- 2. del -
Vsak od nas si je v nekem trenutku svojega življenja zastavil to vprašanje: kako dolgo leteti do zvezd? Ali je takšen let mogoče izvesti v enem človeškem življenju, ali lahko takšni leti postanejo normala vsakdanjega življenja? Na to težko vprašanje je veliko odgovorov, odvisno od tega, kdo jih postavlja. Nekateri so preprosti, drugi težji. Da bi našli dokončen odgovor, je treba upoštevati preveč stvari.
Na žalost ni nobenih resničnih ocen, ki bi pomagale najti takšen odgovor, kar bi razburilo futuriste in medzvezdne ljubitelje potovanj. Ali nam je všeč ali ne, prostora je zelo veliko (in zapleteno), naša tehnologija pa je še vedno omejena. Toda če se kdaj odločimo zapustiti svoje "domače gnezdo", bomo imeli več načinov, kako priti do najbližjega zvezdnega sistema v naši galaksiji.
Najbližja zvezda naši Zemlji je Sonce, precej "povprečna" zvezda po shemi "glavnega zaporedja" Hertzsprung-Russell. To pomeni, da je zvezda zelo stabilna in zagotavlja dovolj sončne svetlobe za življenje, da se lahko razvije na našem planetu. Vemo, da se drugi planeti vrtijo okoli zvezd v bližini našega osončja in mnogi od teh zvezd so podobni našemu.
Možni bivalni svetovi v vesolju
Če bo človeštvo v prihodnosti želelo zapustiti sončni sistem, bomo imeli ogromno zvezd, do katerih bi lahko šli, in mnoge od njih bodo morda imele ugodne pogoje za življenje. Toda kam gremo in koliko časa nam bo potrebno, da pridemo tja? Upoštevajte, da so to vse špekulacije in trenutno ni mejnikov za medzvezdna potovanja. No, kot je dejal Gagarin, pojdimo! Promotivni video:
Dosezite zvezdo
Kot smo že omenili, je najbližja zvezda našega sončnega sistema Proxima Centauri, zato je veliko smisla začeti z njo načrtovati medzvezdarsko misijo. Del trojnega zvezdnega sistema Alpha Centauri, Proxima je 4,24 svetlobnih let (1,3 parsec) od Zemlje. Alfa Centauri je pravzaprav najsvetlejša zvezda treh v sistemu, del tesnega binarnega sistema, 4,37 svetlobnih let od Zemlje - medtem ko je Proxima Centauri (najhitrejša od treh) izoliran rdeči pritlikavec v dolžini 0,13 svetlobnih let. iz dvojnega sistema.
In čeprav pogovori o medzvezdnih potovanjih kažejo na vse vrste hitrejših potovanj, ki so hitrejše od lahkega (od FAS), od hitrosti osnove in vdolbinic do podprostorskih motorjev, so takšne teorije bodisi zelo izmišljene (kot Alcubierrejev motor) ali pa obstajajo le v znanstveni fantastiki. … Vsaka misija v globok vesolje se bo raztezala na generacije ljudi.
Torej, začenši z eno najpočasnejših oblik potovanja v vesolje, koliko časa traja, da pridemo do Proxime Centauri?
Sodobne metode
Vprašanje ocene trajanja potovanja v vesolju je veliko lažje, če vanj sodelujejo obstoječe tehnologije in telesa v našem osončju. Na primer s tehnologijo, ki jo uporablja misija New Horizons, 16 hidrazinskih mono-gorivnih motorjev, lahko na Luno pridete v samo 8 urah in 35 minutah.
Obstaja tudi misija SMART-1 Evropske vesoljske agencije, ki se je z jonskim potiskom poganjala proti Luni. S to revolucionarno tehnologijo, katere različica je vesoljska sonda Dawn uporabljala tudi za Veso, je SMART-1 potreboval leto, mesec in dva tedna, da je prišel na Luno.
Od hitrega raketnega vesoljskega plovila do varčnega ionskega pogona, imamo na voljo nekaj možnosti za obisk lokalnega vesolja - poleg tega bi lahko Jupiter ali Saturn uporabili kot velikanski gravitacijski pramen. Kljub temu bomo morali, če se bomo še malo podaljšali, še povečati moč tehnologije in raziskati nove možnosti.
Ko govorimo o možnih metodah, govorimo o tistih, ki vključujejo obstoječe tehnologije, ali tistih, ki še ne obstajajo, vendar so tehnično izvedljive. Nekateri od njih so, kot boste videli, časovno preizkušeni in potrjeni, drugi pa so še vedno v vprašanju. Skratka, predstavljajo možen, a zelo zamuden in drag scenarij potovanja celo do najbližje zvezde.
Jonsko gibanje
Trenutno je najpočasnejša in najbolj varčna oblika motorja ionski motor. Pred nekaj desetletji je ionski pogon veljal za predmet znanstvene fantastike. Toda v zadnjih letih so tehnologije za podporo ionskega pogona prešle od teorije do prakse in z velikim uspehom. Misija evropske misije SMART-1 je primer uspešne misije na Luno v 13 mesecih spiralnega gibanja z Zemlje.
SMART-1 uporablja sončne ionske potisnike, pri katerih je električna energija zbirala sončne panele in se uporabljala za napajanje potisnih mehanizmov Hall. Potrebno je bilo le 82 kilogramov ksenonskega goriva, da je SMART-1 prišel na Luno. 1 kilogram ksenonskega goriva zagotavlja delta-V 45 m / s. To je izjemno učinkovita oblika gibanja, vendar še zdaleč ne najhitrejša.
Med prvimi misijami, ki so uporabljale ionsko pogonsko tehnologijo, je bila leta 1998 misija Deep Space 1 v Comet Borrelli. DS1 je uporabljal tudi ksenonski ionski motor in porabil 81,5 kg goriva. V času 20-mesečnega potiska je DS1 v času prehoda kometa razvil hitrost 56.000 km / h.
Ionski motorji so bolj varčni od raketnih tehnologij, saj je njihov potisk na enoto mase raketnega goriva (specifični impulz) veliko večji. Toda ionski potiski trajajo veliko časa, da pospešijo vesoljsko plovilo do pomembnih hitrosti, najvišja hitrost pa je odvisna od podpore goriva in proizvodnje energije.
Če se torej ionski pogon uporablja v misiji v Proximi Centauri, morajo imeti motorji močan vir energije (jedrska energija) in velike rezerve goriva (čeprav manj kot običajne rakete). Če pa izhajate iz predpostavke, da 81,5 kg ksenonskega goriva prevede 56.000 km / h (in drugih oblik gibanja ne bo), lahko naredite izračune.
Z največjo hitrostjo 56.000 km / h bi Deep Space 1 potreboval 81.000 let, da bi med Zemljo in Proximo Centauri prepotoval 4,24 svetlobna leta. V času je to približno 2700 generacij ljudi. Varno je reči, da bo medplanetarni ionski pogon prepočasen za medsebojno misijo s posadko.
Če pa so ionski potisniki večji in zmogljivejši (torej bo hitrost izstopa ionov bistveno višja), če bo raketnega goriva dovolj, kar je dovolj za celotna 4,24 svetlobna leta, se bo čas potovanja znatno zmanjšal. A vseeno bo veliko dlje kot obdobje človeškega življenja.
Gravitacijski manever
Najhitrejši način potovanja v vesolju je uporaba gravitacijske pomoči. Ta metoda vključuje vesoljsko plovilo, ki uporablja relativno gibanje (tj. Orbito) in gravitacijo planeta, da spremeni svojo pot in hitrost. Gravitacijski manevri so izjemno uporabna tehnika za vesoljske polete, zlasti pri uporabi Zemlje ali drugega masivnega planeta (na primer plinskega velikana) za pospeševanje.
Vesoljsko plovilo Mariner 10 je to metodo prvič uporabilo z gravitacijskim potegom Venere, da je februarja 1974 pospešil proti Merkuru. V 80. letih prejšnjega stoletja je sonda Voyager 1 uporabljala Saturn in Jupiter za gravitacijske manevre in pospeške do 60.000 km / h, čemur je sledil izhod v medzvezdni prostor.
Misija Helios 2, ki se je začela leta 1976 in naj bi raziskovala medplanetarno okolje med 0,3 AU. e. in 1 a. To pomeni, da ima Sonce rekord najvišje hitrosti, razvite z gravitacijskim manevrom. Takrat sta Helios 1 (lansirana leta 1974) in Helios 2 držala rekord po najbližjem približevanju Soncu. Helios 2 je izstrelil običajna raketa in postavljen v močno podolgovato orbito.
Zaradi velike ekscentričnosti (0,54) 190-dnevne sončne orbite je perihelion Helios 2 uspel doseči največjo hitrost več kot 240.000 km / h. To orbitalno hitrost je razvila samo gravitacijska privlačnost Sonca. Tehnično gledano perihelijska hitrost Heliosa 2 ni bila posledica gravitacijskega manevra, temveč največje orbitalne hitrosti, a naprava še vedno drži rekord za najhitrejši umetni predmet.
Če bi se Voyager 1 premikal proti rdečemu pritlikavcu Proxima Centauri s konstantno hitrostjo 60.000 km / h, bi potreboval 76.000 let (ali več kot 2500 generacij), da bi to razdaljo pretekel. A če bi sonda dosegla rekordno hitrost Heliosa 2 - konstantno hitrost 240.000 km / h -, bi potrebovalo 19.000 let (ali več kot 600 generacij), da bi prevozili 4.243 svetlobnih let. Veliko bolje, čeprav niti približno praktično.
Elektromagnetni motor EM Pogon
Druga predlagana metoda medzvezdnega potovanja je resonančni votlinski radiofrekvenčni motor, znan tudi kot EM Drive. Leta 2001 ga je predlagal Roger Scheuer, britanski znanstvenik, ki je za projekt ustvaril Satellite Propulsion Research Ltd (SPR), motor temelji na ideji, da lahko elektromagnetne mikrovalovne votline neposredno pretvorijo električno energijo v potisk.
Medtem ko so tradicionalni elektromagnetni motorji zasnovani za pogon določene mase (na primer ioniziranih delcev), ta poseben pogonski sistem ni odvisen od reakcije mase in ne oddaja usmerjenega sevanja. Na splošno so ta motor pozdravili s precej mero skepse, predvsem zato, ker krši zakon o ohranitvi zagona, po katerem zagon sistema ostane stalen in ga ni mogoče ustvariti ali uničiti, ampak se le spreminja pod dejstvom sile.
Kljub temu so nedavni poskusi s to tehnologijo očitno privedli do pozitivnih rezultatov. Na juliju 2014 so na 50. skupni pogonski konferenci AIAA / ASME / SAE / ASEE v Clevelandu v Ohiu napredni znanstveniki za NASA razglasili, da so uspešno preizkusili novo zasnovo elektromagnetnih motorjev.
Aprila 2015 so znanstveniki iz Nasine Eagleworks (del vesoljskega centra Johnson) povedali, da so motor uspešno preizkusili v vakuumu, kar lahko kaže na morebitno uporabo v vesolju. Julija istega leta je skupina znanstvenikov iz oddelka za vesoljske sisteme z Dresdenske tehnološke univerze razvila svojo različico motorja in opazila oprijemljiv potisk.
Leta 2010 je profesor Zhuang Yang z univerze Northwestern Polytechnic v mestu Xi'an na Kitajskem začel objavljati vrsto člankov o svojih raziskavah na tehnologiji EM Drive. Leta 2012 je poročala o visoki vhodni moči (2,5 kW) in stalnem potisku 720 mn. Leta 2014 je opravila tudi obsežne teste, vključno z notranjimi meritvami temperature z vgrajenimi termoelementi, ki so pokazali, da sistem deluje.
Po izračunih, ki temeljijo na prototipu NASA (ki mu je bila dana moč 0,4 N / kilovat), lahko vesoljsko plovilo z elektromagnetnim pogonom odpotuje na Pluton v manj kot 18 mesecih. To je šestkrat manj od tistega, kar je zahtevala sonda New Horizons, ki se je gibala s hitrostjo 58.000 km / h.
Sliši se impresivno. Toda tudi v tem primeru bo ladja na elektromagnetnih motorjih letela do Proxime Centauri 13.000 let. Zapri, a vseeno premalo. Poleg tega, dokler niso v tej tehnologiji vse pike, je o njeni uporabi še prezgodaj govoriti.
Jedrski toplotni in jedrski električni pogon
Druga možnost medzvezdnega leta je uporaba vesoljskega plovila, opremljenega z jedrskimi motorji. NASA je takšne možnosti preučevala desetletja. Jedrska toplotna pogonska raketa bi lahko uporabila uranove ali devterijske reaktorje za segrevanje vodika v reaktorju in ga pretvorila v ionizirani plin (vodikovo plazmo), ki bi ga nato usmerili v šobo rakete in ustvarili potisk.
Raketa z jedrskim pogonom vključuje enak reaktor, ki pretvori toploto in energijo v elektriko, ki nato napaja elektromotor. V obeh primerih se bo raketa za ustvarjanje potiska zanašala na jedrsko fuzijo ali jedrsko cepitev, ne pa na kemično gorivo, s katerim delujejo vse sodobne vesoljske agencije.
V primerjavi s kemičnimi motorji imajo jedrski motorji nesporne prednosti. Prvič, to je praktično neomejena gostota energije v primerjavi z raketnim gorivom. Poleg tega bo jedrski motor ustvaril tudi več potiska kot porabljena količina goriva. To bo zmanjšalo potrebno količino goriva in hkrati težo in stroške določene naprave.
Čeprav motorji s toplotno jedrsko energijo še niso vstopili v vesolje, so bili njihovi prototipi ustvarjeni in preizkušeni, predlagani pa so še več.
Kljub prednostim pri ekonomičnosti porabe goriva in specifičnem impulzu ima najboljši izmed predlaganih konceptov jedrskih toplotnih motorjev največji specifični impulz 5000 sekund (50 kNs / kg). Z uporabo jedrskih motorjev, ki jih poganja cepitev ali fuzija, so lahko NASA-in znanstveniki na Mars pripeljali vesoljsko plovilo v samo 90 dneh, če je Rdeči planet oddaljen 55.000.000 kilometrov od Zemlje.
Ko pa gre za potovanje do Proxime Centauri, bo jedrska raketa potrebovala stoletja, da bi pospešila do pomembnega dela svetlobne hitrosti. Potem bo trajalo več desetletij poti in po njih še več stoletij zaviranja na poti do cilja. Od našega cilja je še 1000 let. Kaj je dobro za medplanetarne misije, ni tako dobro za medzvezdne misije.
- 2. del -