Om du använder befintlig teknik, tid att skicka forskare och astronauter i ett interstellärt uppdrag, du kommer att behöva mycket, mycket. Resan är smärtsamt långsam (även av utrymme standarder). Om vi vill göra en sådan resa, åtminstone för ett liv, eller en generation, vi behöver en mer radikal (läs: rent teoretiskt) åtgärder. Och om maskhål och underrum motorer just nu är helt fantastiskt, för många år fanns det andra idéer som vi tror på.
Kärnkraftverk
Atomdrift är en teoretiskt möjligt “motor” för snabba resor i rymden. Begreppet var ursprungligen föreslogs av Stanislaw Ulam 1946, den polsk-Amerikansk matematiker som deltog i manhattanprojektet, och preliminära beräkningar har gjorts av F. Reines och Ulam 1947. Projektet “Orion” lanserades 1958 och varade fram till 1963.
Under ledning av Ted Taylor på General Atomics och fysikern Freeman Dyson av Institute for advanced study i Princeton, Orion var tänkt att använda pulsad nukleära explosioner för att ge en enorm dragkraft med mycket hög specifik impuls.
I ett nötskal, projekt Orion har ett stort rymdskepp som av hastighet genom att stödja termonukleära stridsspetsar, kasta bomber bakom och påskynda genom tryckvåg, som går på ligger bak “pusher”, panelen för tryck. Efter varje push kraft av explosionen absorberas av denna panel och omvandlas till rörelse framåt.
Även med modern standard denna design knappast kallas elegant, fördelen med detta koncept är att det ger hög specifik impuls — det vill säga ta bort den maximala mängd energi från en energikälla (i detta fall atombomber) och till lägsta kostnad. Utöver detta koncept kan teoretiskt överklocka mycket hög hastighet, enligt vissa beräkningar upp till 5% av ljusets hastighet (5.4 x 107 km/h).
Naturligtvis, det här projektet hade oundvikliga nackdelar. Å ena sidan, ett fartyg av denna storlek skulle vara extremt dyrt att bygga. Uppskattningsvis har gjort Dyson 1968, rymdfarkoster “Orion” på vätebomber skulle väga från 400 000 till 4 000 000 ton. Och minst tre fjärdedelar av denna vikt kommer att komma från atombomber, som var och en väger omkring ett ton.
En blygsam uppskattning Dyson visade att den totala kostnaden för byggandet av “Orion” som skulle ha uppgått till 367 miljarder dollar. Justerat för inflationen, det belopp som leder till 2.5 biljoner dollar, en hel del. Även under de mest konservativa uppskattningar, enheten kommer att vara oerhört dyra att producera.
Det är fortfarande ett litet problem av strålning det kommer att avge, för att inte tala kärnavfall. Man tror att av denna anledning projektet avslutades enligt Fördraget om partial test ban 1963, när världens regeringar har försökt begränsa kärnvapenprov och för att stoppa alltför stora utsläpp av radioaktiva nedfallet i planetens atmosfär.
Missiler på fusionsenergi
En annan möjlighet för användning av kärnenergi är nukleära fusionsreaktioner att få dragkraft. Inom ramen för detta begrepp, den energi som måste genereras under tändningen av granulat av den blandning av deuterium och helium-3 i en reaktionskammare av en tröghetsinneslutning med elektronstrålar (som liknar vad du gör på den Nationella tändning komplex i Kalifornien). En sådan fusionsreaktor blåser upp skulle vara 250 pellets per sekund, att skapa hög-energi plasma, som sedan omdirigeras i munstycket, skapa dragkraft.
Som en raket, som bygger på en kärnreaktor, detta begrepp har fördelar ur synvinkel av bränsleeffektivitet och specifik impuls. Det uppskattas att andelen ska uppgå till 10 600 km/h, vilket är långt över hastighetsgränserna av konventionella raketer. Dessutom är denna teknik har studerats intensivt under de senaste decennierna, och många förslag.
Till exempel, mellan 1973 och 1978 av den Brittiska interplanetariska sällskapet genomfört en förstudie av projektet “Dedal”. Baserat på modern kunskap och teknik av termonukleär fusion, forskare kallas för att bygga en två-stegs obemannade vetenskapliga sond som kunde nå barnards stjärna (5,9 ljusår från Jorden) för varaktigheten av det mänskliga livet.
Den första etappen, den största av de två, skulle fungera i en period av 2.05 år och för att driva rymdskepp till 7,1% av ljusets hastighet. Sedan detta skede är kasserade, den andra är tänd, och maskinen accelererar till 12% ljusets hastighet för 1.8 år. Då motorn i den andra etappen stängs av, och fartyget flugor för 46 år.
Uppskattningar av projektet “Daedalus”, uppdraget skulle kräva 50 år för att nå barnards stjärna. Om Proxima Centauri, fartyget kommer att anlända i 36 år. Men naturligtvis ingår det i projektet att en hel del av utestående frågor, i synnerhet olösbara med användning av modern teknik — och de flesta av dem är fortfarande inte löst.
Till exempel, det finns nästan inga helium-3, vilket innebär att det kommer att få på annat håll (mest troligt på månen). För det andra, den reaktion som driver maskinen, kräver att avges energi betydligt överskrider den energi som förbrukas för att starta reaktionen. Även om experiment på Jorden har redan överträffat “break even”, vi är fortfarande långt från den mängd energi som kan driva en interstellära maskinen.
För det tredje, frågan är kostnaden för ett sådant fartyg. Även en blygsam standarder UAV-projektet “Daedalus”, ett fullt utrustat maskinen kommer att väga 60.000 ton. Som du förstår, den bruttovikt som NASA SLS strax över 30 ton, och endast en körning kommer att kosta 5 miljarder dollar (uppskattning 2013).
Kort sagt, raket nuclear fusion kommer inte bara vara för dyrt att bygga, men kommer att kräva en nivå av fusionsreaktor, långt över vår förmåga. Ikaros Interstellära, en internationell organisation som medborgare forskare (varav en arbetade på NASA eller ESA), är att försöka återuppliva idén med projektet “Icarus”. Monteras under 2009, gruppen hoppas att övergå till syntes (och mer) som möjligt inom en överskådlig framtid.
Fusion RAMMOTORER
Även känd som Bussard RAMMOTORER motor som först föreslogs av fysikern Robert Boussard 1960. I huvudsak är denna förbättring standard fusion raket, som använder magnetiska fält för att komprimera väte bränsle till den punkt av loppet syntes. Men i fallet av en RAMMOTORER, en stor elektromagnetisk vortex suger vätgas från den interstellära mediet, som föll i reaktorn som bränsle.
Eftersom maskinen av snabbhet, reaktion massa faller i den begränsande magnetiska fält som komprimerar det före fusion. Det magnetiska fältet sedan leder energi i rocket nozzle, snabbare fartyg. Eftersom inget bränsle tankar inte kommer att sakta ner, en fusion RAMMOTORER kan nå en hastighet av ca 4% av ljuset och gå var som helst i galaxen.
Men i detta uppdrag finns det massor av eventuella nackdelar. Till exempel problemet med friktion. Rymdfarkosten bygger på en hög grad av insamling av bränsle, men kommer att ställas inför ett stort antal interstellära väte och tappa fart, särskilt i områden med tät galaxy. För det andra, deuterium och tritium (som används i reaktorerna på Jorden) på plats lite, och syntesen av vanligt väte, vilket är en hel del utrymme, medan vi inte kan kontrollera.
Men science fiction har älskat konceptet. Det mest kända exemplet är kanske den serien “Star trek” – där används “samlare av Bussard”. I verkligheten, vår förståelse av den sammanfattande reaktorn är inte så perfekt som vi skulle vilja.
Segla Laser
Sol segel har länge anses vara ett effektivt sätt för att erövra solsystemet. Förutom det faktum att de är relativt enkla och billiga att tillverka, de har ett stort plus: att de inte behöver bränsle. Istället för att använda raketer som behöver bränsle, seglet använder strålning trycket av stjärnorna för att skingra ultra-tunn speglar till höga hastigheter.
Dock, i fall av interstellära flyg, seglet kommer att ha för att driva fokuserad energi strålar (laser eller mikrovågsugn) för att accelerera till hastigheter nära ljusets. Begreppet lanserades av Robert Framåt i 1984, fysiker laboratorium Hughes Aircraft.
Hans idé har alla fördelar av en sol segel som kräver inget bränsle Ombord, liksom i det faktum att laser energi är inte upplöses i det avstånd som den solstrålning. Trots att segla laser kommer att ta lite tid att accelerera till relativistiska hastigheter, det blir då endast begränsad av ljusets hastighet själv.
Enligt forskning av Robert Frisbee i 2000, Chef för forskning av avancerade framdrivning begrepp vid jet propulsion Laboratory av NASA, laser segla acceleration till hälften ljus hastighet på mindre än tio år. Han beräknade också att ett segel med en diameter på 320 kilometer kunde nå Proxima Centauri i 12 år. Under tiden, segla 965 kilometer i diameter kommer fram på bara 9 år.
Men att bygga upp ett sådant segel har från avancerade kompositmaterial för att undvika att smälta. Det kommer vara särskilt svårt med tanke på storleken på segel. Ännu värre är fallet med kostnader. Enligt Frisbee, lasrar kommer att behöva en stadig ström av 17 000 terawatt av energi — om så mycket hela världen förbrukar på en dag.
Motorn på antimateria
Science fiction-fans vet vad som antimateria. Men om du glömmer, antimateria är ett ämne som består av partiklar som har samma massa som vanliga partiklar, men motsatt laddning. Antimateria motorn är en hypotetisk-motorn, som är baserad på interaktionen mellan materia och antimateria för att generera ström, eller för att ge dragkraft.
Kort sagt, motorn använder antimateria kolliderar med varandra partiklar av väte och antihydrogen. Släpps ut i förintelse process energi är jämförbara i volym till energi på explosionen av en termonukleär bomb tillsammans med ett flöde av subatomära partiklar — pions och myoner. Dessa partiklar, som rör sig med en hastighet en tredjedel av ljusets hastighet är avledas i ett magnetiskt munstycke och producera dragkraft.
Fördelen med denna typ av missiler som de flesta av vikt för den blandning av materia/antimateria kan omvandlas till energi som garanterar hög energi densitet och specifik impuls, överlägsen alla andra raket. Dessutom förintelse reaktion kan accelerera farkosten till halva ljushastigheten.
Denna klass av raketer kommer att vara den snabbaste och mest energieffektiva som möjligt (eller omöjligt, men rekommenderas). Om konventionella kemiska raketer kräver ton bränsle för att flytta rymdskepp till sin destination, motorn på antimateria kommer att göra samma jobb på bekostnad av några milligram av bränsle. Ömsesidig förstörelse kilo partiklar av väte och antihydrogen frigör mer energi än en 10-megaton vätebomb.
Av denna anledning, Institutet för avancerade koncept NASA är att utforska denna teknik som möjligt för framtida uppdrag till Mars. Tyvärr, om vi anser uppdrag till närliggande stjärnsystem, den mängden bränsle som krävs växer exponentiellt, och kostnaderna bli astronomiska (och no pun intended).
Enligt rapporten, som utarbetats för den 39: e konferens AIAA/ASME/SAE/ASE Gemensamma Framdrivning Konferens och Utställning, två-stegs raket på antimateria kommer att kräva mer än 815 000 ton bränsle för att få till Proxima Centauri i 40 år. Det är relativt snabb. Men priset…
Även om ett gram av antimateria producerar en otrolig mängd energi, produktion av endast ett gram skulle kräva 25 miljoner miljarder kilowattimmar energi och kommer att resultera i en biljon dollar. För närvarande är den totala mängden av antimateria, som var skapade av människor, är mindre än 20 nanogrammov.
Och även om vi kunde billigt producera antimateria, vi skulle behöva en massiv fartyg som skulle kunna hålla den nödvändiga mängden av bränsle. Enligt rapporten, Dr Darrell Smith och Jonathan ironiska gester bortsett från flyg Universitet, Embry-riddle i Arizona, starship med motorn på antimateria skulle kunna få fart på 0,5 och lätta att nå Proxima Centauri i lite över 8 år. Men fartyget skulle väga 400 ton, och skulle kräva 170 ton bränsle från antimateria.
En möjlig väg runt detta är att skapa ett fartyg som kan skapa antimateria med dess senare användning som bränsle. Detta koncept, som kallas Vakuum för att Antimateria Raket Interstellära Explorer System (VARIERAR), föreslogs av Richard Obousy från Icarus Interstellära. Idén bygger på återvinning på plats, ship VARIERAR måste använda stora lasrar (drivs av enorma solpaneler), skapar partiklar av antimateria när det eldas i den tomma rymden.
Gillar konceptet med fusion RAMMOTORER, det förslag som löser problemet med att bära bränsle på bekostnad av dess utvinning från rymden. Men återigen, kostnaden för detta fordon kommer att vara mycket hög, om du inte bygga det av våra moderna metoder. Vi kan inte skapa antimateria i stor skala. Och fortfarande behöver för att lösa problemet med strålning, eftersom den annihilation av materia och antimateria producerar blinkar högenergetiska gammastrålning.
De inte bara utgör en fara för besättningen, men också för motorn att hålla dem från att falla isär på den subatomära partiklar under inflytande av denna strålning. Kort sagt, motorn på antimateria helt opraktiskt med tanke på vår moderna teknik.
Warp drive Alcubierre
Science fiction-fans utan tvekan är bekant med konceptet av en varp (eller Alcubierre motor). Som föreslagits av Mexikanska fysikern Miguel Alcubierre i 1994, denna idé var ett försök att föreställa dig en omedelbar rörelse i rymden utan att bryta mot den speciella relativitetsteorin. Kortfattat, detta begrepp innebär sträcker tyget av tid och rum i en våg, som teoretiskt kommer att leda till att utrymmet framför objektet kommer att komprimeras, och bakom det — att expandera.
Objektet inom denna våg (vårt fartyg) kommer att kunna gå på denna våg, som i “warp bubbla” med en hastighet som är mycket högre än den relativistiska. Eftersom fartyget inte är i rörelse i urinblåsan, och överförs till dem, relativitet och utrymme-tid inte kommer att kränkas. I själva verket är denna metod inte innebär rörelse snabbare än ljusets hastighet i en lokal känsla.
“Snabbare än ljuset” det är bara i den meningen att fartyget kan nå målet snabbare än en stråle av ljus som färdas utanför warp bubbla. Om vi antar att rymdfarkosten kommer att vara utrustat med ett system av Alcubierre, kommer det att nå Proxima Centauri på mindre än 4 år. Därför, om vi talar om teoretisk interstellära rymden, detta är definitivt den mest lovande tekniken i form av hastighet.
Naturligtvis, hela detta koncept är mycket kontroversiellt. Bland argumenten mot, till exempel, att det inte tar hänsyn till kvantmekanik och kan bli motbevisade av theory of everything (som loop quantum gravity). Beräkningar av den nödvändiga mängden av energi visade också att varpen motorn kommer att vara alltför glupsk. Andra osäkerhetsfaktorer inkluderar säkerheten av dessa system, effekterna av rymd-tiden på resmålet och kränkningar av kausalitet.
Men i 2012, NASA forskaren Harold white förklarade att tillsammans med sina kollegor började undersöka möjligheten av en Alcubierre motor. White sa att de byggde en interferometer som kommer att upptäcka den rumsliga snedvridning som produceras av expansion och kontraktion av rumtiden av de Alcubierre mått.
I 2013, jet propulsion Laboratory publicerade resultaten av tester av varpen fält som genomfördes i vakuum. Tyvärr, var resultaten anses vara “osäkert”. I det långa loppet kan vi finna att de Alcubierre metriska bryter mot en eller flera grundläggande naturlagarna. Och även om hans fysik är korrekt, det finns ingen garanti för att de Alcubierre system kan användas för att flyga.
I Allmänhet, allt som vanligt: du föddes för tidigt för att resa till den närmaste stjärnan. Men om mänskligheten känner behov av att bygga en “interstellar ark”, som kommer att rymma en självgående det mänskliga samhället, för att komma till Proxima Centauri kommer att kunna för en hundra år. Om vi kommer säkert att vilja investera i en sådan händelse.
Som för tid, alla tillgängliga metoder verkar vara mycket begränsat. Och om du spenderar hundratals, tusentals år för att resa till den närmaste stjärnan kan vara av föga intresse för oss, när vår egen överlevnad som står på spel, som det utrymme för utveckling av teknik och metoder kommer att vara mycket opraktiskt. Av den tid vår ark kommer att nå den närmaste stjärnan, dess teknik kommer att bli föråldrade, och mänskligheten i sig kanske inte finns.
Så om vi inte genomföra ett stort genombrott när det gäller fusion, antimateria, eller laser-teknik, vi kommer att nöja sig med att studera vårt eget solsystem.
Enligt material Universum Idag