Wenn die Verwendung der vorhandenen Technologien, Zeit zu versenden Wissenschaftler und Astronauten in die interstellare Mission, müssen Sie sehr, sehr viel. Die Reise wird ein quälend langsamer (auch nach kosmischen Maßstäben). Wenn wir umsetzen wollen, eine solche Reise wenigstens für ein Leben, na ja, oder für die Generation, wir brauchen eine Radikale (sprich: rein theoretische) Maßnahmen. Und wenn ein Wurmloch und подпространственные Motoren im Moment sind absolut fantastisch, vielen Jahren gab es andere Ideen, bei deren Umsetzung wir glauben.
Nukleare Kraftwerksanlage
Nukleare Kraftwerksanlage ist ein theoretisch möglicher «Motor» für die schnelle Raumfahrt. Das Konzept ursprünglich vorgeschlagen Stanislaw Ulam im Jahre 1946, Polnisch-US-amerikanischer Mathematiker, beteiligte sich an der Manhattan-Projekt, und die vorläufigen Berechnungen gemacht haben von F. reines und Ulam im Jahr 1947. Das Projekt «Orion» ins Leben gerufen wurde 1958 gegründet und existierte bis 1963.
Unter der Leitung von Ted Taylor von General Atomics und der Physiker Freeman Dyson aus dem Institut for Advanced Study in Princeton, «Orion» musste die Kraft gepulster nuklearen Explosionen, um sicherzustellen, dass die immense Traktion mit sehr hohem spezifischem Impuls.
Auf den Punkt gebracht, das Projekt «Orion» enthält eine große Raumsonde, die immer schneller durch die Unterstützung von thermonuklearen Sprengköpfen, Bomben werfen hinter sich und beschleunigt durch die Druckwelle, die zurück geht hinten gelegen «пушер», die für einen PUSH. Nach jedem Stoß macht der Explosion diesem Bereich absorbiert und umgewandelt in eine Bewegung nach vorne.
Obwohl nach modernen Maßstäben diese Konstruktion ist kaum elegant, Vorteil des Konzepts ist, dass es eine hohe spezifische Traktion — das heißt, ruft die maximale Anzahl von Energie aus der Energiequelle (in diesem Fall Atombomben) bei minimalen Kosten. Außerdem, dieses Konzept könnte theoretisch übertakten sehr hohe Geschwindigkeiten, nach einigen Schätzungen, bis zu 5% der Lichtgeschwindigkeit (5,4 x 107 km/h).
Natürlich, dieses Projekt hat die unvermeidlichen Nachteile. Einerseits Schiff dieser Größe wird es extrem teuer zu bauen. Nach Schätzungen, die machte Dyson im Jahr 1968 hat das Raumschiff «Orion» mit Wasserstoff-Bomben wog würde von 400 000 bis 4 000 000 Metrische Tonnen. Und mindestens drei Viertel dieses Gewichts wird fallen auf die Atombomben, von denen jede wiegt etwa eine Tonne.
Bescheidene Schätzungen der Dyson hat gezeigt, dass die Gesamtkosten für den Bau der «Orion» belief sich auf 367 Milliarden US-Dollar. Inflationsbereinigt, dieser Betrag gießt in 2,5 Billionen Dollar, das ist ziemlich viel. Selbst bei den bescheidensten Schätzungen, wird das Gerät sehr teuer in der Herstellung.
Es gibt noch ein kleines Problem der Strahlung, die Sie ausstrahlen, ganz zu schweigen von nuklearen Abfällen. Es wird angenommen, dass aus diesem Grund das Projekt wurde aufgegeben, im Rahmen des Vertrages über das teilweise Verbot der Tests aus dem Jahr 1963, wenn die weltweiten Regierungen nach Atomtests zu begrenzen und verhindern die übermäßige Freisetzung von radioaktiven Niederschlags in der Atmosphäre des Planeten.
Raketen zur Kernfusion
Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung der Kernenergie ist in thermonuklearen Reaktionen zu Traktion. Im Rahmen dieses Konzepts, die Energie muss erzeugt werden, während die Zündung von Pellets Mischung von Deuterium und Helium-3 in der Reaktionskammer Synchronmaschinen Abzug unter Verwendung elektronischer Strahlen (ähnlich dem, was Sie tun im Nationalen Komplex der Zündung in Kalifornien). Dies Fusionsreaktor explodiert wäre 250 Pellets pro Sekunde, wodurch ein hochenergetisches Plasma, das dann перенаправлялась würde in die Düse, wodurch die Traktion.
Wie eine Rakete, stützt sich auf die Kernreaktor, dieses Konzept besitzt Vorteile in Bezug auf Kraftstoffeffizienz und spezifischen Impuls. Nach Einschätzung der Geschwindigkeit sollte bis zu 10 600 km/h, das weit über die Grenzen der herkömmlichen Raketen. Darüber hinaus, diese Technologie aktiv untersucht in den letzten paar Jahrzehnten, und es wurde viele Vorschläge gemacht.
Zum Beispiel, zwischen 1973 und 1978 den Jahren die Britische interplanetarische Gesellschaft hat die Studie die Möglichkeiten des Projekts «Daedalus». Aufbauend auf der modernen Wissens-und Technologie Kernfusion, die Wissenschaftler riefen zum Bau der unbemannte zweistufige wissenschaftliche Sonde, der in der Lage wäre zu erreichen Barnards Stern (5,9 Licht-Jahre von der Erde) für die Dauer des menschlichen Lebens.
Die erste Stufe, die größte der beiden, arbeitete für 2,05 Jahres übertakten und das Gerät bis zu 7,1% der Lichtgeschwindigkeit. Dann diese Stufe wird verworfen, die zweite gezündet, und die Maschine beschleunigt auf 12% der Lichtgeschwindigkeit 1,8 Jahre. Dann den Motor der zweiten Stufe abgeschaltet, und das Schiff fliegt seit 46 Jahren.
Nach Schätzungen des Projekts «Daedalus», Mission dauerte 50 Jahre, um Barnards Stern erreichen. Wenn Проксиме Centauri, dasselbe Schiff bekommt für 36 Jahre. Aber natürlich, das Projekt umfasst eine Menge ungelöster Fragen, insbesondere unlösbar mit dem Gebrauch von modernen Technologien — und die meisten von Ihnen sind immer noch nicht gelöst.
Zum Beispiel, auf der Erde fast kein Helium-3, was bedeutet, es müssten an anderer Stelle (wahrscheinlich auf dem Mond). Zweitens, die Reaktion, die treibt einen Apparat, der verlangt, dass die ausgestrahlte Energie ist viel größer als die Energie, die aufgewendet Reaktionen auf den Start. Und obwohl die Experimente auf der Erde bereits übertroffen «Break-even-Punkt», sind wir noch weit von den Mengen der Energie, die in der Lage, zu nähren Interstellar Apparat.
Drittens bleibt die Frage der Kosten eines solchen Schiffes. Selbst nach den bescheidenen Standards des unbemannten Apparat des Projekts «Daedalus», ein voll ausgestattetes Gerät wiegt 60 000 Tonnen. Dass Sie verstanden haben, Bruttogewicht NASA SLS knapp über 30 Tonnen, und nur ein Start kostet 5 Milliarden US-Dollar (Schätzung 2013).
Kurz gesagt, eine Rakete auf die Kernfusion wird nicht nur viel zu teuer zu bauen, aber, und Sie müssen das Niveau der Fusionsreaktor, der viel größer ist als unsere Möglichkeiten. Icarus Interstellar, die internationale Organisation der zivilen Wissenschaftlern (von denen einige arbeiteten bei der NASA oder ESA), versucht zu animieren, das Konzept mit dem Projekt «Icarus». Die im Jahr 2009 die Gruppe hofft, damit der Verkehr auf der Synthese von (und mehr) in absehbarer Zeit möglich.
Thermonukleare ПВРД
Auch bekannt als ПВРД Буссарда, der Motor zum ersten mal bot der Physiker Robert Буссард im Jahr 1960. Im Kern ist es die Verbesserung der Standard thermonuklearen Raketen, das nutzt magnetische Felder zur Komprimierung von Wasserstoff als Kraftstoff bis zu dem Punkt Start-Synthese. Aber im Falle ПВРД, eine riesige elektromagnetische Trichter saugt Wasserstoff aus dem interstellaren Mediums und verschmilzt als Brennstoff in den Reaktor.
Da der Apparat gewinnt an Geschwindigkeit, reaktive Masse fällt in die einschließende Magnetfeld, das drückt Ihr vor dem Beginn der Kernfusion. Dann das Magnetfeld lenkt die Energie in der Düse der Rakete, beschleunigt das Schiff. Da keine Brennstofftanks es wird nicht zu verlangsamen, thermonukleare ПВРД entwickeln kann, die Geschwindigkeit von rund 4% Licht und gehen überall in der Galaxie.
Allerdings ist bei dieser Mission gibt es viele mögliche Mängel. Zum Beispiel das Problem der Reibung. Das Raumschiff setzt auf eine hohe Sammelquote Kraftstoff, aber zusammen mit der Tatsache konfrontiert werden mit vielen interstellaren Wasserstoff und Geschwindigkeit zu verlieren — vor allem in dicht besiedelten Regionen der Galaxie. Zweitens, Deuterium und Tritium (die verwendet werden, in Reaktoren auf der Erde) im Raum ein wenig, und die Synthese des gewöhnlichen Wasserstoffs, von denen viele im Raum, bis uns unempfindlich.
Im übrigen, Science Fiction verliebte sich in dieses Konzept. Das bekannteste Beispiel dafür ist wohl das Franchise «Star Trek», wo verwendet «Sammler Буссарда». In Wirklichkeit ist unser Verständnis von Synthese Reaktoren bei weitem nicht so perfekt, wie wir möchten.
Laser Segel
Solar-Segel sind seit langem als ein effektiver Weg für die Eroberung des Sonnensystems. Abgesehen davon, dass Sie relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung, haben ein großes Plus: Sie brauchen keine Kraftstoff. Anstelle der Verwendung von Raketen, die Bedürftigen in der Brennstoff, das Segel nutzt den Druck der Strahlung von Sternen, um zu übertakten SuperThin Spiegel bis zu hohen Geschwindigkeiten.
Allerdings, im Falle des interstellaren Flugs, dies Segel schieben müssen konzentriert Strahlen Energie (Laser oder Mikrowellen), um zu übertakten bis zu einer Geschwindigkeit nahe der Licht. Das Konzept zum ersten mal angeboten Stürmer Robert 1984, Physiker Labor der Hughes Aircraft.
Seine Idee bewahrt die Vorteile der Sonnensegel ist, dass nicht verlangt Kraftstoff an Bord, sondern auch in der Tatsache, dass Laser-Energie nicht zerstreut auf Abstand gehalten werden, genauso wie die Sonnenstrahlung. So, während der Laser Sail Rock einige Zeit dauern, um zu beschleunigen, bis околосветовой Geschwindigkeit, wird er später begrenzt nur durch die Geschwindigkeit des Lichtes selbst.
Laut einer Studie von Robert Frisbee im Jahr 2000, Forschungsdirektor fortschrittliche Konzepte in der motorischen Jet Propulsion Laboratory der NASA, Laser Segel разгонится bis zur Hälfte der Licht-Geschwindigkeit in weniger als zehn Jahren. Er hat auch berechnet, dass das Segel mit einem Durchmesser von 320 Kilometern erreichen konnte Проксимы Centauri seit 12 Jahren. Unterdessen Segel 965 Kilometer im Durchmesser in Position zu kommen in nur 9 Jahren.
Jedoch bauen solche Segel müssen aus fortschrittlichen Verbundwerkstoffen zu vermeiden Schmelzen. Was wird besonders schwierig, angesichts der Größe des Segels. Noch schlimmer verhält es sich mit den Kosten. Nach Meinung Frisbee, Lasern, benötigen Sie einen stetigen Strom von 17 000 Terawatt Energie — etwa so viel, die ganze Welt an einem Tag verbraucht.
Motor auf Antimaterie
Fans von Science-Fiction gut zu wissen, was ist Antimaterie. Aber wenn Sie vergessen haben, Antimaterie ist eine Substanz, bestehend aus Teilchen, die die gleiche Masse, wie normale Teilchen, aber entgegengesetzte Ladung. Motor auf Antimaterie — Motor ist ein hypothetisches, liegen in dessen Grundlage der Wechselwirkung zwischen Materie und антиматерией für die Erzeugung von Energie oder erzeugen Schub.
Kurz gesagt, den Motor auf Antimaterie verwendet miteinander kollidieren Teilchen von Wasserstoff und Antiwasserstoff. Ausgestrahlte in den Prozess der Annihilation auf das Volumen der Energie ist vergleichbar mit der Energie der Explosion thermonuklearer Bomben in Begleitung Flut von subatomaren Teilchen — pionen und Myonen. Diese Partikel, die bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit, werden an magnetische Düse und erzeugen Heißhunger.
Der Vorteil dieser Klasse von Raketen in der Tatsache, dass der grösste Teil der Masse der Mischung von Materie/Antimaterie in Energie umgewandelt werden kann, wodurch eine hohe Energie-Dichte und der spezifische Impuls, übertrifft jede andere Rakete. Darüber hinaus, ist die Reaktion der Annihilation übertakten kann die Rakete bis zur Hälfte der Lichtgeschwindigkeit.
Eine solche Klasse von Raketen wäre die Schnellste und energieeffizienteste der möglichen (oder unmöglichen, aber angeboten). Wenn normale Chemische Raketen erfordern eine Tonne Kraftstoff zu fördern, das Raumschiff zu seinem Bestimmungsort, Materie-Antimaterie-Motor wird die gleiche Art von Arbeit auf Kosten von ein paar Milligramm Kraftstoff. Die gegenseitige Vernichtung ein Pfund Teilchen von Wasserstoff und Antiwasserstoff mehr Energie freisetzt, als 10-мегатонная Wasserstoffbombe.
Genau aus diesem Grund Institut für vielversprechende Konzepte der NASA untersucht, wie diese Technologie für eine mögliche zukünftige Missionen zum mars. Leider, wenn man die Mission zu den nächsten Sonnensystemen, die Summe des erforderlichen Brennstoff wächst exponentiell, und die Kosten werden von den astronomischen (und das ist kein Wortspiel beabsichtigt).
Laut einem Bericht, den vorbereiteten 39. Konferenz der AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference und Exhibit, zweistufige Rakete auf антивеществе erfordert mehr 815 000 Metrische Tonnen Treibstoff, um bis zum Проксимы Centauri seit 40 Jahren. Es ist relativ schnell. Aber der Preis…
Obwohl ein Gramm Antimaterie erzeugt eine unglaubliche Menge an Energie, die Produktion von nur einem Gramm benötigen 25 Millionen Milliarden Kilowattstunden Energie und wird in die Billionen US-Dollar. Derzeit ist die Gesamtzahl der Antimaterie, die die Menschen nun geschaffen haben, beträgt weniger als 20 Nanogramm.
Und auch wenn wir preiswert produzieren Antimaterie, uns es dauern würde, ein massives Raumschiff, das hätte halten der erforderlichen Menge an Kraftstoff. Laut einem Bericht von Dr. Darrel Smith und Jonathan Вебби der Luftfahrt-Universität Embry-Riddle in Arizona, interstellare Schiff mit Motor auf антивеществе könnte wählen Sie die Geschwindigkeit in 0,5 Licht und erreichen Проксимы Centauri in etwas mehr als 8 Jahren. Allerdings wog das Schiff selbst würde 400 Tonnen und verlangte, würde 170 Tonnen Treibstoff aus Antimaterie.
Ein möglicher Weg, dies zu umgehen — Schiff zu erstellen, die schaffen Antimaterie mit Ihren späteren Einsatz als Kraftstoff. Dieses Konzept, bekannt als Vacuum to Antimatter-Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), angeboten wurde Richard Обаузи der Icarus Interstellar. Aufbauend auf der Idee des Recycling auf dem Gelände, das Schiff VARIES verwenden soll große Laser (запитанные riesigen Solarzellen), die ein Partikel Antimaterie bei dem Schuss in den leeren Raum.
Wie ein Fusion-Konzept mit ПВРД, dieser Vorschlag löst das Problem für den Transport von Kraftstoff durch seine Beute direkt aus dem Weltraum. Aber dann wieder, die Kosten für ein solches Fahrzeug wird extrem hoch, wenn der Bau es unseren modernen Methoden. Wir sind einfach nicht in der Lage, erzeugen Antimaterie in einem enormen Ausmaß. Und ich muss noch bei der Problembehebung mit der Strahlung, da die Annihilation von Materie und Antimaterie erzeugt Ausbrüche von hochenergetischen Gammastrahlen.
Sie sind nicht nur eine Gefahr für die Besatzung, sondern auch für den Motor, damit Sie nicht auseinanderfallen auf der subatomaren Teilchen unter dem Einfluß all dieser Strahlung. Kurz gesagt, den Motor auf антивеществе völlig unpraktisch im Hinblick auf unsere modernen Technologien.
Warp-Antrieb Alcubierre
Fans von Science-Fiction, kein Zweifel, vertraut mit dem Konzept der Warp-Antrieb (Motor oder Alcubierre). Die vorgeschlagene mexikanischen Physiker Miguel Alcubierre im Jahr 1994, diese Idee ist der Versuch, sich vorzustellen sofortige Bewegung im Raum ohne Verletzung der speziellen Relativitätstheorie Einsteins. Kurz gesagt, das Konzept beinhaltet eine Dehnung des Gewebes der Raumzeit in eine Welle, die theoretisch dazu führen, dass der Raum vor dem Objekt zusammengedrückt wird, und hinter sich — ausdehnen.
Das Objekt innerhalb dieser Welle (unser Schiff) in der Lage, fahren auf dieser Welle, indem Sie in «Warp-Blase», mit der Geschwindigkeit viel höher als die relativistische. Da das Schiff bewegt sich nicht in der Blase, und übertragen Sie Ihnen, die Gesetze der Relativitätstheorie und Raum-Zeit nicht verletzt werden. In der Tat, diese Methode beinhaltet keine Bewegung schneller als das Licht im lokalen Sinne.
«Schneller als das Licht» es nur in dem Sinne, dass das Schiff erreichen kann, schneller zum Ziel kommen Lichtstrahlen, die das Reisen außerhalb der Warp-Blase. Wenn wir davon ausgehen, dass das Raumschiff wird mit dem Alcubierre, er bekommt bis Проксимы Centauri weniger als 4 Jahre. Deshalb, wenn wir über die theoretischen interstellaren Raumfahrt, das sicherlich vielversprechendste Technologie in Bezug auf die Geschwindigkeit.
Natürlich, dieses ganze Konzept extrem umstritten. Unter den Argumenten gegen, zum Beispiel, dass Sie nicht berücksichtigt Quantenmechanik und der Theorie widerlegt werden kann nur (wie der Loop-Quantengravitation). Die Berechnungen der benötigten Menge an Energie zeigten auch, dass die Warp-Motor wird übermäßig gefräßig. Andere Ungewissheiten beinhalten die Sicherheit eines solchen Systems, werden die Effekte der Raum-Zeit am Zielort und der Verletzung der Kausalität.
Allerdings ist im Jahr 2012 Wissenschaftler der NASA Harold White behauptet, dass zusammen mit Kollegen begann die Erforschung der Möglichkeit der Schaffung des Alcubierre. White sagte, dass Sie Interferometer gebaut, die wird fangen die räumliche Verzerrung produziert Expansion und Kontraktion der Raumzeit Alcubierre-Metrik.
Im Jahr 2013 hat das Jet Propulsion Laboratory veröffentlichte Testergebnisse Warp-Felder, die durchgeführt werden, unter Vakuum. Leider fanden die Ergebnisse «nicht schlüssig». Langfristig können wir herausfinden, was Alcubierre Metrik bricht eine oder mehrere der fundamentalen Naturgesetze. Und selbst wenn es die Physik beweisen, treu zu sein, es gibt keine Garantie, dass das System Alcubierre können Sie für die Flüge.
Im Allgemeinen ist alles wie gewohnt: Sie zu früh geboren wurden, für die Reise zum nächsten Stern. Allerdings, wenn die Menschheit das Gefühl, die Notwendigkeit zu bauen «Interstellar Ark», das wird Sitz самоподдерживающееся die menschliche Gesellschaft zu erreichen Проксимы Centauri in der Lage, für hundert Jahre. Wenn wir, natürlich, wir wollen investieren in eine solche Veranstaltung.
Ueber die Zeit, alle verfügbaren Methoden scheinen äußerst begrenzt. Und wenn Sie verbringen Hunderte von tausenden von Jahren auf die Reise zum nächsten Stern kann uns wenig Wundern, wenn unser eigenes überleben auf dem Spiel steht, je nach der Entwicklung der Raumfahrttechnik, die Methoden bleiben äußerst unpraktisch. Zum Zeitpunkt, als unsere Arche bekommt, um den nächsten Stern, seine veralteten Technologie und der Menschheit selbst kann nicht existieren.
Also, wenn wir realisieren keine bedeutenden Durchbruch im Bereich der Synthese von Antimaterie oder der Lasertechnik, werden wir zufrieden sein mit dem Studium unseres eigenen Sonnensystems.
Nach den Materialien der Universe Today