In einem gewissen Punkt im Leben jeder von uns diese Frage stellte: wie lange Fliegen zu den Sternen? Kann ich dies verwirklichen Flug für ein menschliches Leben, ob solche Flüge werden zur Norm des Alltags? Auf diese schwierige Frage sehr viele Antworten, je nachdem, wer fragt. Einige sind einfach, andere komplizierter. Eine erschöpfende Antwort zu finden, es gibt so vieles zu berücksichtigen.
Leider sind keine wirklichen Beurteilungen, die helfen würden, eine solche Antwort gibt es nicht, und es ist frustrierend Futuristen und Enthusiasten interstellare Reisen. Ob es uns gefällt oder nicht, der Raum ist sehr groß (und schwer), und unsere Technologie immer noch begrenzt. Aber wenn wir jemals entscheiden, zu verlassen «heimische Nest», haben wir mehrere Möglichkeiten, um zum nächsten Sternensystem in unserer Galaxie.
Der nächste Stern zu unserer Erde ist die Sonne, Recht eine «Durchschnittliche» Star Schema «Hauptreihe» Герцшпрунга – Russell. Dies bedeutet, dass der Stern ist sehr stabil und bietet genügend Sonnenlicht, um auf unserem Planeten entwickelte sich das Leben. Wir wissen, dass um andere Sterne neben unserem Sonnensystem drehen sich und die anderen Planeten, und viele dieser Sterne sind wie unsere eigene.
Mögliche lebbare Welten im Universum
In der Zukunft, wenn die Menschheit bereit ist, das Sonnensystem verlassen, werden wir eine riesige Auswahl an Sternen, auf die wir gehen könnten, und viele von Ihnen können durchaus Positionierung von günstigen Bedingungen für das Leben. Aber wo wir hinfahren und wie lange bei uns dauert der Weg dorthin? Vergessen Sie nicht, dass dies alles nur Vermutungen, und es gibt keine Orientierungspunkte für interstellare Reisen in der heutigen Zeit. Na ja, wie gesagt, Gagarin, Los!
Zu den Sternen greifen
Wie bereits erwähnt, der nächste Stern unseres Sonnensystems ist Proxima Centauri, und deshalb hat die große Bedeutung der Planung beginnen interstellaren Mission es ist mit Ihr. Als Teil der dreifach-Sternensystem Alpha Centauri, Proxima ist 4,24 Lichtjahre (1,3 parsec) von der Erde entfernt. Alpha Centauri ist in der Tat, der hellste Stern der drei im System, Teil enge des binären Systems in 4,37 Lichtjahre von der Erde entfernt — während Proxima Centauri (die Dim sum aus drei) ist eine isolierte rote Zwerg in 0,13 Lichtjahre von dualen Systems.
Und obwohl die Gespräche über interstellare Reisen evozieren Gedanken über alle möglichen Reisen «schneller als das Licht» (FSU), ausgehend von Warp-Geschwindigkeiten und Wurmlöcher bis подпространственных Motoren, solche Theorien entweder in höchstem Maße fiktiv (wie der Motor Alcubierre), entweder gibt es nur in der Science Fiction. Jede Mission im Weltraum wird schon seit Generationen von Menschen.
Also, wenn Sie beginnen, mit einer der langsamsten Formen der Raumfahrt, wie lange es dauert, um zu erreichen Проксимы Centauri?
Moderne Methoden
Die Frage der Bewertung der Dauer der Reise im Weltraum viel einfacher, wenn darin verwickelt vorhandene Technologie und Körper in unserem Sonnensystem. Zum Beispiel, unter Verwendung der Technologie, die benutzt wird um die Mission «Neue Horizonte», 16 Motoren auf гидразиновом монотопливе, Entfernung bis zum Mond in nur 8 Stunden und 35 Minuten.
Es gibt auch die Mission von SMART-1 der europäischen Weltraumorganisation, die zum Mond bewegte sich mit Hilfe der Ionen Schub. Mit dieser revolutionären Technologie, die Option habe auch der Raumsonde Dawn zu Vesta erreichen, die Mission SMART-1 hat ein Jahr gedauert, einen Monat und zwei Wochen, um den Mond zu erreichen.
Von einer schnellen Rakete die Raumsonde bis zum sparsamen Ionen-Motor, wir haben ein paar Möglichkeiten der Bewegung im lokalen Kosmos — Plus können Sie Jupiter oder Saturn wie eine riesige Gravitations-Schleuder. Allerdings, wenn wir planen, ein wenig weiter raus, wir müssen verstärken die macht der Technologien und die Erforschung neuer Möglichkeiten.
Wenn wir über die verschiedenen Methoden zur Zahnaufhellung, sprechen wir von denen, die vorhandenen Technologien implizieren, oder über jene, die es noch nicht gibt, aber die sind technisch machbar. Einige von Ihnen, wie Sie sehen werden, der Zeit geprüft und bestätigt, während andere noch bleiben ist fraglich. Kurz gesagt, Sie sind möglich, aber sehr aufwendig nach Zeit und Finanzen Reise-Szenario auch den nächsten Stern.
Ионное Bewegung
Jetzt ist der langsamste und wirtschaftlichsten Form der Ionen-Motor ist Motor. Vor ein paar Jahrzehnten ионное Bewegung wurde als Gegenstand der Science-Fiction. Aber in den letzten Jahren Technologien zur Unterstützung Ionen-Motoren umgestellt, von der Theorie zur Praxis, und das sehr erfolgreich. Die Mission SMART-1 der europäischen Weltraumorganisation — Beispiel für eine erfolgreich durchgeführte Mission zum Mond für 13 Monate von der wirbelbewegung der Erde.
SMART-1 verwendete Ionen-Motoren, Solar-Energie, die Elektrizität wollte Sonnenkollektoren und verwendet für die Stromversorgung der Motoren Hall-Effekt. Um SMART-1 auf dem Mond, dauerte nur 82 Kilogramm Xenon Kraftstoff. 1 Kilogramm Xenon Kraftstoff bietet Delta-V von 45 m/S. Dies ist eine äußerst wirksame Form der Bewegung, aber bei weitem nicht der Schnellste.
Eine der ersten Missionen, Verwendung von Ionen-Technologie des Motors, war die Mission Deep Space 1 zum Kometen Borrelli 1998. DS1 habe auch Xenon Ion Engine und verbrachte 81,5 kg Kraftstoff. Für 20 Monate Traktion DS1 entwickelte eine Geschwindigkeit von 56 000 km/h zum Zeitpunkt der Vorbeiflug des Kometen.
Ionen-Triebwerke sparsamer als Raketen-Technologie, da Ihre Stange pro Masse Treibstoff (der spezifische Impuls) ist viel höher. Aber Ionen-Getriebe brauchen viel Zeit, um sich zu zerstreuen Raumsonde auf ansehnliche Geschwindigkeiten, und die maximale Geschwindigkeit ist abhängig von der Kraftstoff-Support und das Volumen der Stromerzeugung.
Deshalb, wenn Sie ионное Bewegung in der Mission zu Проксиме Centauri, müssen die Motoren eine leistungsstarke Energiequelle (Kernenergie) und große Mengen von Kraftstoffen (wenn auch weniger, als normale Raketen). Aber wenn man einen Anfang vom Anerkenntnis, dass 81,5 kg Xenon Kraftstoff wird in die 56 000 km/h (und keine anderen Formen der Bewegung), können die Berechnungen.
Mit einer maximalen Bildrate von 56 000 km/h Deep Space 1 wäre es 81 000 Jahren zu überwinden 4,24 Lichtjahre Jahres zwischen der Erde und Проксимой Centauri. Zur Zeit sind es ungefähr 2700 Generationen von Menschen. Sie können mit zuversicht sagen, dass ein interplanetares Ionen-Motor wird zu langsam für die bemannten interstellaren Mission.
Aber wenn die Ionen-Motoren werden grösser und mächtiger zu werden (das heißt, die Geschwindigkeit der Ionen Ergebnis deutlich höher sein wird), wenn es genug Treibstoff, das ist genug für alle 4,24 Lichtjahre Jahres, der Reise erheblich reduziert. Aber immer noch deutlich mehr der Frist des menschlichen Lebens.
Gravitations-Manöver
Der Schnellste Weg, Raumfahrt — ist die Verwendung der Schwerkraft-Manöver. Diese Methode beinhaltet die Verwendung von relativen Bewegung der Raumsonde (D. H. die Umlaufbahn) und der Schwerkraft des Planeten, um den Pfad und die Geschwindigkeit. Gravity Manöver sind äußerst nützliche Technik der Raumfahrt, insbesondere bei der Verwendung von Erde oder anderen massiven Planeten (Gasriesen wie), um zu beschleunigen.
Die Raumsonde Mariner 10 die erste nutzte diese Methode, mit Schwerkraft Schub für die Streuung der Venus in Richtung Merkur im Februar 1974. In den 1980er-Sonde «Voyager 1» nutzte Saturn und Jupiter für Gravitationsphysik Manöver und Vertreibung bis zu 60 000 km/h mit dem nachfolgenden Ausgang in den interplanetarischen Raum.
Mission Helios 2, die begann im Jahr 1976 und erkunden musste interplanetaren Mittwoch zwischen 0,3 und. H. und 1 und. E. von der Sonne, hält den Rekord der höchsten Geschwindigkeit, entwickelten mit Hilfe von Gravitations-Manöver. Zu diesem Zeitpunkt Helios 1 (im Laufenden Jahr 1974) und Helios 2 gehörte der Rekord der engsten Annäherung an die Sonne. Helios 2 startete normale Rakete abgeleitet und auf die stark längliche Umlaufbahn.
Aufgrund der großen Exzentrizität (0,54) 190-Leuchtstoff Solar Orbit, im Perihel Helios 2 erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von über 240 000 km/H. Diese Umlaufgeschwindigkeit entwickelt worden, durch die nur der Anziehungskraft der Sonne. Technisch Geschwindigkeit Perihel Helios 2 war nicht das Ergebnis von gravitativen Manöver und einer maximalen orbitalen Geschwindigkeit, aber das Gerät immer noch hält den Rekord für die Schnellste künstliche Objekt.
Wenn «Voyager-1» bewegte sich in Richtung roten Zwerg Проксимы Centauri mit einer Konstanten Geschwindigkeit von 60 000 km/h, er brauchte würde 76 000 Jahren (oder mehr als 2500 Generationen), um diese Entfernung zu überwinden. Aber wenn die Sonde entwickelt Rekord-Geschwindigkeit Helios 2 — eine Konstante Geschwindigkeit von 240 000 km/h — erforderlich wäre ihm 19 000 Jahren (600 oder mehr Generationen), zu überwinden 4,243 Lichtjahre Jahres. Wesentlich besser, obwohl in unmittelbarer Nähe nicht praktikabel.
Elektromagnetischer Motor von EM-Drive
Ein anderes der vorgeschlagenen Methode für interstellare Reisen ist ein RF-Motor mit Resonanz-Hohlraum, auch bekannt als EM Drive. Bei den vorgeschlagenen noch im Jahr 2001 Roger Шойером, einem britischen Wissenschaftler, der Sie erschuf Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) für die Umsetzung des Projekts, des Motors beruht auf der Idee, dass die elektromagnetischen Mikrowellen-Hohlraum erlauben den direkten Umwandlung von Strom in das verlangen.
Wenn herkömmliche elektromagnetische Motoren sind für den Antrieb einer bestimmten Masse (wie die ionisierten Teilchen), konkret dieses Antriebssystem ist nicht abhängig von der Reaktion der Masse und strahlt eine gerichtete Strahlung. Überhaupt, dieser Motor erfüllt mit einer guten portion Skepsis in vielerlei Hinsicht, weil er gegen das Gesetz der Erhaltung des Impulses, Wonach der Impuls des Systems konstant bleibt und es nicht zu schaffen oder zu zerstören, sondern nur verändern unter der Wirkung der Kräfte.
Allerdings sind die letzten Experimente mit dieser Technologie offensichtlich führten zu positiven Ergebnissen. Im Juli 2014, auf die 50-Jahr-Konferenz der AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference in Cleveland, Ohio, die NASA-Wissenschaftler, die sich mit erweiterten reaktiven Entwicklungen, erklärten, dass Sie haben erfolgreich eine neue Konstruktion des elektromagnetischen Motor.
Im April 2015 wird die NASA-Wissenschaftler Eagleworks (Teil des Kosmischen Zentrums zu Ihnen. Johnson) erklärten, dass Sie erfolgreich erlebt dieser Motor in einem Vakuum, das deutet auf eine mögliche Anwendung im Weltraum. Im Juli desselben Jahres eine Gruppe von Wissenschaftlern aus der Abteilung für Raumfahrtsysteme der Dresdner technischen Universität entwickelte eine eigene Version des Motors und beobachtete einen spürbaren Schub.
Im Jahr 2010 Professor Yang Zhuang von der Northwestern Polytechnischen Universität in Xi ‘ an, China, Anfang veröffentlichen eine Reihe von Artikeln über Ihre Forschung der Technologie der EM-Drive. Im Jahr 2012 berichtete Sie über High Input Power (2,5 kW) und fixierte Luftzug von 720 MN. Im Jahr 2014 hielt auch umfangreiche Tests, inklusive Messungen der internen Temperatur mit integrierten Thermoelementen, die zeigten, dass das System funktioniert.
Nach den Berechnungen auf Basis des Prototyps der NASA (die auf die Bewertung der Leistung von 0,4 N/Kilowatt), ein Raumschiff auf einem elektromagnetischen Motor verwirklichen kann die Reise zum Pluto in weniger als 18 Monaten. Das ist sechsmal weniger als brauchte die Sonde «New Horizons», der bewegt mit einer Geschwindigkeit von 58 000 km/H.
Klingt beeindruckend. Aber selbst in diesem Fall wird das Schiff auf elektromagnetischen Motoren Fliegen wird, um Проксиме Centauri 13 000 Jahren. Nah, aber immer noch nicht genug. Darüber hinaus, während in dieser Technologie nicht gesetzt werden alle Punkte über dem E, zu früh, über Ihre Verwendung.
Nukleare thermische und nukleare elektrische Bewegung
Noch eine Gelegenheit, den interstellaren Flug — nutzen-Raumsonde, ausgestattet mit Atom Motoren. Die NASA seit Jahrzehnten hat diese Optionen. In der Rakete auf den Kern der thermischen Bewegung verwendet werden könnten Uran oder дейтериевые Reaktoren zu erwärmen Wasserstoff in den Reaktor, verwandelt ihn in ein ionisiertes Gas (Plasma aus Wasserstoff), die dann an die Düse der Rakete, erzeugen Heißhunger.
Eine Rakete mit einem nuklearen elektrisch angetrieben demselben Reaktor, der Wärme und Energie in Strom um, der dann den Elektromotor speist. In beiden Fällen wird eine Rakete bauen auf die Kernfusion oder nukleare Fusion zu erzeugen Schub und nicht auf chemischer Brennstoff, auf dem sich alle modernen Weltraum-Agentur.
Im Vergleich zu chemischen Triebwerken, bei der nuklearen deutliche Vorteile. Erstens ist es nahezu unbegrenzte Energiedichte im Vergleich zu Raketen-Treibstoff. Darüber hinaus ist die Kern Motor wird auch produzieren starke Traktion im Vergleich zu dem belegten Speicherplatz Kraftstoff. Dies reduziert die erforderlichen Mengen an Brennstoff und damit Gewicht und Kosten eines bestimmten Apparates.
Obwohl die Motoren auf thermische Kernenergie bis in den Kosmos nicht verlassen, Ihre Prototypen erstellt und getestet, und wurden gebeten, Sie noch mehr.
Und dennoch, trotz der Vorteile im Kraftstoffverbrauch und einem spezifischen Impuls, das beste aus den angebotenen Konzepten der nuklearen Wärmekraftmaschine hat einen maximalen spezifischen Impuls von 5000 Sekunden (50 Kn·c/kg). Mit nuklearen Jets, die auf den Kern-Spaltung oder Synthese, die NASA-Wissenschaftler könnten liefern ein Raumschiff auf den mars in nur 90 Tagen, wenn der Rote Planet wird in 55 000 000 Kilometer von der Erde entfernt.
Aber wenn wir reden über die Reise zu Проксиме Centauri, nukleare Rakete benötigen Jahrhunderte, um zu beschleunigen, bis ein wesentlicher Anteil der Lichtgeschwindigkeit. Dann benötigen Sie ein paar Jahrzehnte Weg, und hinter Ihnen noch viele Jahrhunderte Bremsen auf dem Weg zum Ziel. Wir sind immer noch in 1000 Jahren ab dem Zielpunkt zu navigieren. Was gut für interplanetare Missionen, nicht so gut für interstellare.