På et tidspunkt i livet hver enkelt af os stillet dette spørgsmål: hvor lang tid at flyve til stjernerne? Kan jeg få et fly i et menneskes levetid, vil sådanne flyvninger blevet normen i hverdagen? På dette komplekse spørgsmål, mange svar, alt efter hvem du spørger. Nogle er enkle, andre mere kompliceret. At finde en samlet besvarelse, for mange ting der skal tages højde for.
Desværre, der er ingen reelle skøn, som ville hjælpe med at finde dette svar, eksisterer ikke, og det er frustrerende, fremtidsforskere og entusiaster af interstellare rejser. Uanset om vi kan lide det eller ej, den plads der er meget stor (og komplekse), og vores teknologi er stadig begrænset. Men hvis vi nogensinde beslutter at forlade den “indfødte reden”, vil vi have flere måder at komme til den nærmeste stjerne-systemer i vores galakse.
Den nærmeste stjerne til Jorden er Solen, helt “gennemsnitlige” star på “main-sekvens” af Hertzsprung – Russell. Det betyder, at stjernen er meget stabil og giver nok sollys til vores planet udviklet liv. Vi ved, at omkring stjerner, der er i nærheden af vores solsystem og andre planeter, der kredser, og mange af disse stjerner, der ligner vores egen.
Det er muligt beboelige verdener i Universet
I fremtiden, hvis menneskeheden ønsker at forlade solsystemet, vil vi have et stort udvalg af stjerner, som vi kunne gå, og mange af dem kan have gunstige levevilkår. Men hvor skal vi gå, og hvor meget tid, vi vil tage den vej der? Glem ikke, at alt dette er blot spekulationer, og der er ingen referencepunkter for interstellar rejse nu. Nå, som sagt Gagarin, go!
Ræk ud efter stjernerne
Som allerede nævnt, er den nærmeste stjerne, vores Sol system er Proxima Centauri, og derfor giver det god mening at begynde at planlægge for en interstellare mission med hende. At være en del af et tredobbelt stjernesystem, alpha Centauri, Proxima er en 4.24 lysår (1.3 parsec fra Jorden. Alpha Centauri er, i virkeligheden, den klareste stjerne af tre i det system, en del af et tæt dobbeltstjernesystem i at 4.37 lysår fra Jorden, der henviser til, at alpha Centauri (den mest kedelige af de tre) er en isoleret rød dværg, der i en 0.13 lysår fra det binære system.
Og selv om samtaler om interstellare rejser vækker tanker om alle former for rejser “hurtigere end lyset” (SVB), startende fra warp-hastighed for at ormehuller og delmængde motorer, sådan teori eller meget er fiktive (ligesom motoren Warp), eller eksisterer kun i science fiction. Enhver mission i dybe rum, vil vare i generationer.
Så hvis du starter med en af de laveste former af plads rejse, hvor lang tid vil det tage at komme til Proxima Centauri?
Moderne metoder
Spørgsmålet om varighed af forskydning i rummet er meget nemmere, hvis det der er involveret eksisterende teknologier og objekter i vores solsystem. For eksempel, bruge teknologi til at støtte mission “New horizons”, 16 motorer, hydrazin drevet monotopia, kan du komme til månen på bare 8 timer og 35 minutter.
Der er også mission SMART-1 den Europæiske rumorganisation, der flyttede til månen ved hjælp af ion-stak. Med denne revolutionerende teknologi, som også anvendes rumsonde Dawn at nå Vesta, mission SMART-1 har taget et år, en måned og to uger til at komme til månen.
Fra hurtig raket og rumskib til den økonomisk-ion-motor, har vi et par muligheder for transport rundt i det lokale rum — plus du kan bruge Jupiter eller Saturn som en gravitationel slingshot er enorm. Men, hvis vi planlægger at komme ud lidt længere, er vi nødt til at øge den magt, teknologier og udforske nye muligheder.
Når vi taler om metoder, som vi taler om dem, der involverer eksisterende teknologier, eller dem, der endnu ikke eksisterer, men som det er teknisk muligt. Nogle af dem, som du vil se, tid-testet og bevist, mens andre forbliver i spørgsmålet. Kort sagt, de repræsenterer en mulig, men meget tidskrævende og Finansiering scenarie rejser selv til den nærmeste stjerne.
Ion bevægelse
Nu er den langsomste og mest økonomiske form af motoren er den ion-motor. For et par årtier siden, ion-bevægelse blev betragtet som science fiction. Men i de seneste år teknologi støtte ion-motorer er flyttet fra teori til praksis, og med stor succes. Missionen SMART-1 European space Agency ‘ s vellykkede mission til månen inden for 13 måneder af spiralbevægelse fra Jorden.
SMART-1, der anvendes ion-motorer til sol-energi, hvor elektricitet var om solpaneler og bruges til at forsyne Hall-effekt. At levere SMART-1 til månen, det tog kun 82 kg xenon brændstof. 1 kg xenon brændstof giver Delta-V på 45 m/s. Det er en meget effektiv form for bevægelse, men ikke den hurtigste.
En af de første missioner til at bruge ion-motor teknologi var Deep Space 1-mission til comet Borrelli i 1998. DS1 også brugt en xenon-ion-motor og brugt 81,5 kg brændstof. For 20 måneder, DS1 har udviklet en trækkraft, hastighed af de 56.000 km/t ved passage af kometen.
Ion-motorer er mere økonomisk end raket teknologi som deres stak per masseenhed af drivmiddel (specifik impuls) er langt højere. Men-ion-motorer, der har brug for en masse af tid til at accelerere rumfartøj til betydelige hastigheder, og den maksimale hastighed afhænger af brændstof støtte, og den elektriske effekt.
Så, hvis du bruger ion bevægelse i den mission at Proxima Centauri, motorer nødt til at have en stærk kilde af energi (kernekraft) og store reserver af brændstof (selv om den er mindre end normal missiler). Men hvis du starter fra den antagelse, at for at 81.5 kg xenon-brændstof, der er oversat til 56 000 km/h, og der vil ikke være nogen andre former for bevægelse), kan estimeres.
Med en maksimal hastighed på 56 000 km/h i Dybe Rum, ville 1 000 81 år at overvinde en 4.24 lysår mellem Jorden og alpha Centauri. Tid er i størrelsesordenen 2700 generationer af mennesker. Vi kan trygt sige, at interplanetariske ion motor vil være for langsom til bemandede interstellare mission.
Men hvis ion-motorer vil blive større og mere magtfulde end (som er den hastighed af Udvandring af ioner vil være meget højere), hvis der er nok raket brændstof til at vare hele 4,24 lys, år, time travel vil være væsentligt reduceret. Men vil stadig være betydeligt længere menneskers liv.
Gravity-assist-manøvre
Den hurtigste metode til at rumfart er brugen af tyngdekraften manøvrere. Denne metode omfatter brug af rumfartøjer relativ bevægelse (dvs bane) og planeternes tyngdekraft til at ændre stien og hastighed. Tyngdekraften manøvrer er meget nyttig teknik plads flyvning, især når du bruger Jord eller andre tunge planeter (som gas giganter) til at accelerere.
Den rumsonden Mariner 10 var de første til at anvende denne metode, ved hjælp af tyngdepåvirkningen fra Venus til at sprede sig i retning af kviksølv i februar 1974. I 1980’erne sonden “Voyager-1” anvendes Saturn og Jupiter til gravitationel manøvrer, og acceleration til 60 000 km/h med efterfølgende frigivelse i det interstellare rum.
Mission Helios 2, som begyndte i 1976, og var at undersøge den interplanetariske medium mellem 0,3 a. E. 1. der er fra Solen, har rekorden højeste hastighed, som er udviklet gennem en gravitationel manøvrere. På det tidspunkt, Helios 1 (lanceret i 1974) og Helios 2 har holdt rekorden den nærmeste tilgang til Solen. Helios 2 blev lanceret på en almindelig raket og lanceret på en meget langstrakt bane.
På grund af den store excentricitet (0,54) 190-dages sol bane, ved perihelium Helios 2 var i stand til at nå en tophastighed på 240,000 km/h. Dette orbital hastighed blev udviklet på grund af den kun gravitationel tiltrækning af Solen. Teknisk set er den hastighed ved perihelium Helios 2 ikke var resultatet af en gravitationel manøvrere, og den maksimale orbital hastighed, men enheden stadig har rekorden for at være den hurtigste kunstige objekt.
Hvis “Voyager-1” bevæger sig i retning af det røde dværg Proxima Centauri med en konstant hastighed på 60 000 km/t, han ville have krævet 76 000 år (eller 2500 generationer) at overvinde denne afstand. Men hvis sonden har udviklet en rekord-hastighed på Helios 2 — konstant hastighed 240,000 km/t — det ville tage ham 19 000 år (eller over 600 generationer) at overvinde 4,243 lysår. Markant bedre, selv om de ikke engang tæt på praktiske.
Elektromagnetisk motor EM
En anden foreslået metode til interstellare rejser er RF-motor med en resonant hulrum, også kendt som EM-Drev. Jeg foreslog tilbage i 2001, Roger Scheuer, af den Britiske forskere, der har skabt den Satellit Fremdrift Research Ltd (SPR) til gennemførelse af projektet, motoren er baseret på den idé, at elektromagnetiske mikrobølgeovn hulrum, der direkte kan konvertere el til fremdrift.
Hvis traditionelle elektromagnetisk motorer er designet til at fremdrive en given masse (som ioniserede partikler), specielt denne fremdrivningssystem, afhænger ikke af et reaktionsprodukt og ikke udleder retningsbestemt stråling. I Almindelighed, er denne motor mødt med stor skepsis, hovedsagelig fordi det overtræder loven om bevarelse af impuls, ifølge hvilken dynamik i systemet er konstant, og kan ikke skabes eller destrueres, men kun ændre sig under påvirkning af kræfter.
Men de seneste forsøg med denne teknologi har tilsyneladende ført til positive resultater. I juli 2014, på 50-konference AIAA/ASME/SAE/ASER Fælles Fremdrift Konference i Cleveland, Ohio, NASA forskere, der arbejder med avanceret raket udvikling, sagde, at det havde med succes testet en ny konstruktion af en elektromagnetisk motor.
I April 2015 forskere ved NASA Eagleworks (en del af Space center. Johnson) erklærede, at det var succesfuldt testet med denne motor i et vakuum, som kan indikere et muligt brug i rummet. I juli samme år, en gruppe af forskere fra Institut for rum-systemer Dresden University of technology har udviklet sin egen version af motoren og så håndgribelige trækkraft.
I 2010, Professor Chuang Yang fra northwestern Polytechnic University i Xian, Kina, begyndte at udgive en serie af artikler om deres forskning teknologier EM-Drev. I 2012 er det annonceret højt input power (2.5 kW) og fast i en stak af 720 mn. I 2014 har hun også udført omfattende tests, herunder målinger af interne temperaturer, med indbygget termoelementer viste, at systemet virker.
Ifølge beregninger baseret på NASA prototype (som blev givet effekt på 0,4 N/kW), rumfartøjer om elektromagnetisk motor kan rejse til Pluto i mindre end 18 måneder. Det er seks gange mindre end det tog at sonden “New horizons”, som blev bevæger sig med en hastighed af 58,000 km/h.
Lyder imponerende. Men selv i dette tilfælde, skibets elektromagnetisk motorer vil flyve til Proxima Centauri 13 000 år. Tæt på, men stadig ikke nok. Hertil kommer, at mens denne teknologi vil ikke placeret alle punkter over e, alt for tidligt at tale om dens brug.
Kernekraft og nuklear termisk el-bevægelse
En anden mulighed for at foretage interstellare fly — brug et rumfartøj, der er udstyret med nukleare motorer. NASA for årtier har studeret sådanne muligheder. I den raket i en nuklear termisk bevægelse kunne anvendes eller deuterium uranium reaktorer til opvarmning af brint i en reaktor, dreje det i ioniseret gas (plasma af hydrogen (brint), som så vil være på vej til den raket, der skaber fremdrift.
Raket med en nuklear elektriske drev indeholder den samme reaktor, der omdanner varme og energi til elektricitet, som derefter fører motoren. I begge tilfælde missil ville stole på, at nuklear fusion eller fission til at skabe fremdrift, i stedet for kemisk brændstof, der har alle de moderne space Agency.
Sammenlignet med kemisk motorer, nuklear har indlysende fordele. For det første er stort set ubegrænset energi-tæthed end raket brændstof. Hertil kommer, at den nukleare motor vil også producere en kraftfuld trækkraft i forhold til den brugte mængde brændstof. Dette vil reducere mængden af brændstof, der kræves, således vægt og omkostninger af et bestemt apparat.
Selv om motorer termisk nuclear energy, mens på plads var, deres prototyper blev skabt og afprøvet, og tilbød dem mere.
Og alligevel, på trods af de fordele i brændstoføkonomi og specifikke impuls, den bedste af de foreslåede koncepter, nuklear termisk motor har en maksimal specifik impuls på 5000 sekunder (50 kN·s/kg). Ved hjælp af nukleare motorer, nuklear fission og fusion, forskere ved NASA kunne bringe de rumfartøjer til Mars på bare 90 dage, hvis den Røde planet vil være 55 000 000 km fra Jorden.
Men hvis vi taler om rejsen til Proxima Centauri, den nukleare raket vil tage lang tid at accelerere til en betydelig brøkdel af lysets hastighed. Så vil du brug for et par årtier vejen, og bag dem mange århundreder af bremser på vej til målet. Vi er stadig 1000 år væk fra din destination. Godt for interplanetariske missioner, ikke så godt for interstellar.