Hvor lang tid til at flyve til den nærmeste stjerne? Anden del: teoretiske metoder

Варп

Hvis du bruger de eksisterende teknologier, tid til at sende forskere og astronauter i en interstellare mission, du har brug for meget, meget langt. Rejsen er smerteligt langsomt (endda med plads standarder). Hvis vi ønsker at foretage en sådan rejse, i det mindste for et liv, eller en generation, vi har brug for en mere radikal (læs: rent teoretisk) foranstaltninger. Og hvis ormehuller og delmængde motorer i øjeblikket er helt fantastisk, i mange år var der andre ideer, som vi tror på.

Atomkraftværket

Nuklear fremdrift er en teoretisk muligt “motor” for hurtig plads rejse. Begrebet blev oprindeligt foreslået af Stanislaw Ulam i 1946, den polsk-Amerikansk matematiker, der har deltaget i Manhattan-projektet, og de foreløbige beregninger blev udført af F. Reines og Ulam i 1947. Projekt “Orion” blev lanceret i 1958, og varede indtil 1963.

Under ledelse af Ted Taylor på General Atomics og fysiker Freeman Dyson fra Institute for advanced study i Princeton, Orion var meningen at bruge strøm af pulserende nukleare eksplosioner til at give en kæmpe stak med meget høj specifik impuls.

Проект Орион

I en nøddeskal, projekt Orion har et stort rumskib, som kommer til hastighed ved at støtte termonuklear sprænghoveder, smide bomber bag og accelererende gennem blast bølge, som går på, der ligger bag “pusher”, panelet for at skubbe. Efter hver skubbe kraft af den eksplosion, der er optaget af dette panel og omdannes til bevægelse fremad.

Selv efter moderne standarder dette design-næppe kaldes elegante, fordelen ved dette koncept er, at det giver høj specifik impuls — der er til at fjerne den maksimale mængde af energi i et brændsel (i dette tilfælde atombomber) med minimale omkostninger. Hertil kommer, at dette begreb kan teoretisk overclocke meget høj hastighed, der ifølge nogle skøn, op til 5% af lysets hastighed (5.4 x 107 km/h).

Af kursus, dette projekt havde uundgåelige ulemper. På den ene side, et skib af denne størrelse ville være meget dyrt at bygge. Skønnes der har gjort Dyson i 1968, rumfartøjer “Orion” på brint bomber ville vejer mellem 400 000 og 4 000 000 tons. Og mindst tre fjerdedele af denne vægt, vil komme fra atombomber, der hver vejer omkring et ton.

Проект Орион

En beskeden skøn Dyson viste, at de samlede omkostninger ved opførelsen af “Orion” ville have udgjorde 367 milliarder dollars. Justeret for inflation, at beløb, der svarer til 2,5 billioner dollars, en hel del. Selv under de mest konservative skøn, enheden vil blive meget, meget dyrt at producere.

Der er stadig et lille problem af stråling, at det vil udsende, for ikke at nævne nukleart affald. Det menes, at grunden til at projektet blev afsluttet i henhold til Traktaten om den delvise test ban af 1963, da verdens lande har søgt at begrænse atomprøvesprængninger og til at stoppe overdreven frigivelse af radioaktivt nedfald i planetens atmosfære.

Missiler på kernefusion

En anden mulighed for udnyttelse af kernekraft nuklear fusion reaktioner for at få trækkraft. Inden for rammerne af dette begreb, er den energi, der skal genereres under tænding af granulat af den blanding af deuterium og helium-3 i reaktorkammeret af en inerti fødslen ved hjælp af elektronstråler (svarende til, hvad du laver på National ignition kompleks i Californien). Sådan en fusionsreaktor blæser op ville være pellets 250 per sekund, hvilket skaber høj-energi plasma, som derefter omdirigeret i dysen, skabe fremdrift.

Дедал

Som en raket, der bygger på en atomreaktor, dette koncept har fordele fra det synspunkt af brændstof effektivitet og specifik impuls. Det er anslået, at satsen skal nå op på 10 600 km/t, som langt overstiger den hastighed, begrænsninger af konventionelle raketter. Desuden er, denne teknologi er blevet studeret intensivt i de sidste par årtier, og mange forslag blev lavet.

For eksempel, mellem 1973 og 1978, er af Britisk interplanetariske samfund gennemført en forundersøgelse af projektet “Dedal”. Baseret på moderne viden og teknologi for termonuklear fusion, forskere opfordret til at bygge en to-trins ubemandede videnskabelige sonde, der kunne nå Barnards stjerne (5,9 lysår fra Jorden) for varigheden af menneskers liv.

Den første fase, den største af de to, der ville arbejde i en periode på 2.05 år, og for at fremskynde rumfartøjer til 7,1% af lysets hastighed. Så er denne fase er kasseret, det andet er oplyst, og maskinen accelererer til 12% af lysets hastighed til 1,8 år. Så er motoren i den anden fase slukkes, og skibet flyver til 46 år.

Дедал

Overslag over projektet “Daedalus”, mission ville kræve 50 år at nå Barnards stjerne. Hvis Proxima Centauri, skibet vil ankomme i 36 år. Men, selvfølgelig, at projektet omfatter en masse uafklarede spørgsmål, især uløselige med brug af moderne teknologi — og de fleste af dem er stadig ikke løst.

For eksempel er der næsten ingen helium-3, hvilket betyder, at det bliver nødt til at få andre steder (mest sandsynligt på månen). For det andet, den reaktion, der drev den maskine, kræver, at der udledes energi, der væsentligt overstiger den energi, der er brugt til at starte reaktionen. Selv om eksperimenter her på Jorden har allerede overgået “break even”, vi er stadig langt fra den mængde energi, der kan skabe en interstellar maskine.

For det tredje, er fortsat et spørgsmål om prisen på sådan et fartøj. Selv ved beskedne standarder UAV-projektet “Daedalus”, et fuldt udstyret maskine vil veje 60.000 tons. At du forstår, bruttovægt NASA SLS lige over 30 tons, og kun et løb vil koste $ 5 milliarder (anslået 2013).

Kort sagt, den raket nuklear fusion vil ikke kun være for dyrt at bygge, men vil kræve en grad af fusionsreaktor, der langt overstiger vores evner. Icarus Interstellar, en international organisation, borger forskere (og nogle af dem har arbejdet på NASA eller ESA), forsøger at genoplive konceptet med projektet “Ikaros”. Samlet i 2009, og gruppen håber, at gøre overgangen til syntese (og mere) muligt i en overskuelig fremtid.

Fusion RAMJET

Også kendt som Bussard RAMJET motor blev første gang foreslået af fysikeren Robert Boussard i 1960. I det væsentlige, denne forbedring standard fusion raket, der anvender magnetiske felter til at komprimere brint som brændstof, til det punkt, køre syntese. Men i tilfælde af en RAMJET, en enorm elektromagnetisk hvirvel suger brint fra det interstellare medium, som er faldet ind i reaktoren som brændstof.

Буссард

Da maskinen gevinster hastighed, reaktion masse, der falder i den begrænsende magnetiske felt, der komprimerer det før fusion. Det magnetiske felt, så dirigerer energi i den raket, hurtigere skibet. Fordi der ikke er noget brændstof i tankene vil ikke bremse, en fusion RAMJET kan nå op på hastigheder på omkring 4% af lyset og gå overalt i galaksen.

Men i denne mission, der er masser af mulige ulemper. For eksempel, problemet med friktion. Rumfartøjet er baseret på en høj grad af indsamling af brændsel, men vil blive konfronteret med en lang række af interstellare brint og miste hastighed — især i tætte områder af galaksen. For det andet, deuterium og tritium (som anvendes i reaktorer på Jorden) i rummet en smule, og syntesen af almindeligt brint, der er masser af plads, mens vi ikke kan styre.

Men science fiction er elskede konceptet. Det mest berømte eksempel er, måske, den franchise “Star trek”, hvor der anvendes “samlere af Bussard”. I virkeligheden, vores forståelse af syntese reaktoren er ikke så perfekt, som vi gerne ville.

Laser-sejler

Sol sejl har længe overvejet en effektiv måde at erobre solsystemet. Ud over det faktum, at de er relativt enkle og billige at fremstille, de har et kæmpe plus til: de har ikke brug for brændstof. I stedet for at bruge raketter, der har brug for brændstof, sejlet bruger stråling pres på stjernerne til at sprede ultra-tynde spejle til høje hastigheder.

Men i tilfælde af interstellar flyvning, sejlet bliver nødt til at skubbe fokuseret energi bjælker (laser eller mikroovn) til at accelerere til hastigheder tæt på lysets. Begrebet blev første gang foreslået af Robert Fremad i 1984, fysiker laboratorium Hughes Aircraft.

Икар

Hans idé har alle fordelene af et sol-sejl, der kræver noget brændstof om Bord, samt i det faktum, at laser energi er ikke spredes i den afstand, som den solstråling. Således, selv om den laser-sejler vil tage nogle tid til at accelerere til relativistiske hastigheder, vil det så kun være begrænset af hastigheden af lyset i sig selv.

Ifølge forskning af Robert Frisbee i 2000, Direktør for forskning i avancerede fremdrift begreber på jet propulsion Laboratory af NASA, laser sejler acceleration til halvdelen af lysets hastighed på mindre end ti år. Han har også beregnet, at et sejl med en diameter på 320 kilometer kunne nå Proxima Centauri, der i 12 år. I mellemtiden, sejle 965 kilometer i diameter, vil ankomme på blot 9 år.

Dog, til at bygge sådan et sejl, har fra avancerede kompositmaterialer for at undgå at smelte. Der vil være særligt svært på grund af størrelsen af sejlene. Endnu værre er tilfældet med omkostninger. I henhold til Frisbee, lasere får brug for en lind strøm af 17 000 terawatt energi — om så meget hele verden bruger på et døgn.

Motoren på antistof

Science fiction-fans ved, hvad antistof. Men hvis du glemmer, antistof er et stof, der består af partikler, der har samme masse som almindelige partikler, men modsat ladning. Antistof-motor er en hypotetisk-motor, som er baseret på samspillet mellem stof og antistof til at generere strøm eller producere stak.

Антиматерия

Kort sagt, motoren bruger antistof kolliderer med hinanden partikler af hydrogen og antihydrogen. Der udsendes i den tilintetgørelse, proces, energi, er sammenlignelige i volumen med energi af eksplosion af en termonuklear bombe, ledsaget af en strøm af subatomare partikler — pioner og muons. Disse partikler, som bevæger sig med en hastighed, en tredjedel af lysets hastighed omstilles i en magnetisk dyse og producere stak.

Den fordel, denne klasse af missiler, der mest af vægten af den blanding af stof/antistof kan omdannes til energi, der sikrer en høj energitæthed og specifikke impuls, bedre end nogen anden raket. Desuden udslettelse reaktion kan fremskynde håndværk til halvdelen af lysets hastighed.

Denne klasse af raketter vil være den hurtigste og mest energieffektive mulig (eller umulig, men foreslog). Hvis konventionelle kemiske raketter kræver tons brændstof for at flytte rumfartøj til sin destination, motoren på antistof vil gøre det samme job på bekostning af et par milligram af brændstof. Gensidig ødelæggelse pund af partikler af hydrogen og antihydrogen frigiver mere energi end en 10-megaton brint bombe.

Af denne grund, Institute for advanced begreber NASA er ved at undersøge denne teknologi som muligt for fremtidige missioner til Mars. Desværre, hvis vi betragter missioner til de nærliggende stjernesystemer, mængden af brændstof, der kræves vokser eksponentielt, og de omkostninger, der er blevet astronomiske (og ingen ordspil bestemt).

Аннигиляция

Ifølge rapporten, som er udarbejdet for den 39-konferencen AIAA/ASME/SAE/ASER Fælles Fremdrift Konference og Udstilling, to-trins raket, om antistof vil kræve mere end 815 000 tons brændstof for at komme til Proxima Centauri, der i 40 år. Det er relativt hurtigt. Men prisen…

Selv om et gram antistof producerer en utrolig mængde energi, produktion af kun ét gram ville kræve 25 millioner milliarder kilowatt-timer energi, og vil resultere i en billion dollars. På nuværende tidspunkt er den samlede mængde antistof, som blev skabt af mennesker, er mindre end 20 nanogrammov.

Og selv hvis vi billigt kunne producere antistof, ville vi brug for en massiv skib, som kunne holde den nødvendige mængde af brændstof. Ifølge rapporten, Dr. Darrel Smith og Jonathan ironisk gestus, bortset fra Luftfart Universitet, Embry-riddle i Arizona, rumskib, med motoren på antistof kunne få fart på 0,5 og lys til at nå Proxima Centauri i lidt over 8 år. Men skibet selv ville veje 400 tons, og ville kræve 170 tons brændstof fra antistof.

En mulig måde at omgå dette på er at oprette et skib, der kan skabe antistof med den efterfølgende anvendelse som brændstof. Dette begreb, der er kendt som Vakuum til Antistof Raket Interstellare Explorer System (VARIERER), der blev foreslået af Richard Obousy fra Icarus Interstellare. Baseret på ideen om genbrug på plads, skibet VARIERER skal bruge store lasere (drives af enorme solpaneler), at partikler af antistof, når fyret på en tom plads.

Антиматерия

Godt koncept med den fusion RAMJET, forslag løser problemet, der transporterer brændstof på bekostning af udtræk fra rummet. Men igen, omkostningerne af dette køretøj vil være meget høj, hvis du bygger det med vores moderne metoder. Vi er ikke i stand til at skabe antistof i stor skala. Og stadig nødt til at løse problemet med den stråling, fordi den udslettelse af stof og antistof giver glimt af høj-energi-og gamma-stråler.

De ikke kun udgør en fare for besætningen, men også for motoren til at holde dem fra at falde fra hinanden på den subatomare partikler, der er under indflydelse af denne stråling. Kort sagt, motoren på antistof helt upraktisk på grund af vores moderne teknologi.

Warp drive Warp

Science fiction-fans uden tvivl er bekendt med konceptet af et warp (eller Warp-motor). Foreslået af Mexicanske fysiker Miguel Warp i 1994, denne idé var et forsøg på at forestille sig en øjeblikkelig bevægelse i rummet uden at overtræde den specielle relativitetsteori. Kort, dette koncept indebærer, at strække stoffet af rum-tid i en bølge, som teoretisk vil føre til, at den plads foran objektet vil blive komprimeret, og bag det — at udvide.

Formålet i denne bølge (skibet) vil være i stand til at gå på denne bølge, at være i “warp-boble” ved en hastighed langt højere, end den relativistiske. Da skibet ikke bevæger sig i blæren, og er overdraget til dem, de love, relativitetsteori og rum-tiden ikke vil blive krænket. I virkeligheden er denne metode ikke indebærer bevægelse hurtigere end lysets hastighed i en lokal mening.

NASA

“Hurtigere end lyset” det er kun i den forstand, at skibet kan nå destinationen hurtigere end en stråle af lys, der rejser uden warp-boble. Hvis vi antager, at rumfartøjet vil være udstyret med et system af Warp, vil det nå Proxima Centauri i mindre end 4 år. Derfor, hvis vi taler om teoretiske interstellar rumfart, dette er absolut den mest lovende teknologi i form af hastighed.

Selvfølgelig, hele konceptet er yderst kontroversiel. Blandt argumenterne imod, for eksempel, at den ikke tager hensyn til kvantemekanik og kan blive tilbagevist af teorien om alting (som loop kvantegravitation). Beregninger af den nødvendige mængde energi, der også viste, at de warp-motor vil blive en alt for grådig. Andre usikkerheder, der omfatter sikkerhed af sådanne systemer, virkningerne af rum-tid på destinationen, og at overtrædelser af kausalitet.

Men i 2012, NASA videnskabsmand Harold white udtalt, at der sammen med sine kolleger begyndte at undersøge muligheden for et Warp motor. Hvid sagde, at de byggede et interferometer, der vil afsløre den rumlige forvridninger, der produceres af udvidelse og sammentrækning af rumtiden af Warp variabel.

I 2013, jet propulsion Laboratory offentliggjort resultaterne af test af warp felter, der blev gennemført i vakuum. Desværre, de resultater, der blev anset for “usikkert”. I det lange løb kan vi konstatere, at den Warp metrisk overtræder en eller flere grundlæggende lovmæssigheder. Og selv om hans fysik er korrekt, er der ingen garanti for, at Warp system, der kan bruges til at flyve.

Generelt, alle som sædvanlig: du var født for tidligt at rejse til den nærmeste stjerne. Men hvis menneskeheden føler behov for at opbygge en “interstellar ark”, som vil rumme en selvbærende det menneskelige samfund, for at komme til Proxima Centauri, der vil være i stand til et hundrede år. Hvis vi vil helt sikkert ønsker at investere i sådan en begivenhed.

Som for tiden, alle tilgængelige metoder synes at være meget begrænset. Og hvis du bruger hundreder af tusinder af år at rejse til den nærmeste stjerne, kan være af ringe interesse for os, når vores egen overlevelse, der er på spil, som udviklingen af plads teknologier og metoder, der vil være ekstremt upraktisk. Ved den tid, vores arken vil nå den nærmeste stjerne, dens teknologi vil blive forældede, og menneskeheden kan i sig selv ikke eksisterer.

Så hvis vi ikke gennemføre et større gennembrud inden for fusion, antistof, eller laser teknologi, vil vi nøjes med at studere vores eget solsystem.

Ifølge materialer Universet i Dag


Date:

by