMART-1, zużywając jedynie 81,5 kg paliwa. W ciągu 20 miesięcy podróży udało mu się rozpędzić do 56 000 km/h.

Typ jonowy jest uważany za znacznie bardziej ekonomiczny niż technologia rakietowa, ponieważ ciąg na jednostkę masy materiału wybuchowego jest znacznie większy. Ale aby przyspieszyć, potrzeba dużo czasu. Gdyby planowano je wykorzystać do podróży z Ziemi do Proxima Centauri, potrzeba by dużo paliwa rakietowego. Chociaż możesz przyjąć poprzednie wskaźniki jako podstawę. Jeśli więc urządzenie porusza się z prędkością 56 000 km/h, to w ciągu 2700 ludzkich pokoleń pokona odległość 4,24 roku świetlnego. Jest więc mało prawdopodobne, aby był używany w misjach załogowych.

Oczywiście jeśli zapełnisz go ogromną ilością paliwa, możesz zwiększyć prędkość. Ale czas przybycia nadal będzie wymagał standardowego ludzkiego życia.

Pomoc z grawitacji

Jest to popularna metoda, ponieważ umożliwia wykorzystanie orbity i grawitacji planet do zmiany trasy i prędkości. Często wykorzystuje się go do podróży do gazowych gigantów w celu zwiększenia prędkości. Mariner 10 spróbował tego po raz pierwszy. Opierał się na grawitacji Wenus, aby dotrzeć (luty 1974). W latach 80. Voyager 1 wykorzystał księżyce Saturna i Jowisza do przyspieszenia do 60 000 km/h i wlotu w przestrzeń międzygwiazdową.

Rekordzistą prędkości osiągniętej za pomocą grawitacji była jednak misja Helios-2, która w 1976 roku wyruszyła na badanie ośrodka międzyplanetarnego.

Ze względu na dużą ekscentryczność 190-dniowej orbity urządzenie było w stanie rozpędzić się do 240 000 km/h. W tym celu wykorzystano wyłącznie grawitację słoneczną.

Cóż, jeśli wyślemy Voyagera 1 z prędkością 60 000 km/h, będziemy musieli poczekać 76 000 lat. W przypadku Heliosa 2 zajęłoby to 19 000 lat. Jest szybszy, ale nie wystarczająco szybki.

Napęd elektromagnetyczny

Jest inny sposób - silnik rezonansowy o częstotliwości radiowej (EmDrive), zaproponowany przez Rogera Shavira w 2001 roku. Opiera się na fakcie, że elektromagnetyczne rezonatory mikrofalowe mogą przekształcać energię elektryczną w ciąg.

Chociaż konwencjonalne silniki elektromagnetyczne są zaprojektowane do przemieszczania określonego rodzaju masy, ten nie wykorzystuje masy reakcyjnej i nie wytwarza promieniowania ukierunkowanego. Ten typ spotkał się z ogromną dozą sceptycyzmu, ponieważ narusza prawo zachowania pędu: układ pędu w układzie pozostaje stały i zmienia się jedynie pod wpływem siły.

Jednak ostatnie eksperymenty powoli zdobywają zwolenników. W kwietniu 2015 roku badacze ogłosili, że pomyślnie przetestowali dysk w próżni (co oznacza, że ​​może on funkcjonować w przestrzeni kosmicznej). W lipcu zbudowali już swoją wersję silnika i odkryli zauważalny ciąg.

W 2010 roku Huang Yang rozpoczął serię artykułów. Prace końcowe zakończyła w 2012 roku, gdzie zgłosiła wyższą moc wejściową (2,5 kW) i przetestowane warunki ciągu (720 mN). W 2014 roku dodała także kilka szczegółów dotyczących wykorzystania wewnętrznych zmian temperatury, które potwierdziły funkcjonalność systemu.

Według obliczeń urządzenie z takim silnikiem może polecieć do Plutona w ciągu 18 miesięcy. To ważne wyniki, bo reprezentują 1/6 czasu spędzonego przez New Horizons. Brzmi nieźle, ale mimo to podróż do Proxima Centauri zajęłaby 13 000 lat. Co więcej, nadal nie mamy 100% pewności co do jego skuteczności, więc nie ma sensu rozpoczynać prac nad rozwojem.

Jądrowy sprzęt cieplny i elektryczny

NASA od dziesięcioleci prowadzi badania nad napędem jądrowym. Reaktory wykorzystują uran lub deuter do ogrzewania ciekłego wodoru, przekształcając go w zjonizowany wodór gazowy (plazmę). Następnie jest przesyłany przez dyszę rakiety w celu wytworzenia ciągu.

W elektrowni jądrowej znajduje się ten sam oryginalny reaktor, który przekształca ciepło i energię w energię elektryczną. W obu przypadkach rakieta w celu wytworzenia napędu wykorzystuje rozszczepienie lub syntezę jądrową.

W porównaniu z silnikami chemicznymi otrzymujemy szereg zalet. Zacznijmy od nieograniczonej gęstości energii. Ponadto gwarantowana jest wyższa przyczepność. Zmniejszyłoby to zużycie paliwa, co zmniejszyłoby masę startową i koszty misji.

Jak dotąd nie wystrzelono ani jednego nuklearnego silnika cieplnego. Ale istnieje wiele koncepcji. Obejmują one zarówno tradycyjne konstrukcje stałe, jak i te oparte na rdzeniu ciekłym lub gazowym. Pomimo tych wszystkich zalet, najbardziej złożona koncepcja pozwala uzyskać maksymalny impuls właściwy wynoszący 5000 sekund. Jeśli użyjesz takiego silnika do podróży do planety oddalonej o 55 000 000 km (pozycja „przeciwstawna”), zajmie to 90 dni.

Ale jeśli wyślemy go do Proxima Centauri, przyspieszenie do prędkości światła zajmie stulecia. Potem podróż zajmie kilka dziesięcioleci, a spowolnienie zajmie kolejne stulecia. Ogólnie rzecz biorąc, okres ten jest skrócony do tysiąca lat. Świetnie nadaje się do podróży międzyplanetarnych, ale nadal nie nadaje się do podróży międzygwiezdnych.

W teorii

Prawdopodobnie już zdałeś sobie sprawę, że nowoczesna technologia jest dość powolna w pokonywaniu tak dużych odległości. Jeśli chcemy tego dokonać w ciągu jednego pokolenia, musimy wymyślić coś przełomowego. A jeśli tunele czasoprzestrzenne nadal gromadzą kurz na stronach książek science fiction, to mamy kilka realnych pomysłów.

Ruch impulsowy jądrowy

Stanisław Ulam był zaangażowany w tę ideę już w 1946 roku. Projekt rozpoczął się w 1958 roku i trwał do 1963 roku pod nazwą Orion.

Orion planował wykorzystać moc impulsowych eksplozji nuklearnych, aby wywołać silny wstrząs o wysokim impulsie właściwym. Oznacza to, że mamy duży statek kosmiczny z ogromnym zapasem głowic termojądrowych. Podczas zrzutu wykorzystujemy falę detonacyjną na tylnej platformie („pchacz”). Po każdej eksplozji podkładka popychacza pochłania siłę i przekształca ciąg w impuls.

Oczywiście we współczesnym świecie tej metodzie brakuje wdzięku, ale gwarantuje niezbędny impuls. Według wstępnych szacunków możliwe jest w tym przypadku osiągnięcie 5% prędkości światła (5,4 x 10,7 km/h). Ale projekt ma wady. Zacznijmy od tego, że taki statek byłby bardzo drogi i ważyłby 400 000-4 000 000 ton. Co więcej, 3/4 masy stanowią bomby nuklearne (każda z nich osiąga 1 tonę metryczną).

Całkowity koszt startu wzrósłby wówczas do 367 miliardów dolarów (dziś – 2,5 biliona dolarów). Istnieje również problem promieniowania i wytwarzanych odpadów nuklearnych. Uważa się, że z tego powodu projekt został wstrzymany w 1963 roku.

Fuzja nuklearna

Stosowane są tutaj reakcje termojądrowe, dzięki którym powstaje ciąg. Energia wytwarzana jest podczas zapalania granulek deuteru/helu-3 w komorze reakcyjnej w warunkach bezwładnościowego za pomocą wiązek elektronów. Taki reaktor zdetonowałby 250 kulek na sekundę, tworząc wysokoenergetyczną plazmę.

To rozwiązanie oszczędza paliwo i zapewnia specjalny doładowanie. Osiągalna prędkość wynosi 10 600 km (znacznie szybciej niż standardowe rakiety). Ostatnio coraz więcej osób interesuje się tą technologią.

W latach 1973-1978. Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne stworzyło studium wykonalności Projektu Daedalus. Opierano się na aktualnej wiedzy na temat technologii termojądrowej i dostępności dwustopniowej bezzałogowej sondy, która mogłaby dotrzeć do gwiazdy Barnarda (5,9 lat świetlnych) w ciągu jednego życia.

Pierwszy stopień będzie działał przez 2,05 roku i rozpędzi statek do 7,1% prędkości światła. Następnie zostanie zresetowany i silnik uruchomi się, zwiększając prędkość do 12% w ciągu 1,8 roku. Następnie silnik drugiego stopnia zatrzyma się, a statek będzie podróżować przez 46 lat.

Ogólnie rzecz biorąc, statek dotrze do gwiazdy za 50 lat. Jeśli wyślesz go do Proxima Centauri, czas ten zostanie skrócony do 36 lat. Ale ta technologia również napotkała przeszkody. Zacznijmy od tego, że hel-3 będzie musiał być wydobywany na Księżycu. Reakcja napędzająca statek kosmiczny wymaga, aby uwolniona energia była większa od energii użytej do jego wystrzelenia. I chociaż testy wypadły pomyślnie, nadal nie mamy niezbędnego rodzaju energii, która mogłaby zasilić międzygwiezdny statek kosmiczny.

No cóż, nie zapominajmy o pieniądzach. Pojedynczy wystrzelenie 30-megatonowej rakiety kosztuje NASA 5 miliardów dolarów. Zatem projekt Daedalus miałby ważyć 60 000 megaton. Ponadto potrzebny będzie nowy typ reaktora termojądrowego, który również nie mieści się w budżecie.

Silnik Ramjet

Pomysł ten został zaproponowany przez Roberta Bussarda w 1960 roku. Można to uznać za ulepszoną formę syntezy jądrowej. Wykorzystuje pola magnetyczne do sprężania paliwa wodorowego do momentu aktywacji syntezy. Ale tutaj powstaje ogromny lej elektromagnetyczny, który „wyrywa” wodór z ośrodka międzygwiazdowego i wrzuca go do reaktora jako paliwo.

Statek nabierze prędkości i zmusi skompresowane pole magnetyczne do osiągnięcia procesu syntezy termojądrowej. Następnie przekieruje energię w postaci gazów spalinowych przez wtryskiwacz silnika i przyspieszy ruch. Bez użycia innego paliwa możesz osiągnąć 4% prędkości światła i podróżować w dowolne miejsce w galaktyce.

Ale ten schemat ma ogromną liczbę niedociągnięć. Natychmiast pojawia się problem oporu. Statek musi zwiększyć prędkość, aby zgromadzić paliwo. Natrafia jednak na ogromne ilości wodoru, więc może zwolnić, zwłaszcza gdy uderzy w gęste obszary. Ponadto bardzo trudno jest znaleźć deuter i tryt w kosmosie. Ale ta koncepcja jest często używana w science fiction. Najpopularniejszym przykładem jest Star Trek.

Żagiel laserowy

Aby zaoszczędzić pieniądze, od bardzo dawna do przemieszczania pojazdów po Układzie Słonecznym używa się żagli słonecznych. Są lekkie i tanie, nie wymagają paliwa. Żagiel wykorzystuje ciśnienie promieniowania gwiazd.

Aby jednak zastosować taki projekt do podróży międzygwiezdnych, należy go kontrolować za pomocą skupionych wiązek energii (laserów i mikrofal). Tylko w ten sposób można go przyspieszyć do prędkości bliskiej prędkości światła. Koncepcja ta została opracowana przez Roberta Forda w 1984 roku.

Najważniejsze jest to, że wszystkie zalety żagla słonecznego pozostają. I chociaż laser potrzebuje czasu, aby przyspieszyć, ograniczeniem jest tylko prędkość światła. Badanie z 2000 roku wykazało, że żagiel laserowy może przyspieszyć do połowy prędkości światła w mniej niż 10 lat. Jeśli rozmiar żagla wyniesie 320 km, dotrze do celu za 12 lat. A jeśli zwiększysz go do 954 km, to za 9 lat.

Jednak jego produkcja wymaga użycia zaawansowanych kompozytów, aby uniknąć stopienia. Nie zapominaj, że musi osiągać ogromne rozmiary, więc cena będzie wysoka. Ponadto będziesz musiał wydać pieniądze na stworzenie potężnego lasera, który mógłby zapewnić kontrolę przy tak dużych prędkościach. Laser zużywa stały prąd o mocy 17 000 terawatów. Więc rozumiesz, jest to ilość energii, którą cała planeta zużywa w ciągu jednego dnia.

Antymateria

Jest to materiał reprezentowany przez antycząstki, które osiągają tę samą masę co zwykłe, ale mają przeciwny ładunek. Taki mechanizm wykorzystywałby interakcję między materią i antymaterią do generowania energii i wytwarzania ciągu.

Ogólnie rzecz biorąc, taki silnik wykorzystuje cząstki wodoru i przeciwwodoru. Co więcej, w takiej reakcji uwalniana jest taka sama ilość energii, jak w bombie termojądrowej, a także fala cząstek subatomowych poruszająca się z prędkością 1/3 prędkości światła.

Zaletą tej technologii jest to, że większość masy zostaje zamieniona na energię, co wytworzy większą gęstość energii i impuls właściwy. W rezultacie otrzymamy najszybszy i najbardziej ekonomiczny statek kosmiczny. Jeśli konwencjonalna rakieta zużywa tony paliwa chemicznego, wówczas silnik z antymaterią wydaje na te same działania tylko kilka miligramów. Technologia ta świetnie sprawdziłaby się w przypadku wyprawy na Marsa, jednak nie da się jej zastosować do innej gwiazdy, gdyż ilość paliwa rośnie wykładniczo (wraz z kosztami).

Dwustopniowa rakieta na antymaterię wymagałaby 900 000 ton paliwa na 40-letni lot. Trudność polega na tym, że wydobycie 1 grama antymaterii będzie wymagało 25 milionów miliardów kilowatogodzin energii i ponad biliona dolarów. W tej chwili mamy tylko 20 nanogramów. Ale taki statek jest w stanie przyspieszyć do połowy prędkości światła i polecieć do gwiazdy Proxima Centauri w konstelacji Centaura za 8 lat. Ale waży 400 Mt i zużywa 170 ton antymaterii.

Jako rozwiązanie problemu zaproponowali opracowanie „Międzygwiezdnego systemu badawczego z próżniową rakietą antymaterialną”. Przydałoby się do tego wykorzystać duże lasery, które po wystrzeleniu w pustą przestrzeń tworzą cząstki antymaterii.

Pomysł opiera się także na wykorzystaniu paliwa z kosmosu. Ale znowu pojawia się moment wysokich kosztów. Ponadto ludzkość po prostu nie jest w stanie wytworzyć takiej ilości antymaterii. Istnieje również ryzyko promieniowania, ponieważ anihilacja materii i antymaterii może spowodować wybuchy wysokoenergetycznych promieni gamma. Konieczne będzie nie tylko zabezpieczenie załogi specjalnymi osłonami, ale także wyposażenie silników. Dlatego produkt jest gorszy pod względem praktycznym.

Bańka Alcubierre’a

W 1994 roku zaproponował to meksykański fizyk Miguel Alcubierre. Chciał stworzyć narzędzie, które nie naruszałoby szczególnej teorii względności. Sugeruje rozciągnięcie tkanki czasoprzestrzeni w formie fali. Teoretycznie spowoduje to zmniejszenie odległości przed obiektem i zwiększenie odległości za nim.

Statek złapany w falę będzie mógł poruszać się z prędkościami przekraczającymi relatywistyczne. Sam statek nie będzie poruszał się w „bańce warp”, więc zasady czasoprzestrzeni nie mają tu zastosowania.

Jeśli mówimy o prędkości, to jest ona „szybsza od światła”, ale w tym sensie, że statek dotrze do celu szybciej niż promień światła opuszczający bańkę. Z obliczeń wynika, że ​​dotrze do celu za 4 lata. Jeśli pomyślimy o tym teoretycznie, jest to najszybsza metoda.

Ale ten schemat nie uwzględnia mechaniki kwantowej i jest technicznie unieważniony przez Teorię Wszystkiego. Obliczenia ilości wymaganej energii wykazały również, że wymagana będzie niezwykle ogromna moc. Nie poruszyliśmy jeszcze kwestii bezpieczeństwa.

Jednak już w 2012 roku mówiono, że metoda ta jest testowana. Naukowcy twierdzili, że zbudowali interferometr, który może wykrywać zniekształcenia w przestrzeni. W 2013 roku Laboratorium Napędów Odrzutowych przeprowadziło eksperyment w warunkach próżniowych. Podsumowując, wyniki wydawały się niejednoznaczne. Jeśli spojrzysz głębiej, możesz zrozumieć, że ten schemat narusza jedno lub więcej podstawowych praw natury.

Co z tego wynika? Jeśli miałeś nadzieję odbyć podróż w obie strony do gwiazdy, szanse są niewiarygodnie niskie. Ale jeśli ludzkość zdecydowałaby się zbudować kosmiczną arkę i wysłać ludzi w stuletnią podróż, wszystko jest możliwe. Oczywiście to na razie tylko rozmowy. Jednak naukowcy byliby bardziej aktywni w zakresie takich technologii, gdyby naszej planecie lub systemowi zagrażało realne niebezpieczeństwo. Wtedy podróż do innej gwiazdy byłaby kwestią przetrwania.

Na razie możemy jedynie surfować i eksplorować połacie naszego rodzimego układu, mając nadzieję, że w przyszłości pojawi się nowa metoda, która umożliwi realizację tranzytów międzygwiezdnych.