- 2. dio -
U nekom trenutku svog života, svatko od nas postavio je ovo pitanje: koliko dugo letjeti do zvijezda? Je li moguće izvesti takav let u jednom ljudskom životu, mogu li takvi letovi postati norma svakodnevnog života? Na ovo teško pitanje postoji mnogo odgovora, ovisno o tome tko ih postavlja. Neki su jednostavni, drugi su teži. Da biste pronašli konačan odgovor, previše je stvari koje treba uzeti u obzir.
Nažalost, ne postoje stvarne procjene koje bi pomogle pronaći takav odgovor, a to frustrira futuriste i međuzvjezdane ljubitelje putovanja. Sviđalo nam se to ili ne, prostor je vrlo velik (i složen), a naša tehnologija je i dalje ograničena. Ali ako se ikad odlučimo napustiti svoje „kućno gnijezdo“, imat ćemo nekoliko načina da dođemo do najbližeg zvjezdanog sustava u našoj galaksiji.
Najbliža zvijezda našoj Zemlji je Sunce, prilično "prosječna" zvijezda prema shemi "glavnog niza" Hertzsprung-Russell. To znači da je zvijezda vrlo stabilna i pruža dovoljno sunčeve svjetlosti za život na našem planetu. Znamo da se druge planete vrte oko zvijezda u blizini našeg Sunčevog sustava, a mnoge od tih zvijezda slične su našoj.
Mogući nastanjeni svjetovi u Svemiru
U budućnosti, ako čovječanstvo želi napustiti Sunčev sustav, imat ćemo ogroman izbor zvijezda do kojih bismo mogli ići, a mnoge od njih možda će imati povoljne uvjete za život. Ali kamo idemo i koliko će nam trebati da stignemo tamo? Imajte na umu da su ovo sve špekulacije i da trenutno nema orijentacija za međuzvjezdana putovanja. Pa, kao što je Gagarin rekao, idemo! Promotivni video:
Dohvati zvijezdu
Kao što je već napomenuto, najbliža zvijezda našem Sunčevom sustavu je Proxima Centauri, i stoga ima puno smisla započeti planiranje međuzvjezdane misije s njom. Dio sustava trostrukih zvijezda Alpha Centauri, Proxima je na Zemlji 4,24 svjetlosne godine (1,3 parsecsa). Alpha Centauri je, u stvari, najsjajnija zvijezda ove trojice u sustavu, dio bliskog binarnog sustava koji se nalazi 4,37 svjetlosnih godina od Zemlje - dok je Proxima Centauri (najslađa od tri) izolirani crveni patuljak udaljen 0,13 svjetlosne godine. iz dualnog sustava.
I dok razgovori o međuzvezdnim putovanjima sugeriraju sve vrste putovanja bržih od svjetlosti (FAS), od brzine osnove i crvotočine do potporodskih motora, takve su teorije ili izrazito izmišljene (poput Alcubierreovog motora) ili postoje samo u znanstvenoj fantastici. … Svaka misija u dubokom svemiru prostirat će se na generacije ljudi.
Dakle, počevši od jednog od najsporijih oblika svemirskih putovanja, koliko treba vremena da se dođe do Proxima Centauri?
Suvremene metode
Pitanje procjene trajanja putovanja u svemiru puno je lakše ako se u njega uključe postojeće tehnologije i tijela u našem Sunčevom sustavu. Na primjer, koristeći tehnologiju koju koristi misija New Horizons, 16 hidrazinskih mono-goriva, na Mjesec možete stići za samo 8 sati i 35 minuta.
Tu je i misija Europske svemirske agencije SMART-1, koja je bila gurnuta prema Mjesecu pomoću ionskog potiska. Ovom revolucionarnom tehnologijom, kojom se svemirska sonda Dawn koristila i za Vestu, misiji SMART-1 trebalo je godinu, mjesec i dva tjedna da dosegnu Mjesec.
Od brzog raketnog svemirskog broda do ekonomičnog ionskog pogona, imamo nekoliko mogućnosti za obilazak lokalnog prostora - plus što biste mogli koristiti Jupiter ili Saturn kao ogromnu gravitacijsku praćku. Ipak, ako se planiramo još malo pomaknuti, morat ćemo izgraditi snagu tehnologije i istražiti nove mogućnosti.
Kada govorimo o mogućim metodama, govorimo o onima koji uključuju postojeće tehnologije ili onima koji još ne postoje, ali koji su tehnički izvedivi. Neki su, kao što ćete vidjeti, vremenski testirani i potvrđeni, dok su drugi još uvijek u pitanju. Ukratko, oni predstavljaju mogući, ali dugotrajan i skup scenarij putovanja čak i do najbliže zvijezde.
Jonsko kretanje
Trenutno, najsporiji i najekonomičniji oblik motora je ionski motor. Prije nekoliko desetljeća ionski se pogon smatrao predmetom znanstvene fantastike. No, posljednjih godina tehnologije za ionski pogon podržane su od teorije do prakse i to s velikim uspjehom. Misija SMART-1 Europske svemirske agencije primjer je uspješne misije na Mjesec u 13 mjeseci spiralnog kretanja sa Zemlje.
SMART-1 koristi solarne ionske potisnike, u kojima se električna energija prikupljala solarnim pločama i koristila za napajanje potisnika Hallove efekte. Bilo je potrebno samo 82 kilograma ksenonskog goriva da bi SMART-1 stigao na Mjesec. 1 kilogram ksenonskog goriva daje delta-V od 45 m / s. Ovo je izuzetno učinkovit oblik pokreta, ali daleko od najbržeg.
Jedna od prvih misija koja je koristila ionsku pogonsku tehnologiju bila je misija Deep Space 1 u Comet Borrelli 1998. godine. DS1 je također koristio ksenonski ionski motor i potrošio je 81,5 kg goriva. Za 20 mjeseci potiska, DS1 je razvio brzinu od 56 000 km / h u vrijeme prolaska komete.
Ionski motori ekonomičniji su od raketnih tehnologija jer je njihov potisak po jedinici mase raketnog goriva (specifični impuls) mnogo veći. Ali ionskim potisnicima treba dugo vremena da se svemirski brod ubrza do značajnih brzina, a najveća brzina ovisi o potpori goriva i proizvodnji energije.
Stoga, ako se ionski pogon koristi u misiji u Proxima Centauri, motori moraju imati snažan izvor energije (nuklearne energije) i velike rezerve goriva (iako manje od uobičajenih raketa). Ali ako polazite od pretpostavke da se 81,5 kg ksenonskog goriva pretvara u 56 000 km / h (a neće biti drugih oblika kretanja), možete napraviti proračune.
Najvećom brzinom od 56 000 km / h, Deep Space 1 trebao bi 81 000 godina da prođe 4,24 svjetlosne godine između Zemlje i Proxime Centauri. Vremenom je to oko 2700 generacija ljudi. Sigurno je reći da će interplanetarni ionski pogon biti prespora za medvjezdane misije s osobljem.
Ali ako su ionski potisnici veći i snažniji (to jest, brzina izlaza iona je mnogo veća), ako ima dovoljno raketnog goriva, što je dovoljno za čitave 4,24 svjetlosne godine, vrijeme putovanja bit će znatno smanjeno. Ali sve će to biti puno duže od razdoblja ljudskog života.
Gravitacijski manevar
Najbrži način putovanja u svemir je korištenje gravitacijske asistencije. Ova metoda uključuje svemirsku letjelicu pomoću relativnog gibanja (tj. Orbite) i gravitacije planeta da bi promijenila svoj put i brzinu. Gravitacijski manevari izuzetno su korisna tehnika za svemirski let, posebno kada se za ubrzanje koriste Zemlja ili neki drugi masivni planet (poput plinovitog diva).
Svemirska letjelica Mariner 10 prva je koristila ovu metodu koristeći gravitacijsko povlačenje Venere kako bi ubrzala prema Merkuru u veljači 1974. godine. U 1980-ima sonda Voyager 1 koristila je Saturn i Jupiter za gravitacijske maneure i ubrzanje do 60 000 km / h, nakon čega je uslijedio izlaz u međuzvijezdani prostor.
Misija Helios 2, koja je započela 1976. i trebala je istražiti međuplanetarno okruženje između 0,3 AU. e. i 1 a. Odnosno, od Sunca se postiže rekord za najveću brzinu razvijenu pomoću gravitacijskog manevra. U to su vrijeme Helios 1 (lansiran 1974.) i Helios 2 držali rekord za najbliže približavanje Suncu. Helios 2 lansiran je konvencionalnom raketom i ubačen u visoko izduženu orbitu.
Zbog velikog ekscentričnosti (0,54) solarne orbite od 190 dana, perihelion Helios 2 uspio je postići maksimalnu brzinu od preko 240 000 km / h. Ova orbitalna brzina razvijena je samo gravitacijskim privlačenjem Sunca. Tehnički gledano, perihelijska brzina Heliosa 2 nije bila posljedica gravitacijskog manevra, već maksimalna orbitalna brzina, no uređaj i dalje drži rekord za najbrži umjetni objekt.
Ako bi se Voyager 1 kretao prema crvenom patulju Proxima Centauri konstantnom brzinom od 60.000 km / h, trebalo bi 76.000 godina (ili više od 2.500 generacija) da se pređe ta udaljenost. Ali ako bi sonda postigla rekordnu brzinu Heliosa 2 - konstantnu brzinu od 240 000 km / h - trebalo bi 19 000 godina (ili više od 600 generacija) da putuju 4.243 svjetlosne godine. Mnogo je bolje, iako nije gotovo praktično.
EM pogon elektromagnetskog motora
Druga predložena metoda za međuzvjezdana putovanja je rezonantni radiofrekvencijski motor šupljine, također poznat kao EM pogon. Predložen Roger Scheuer, britanski znanstvenik koji je za projekt stvorio Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) 2001. godine, motor se zasniva na ideji da elektromagnetske šupljine mikrovalne mogu izravno pretvoriti električnu energiju u potisak.
Iako su tradicionalni elektromagnetski motori dizajnirani da pokreću određenu masu (poput ioniziranih čestica), ovaj poseban pogonski sustav ne ovisi o reakciji mase i ne emitira usmjereno zračenje. Općenito, ovaj je motor dočekan s velikom dozom skepse, ponajviše zato što krši zakon očuvanja zamaha, prema kojem zamah sustava ostaje konstantan i ne može se stvoriti ili uništiti, već se samo mijenjati pod djelovanjem sile.
Ipak, nedavni eksperimenti s ovom tehnologijom jasno su doveli do pozitivnih rezultata. U srpnju 2014., na 50. zajedničkoj pogonskoj konferenciji AIAA / ASME / SAE / ASEE u Clevelandu, Ohio, NASA-ini napredni znanstvenici za mlaz objavili su da su uspješno testirali novi dizajn elektromagnetskog motora.
U travnju 2015., znanstvenici iz NASA Eagleworks (dio Johnsonova svemirskog centra) rekli su da su uspješno testirali motor u vakuumu, što bi moglo ukazivati na moguću primjenu u svemiru. U srpnju iste godine, skupina znanstvenika iz Odjela za svemirske sustave s Tehničkog sveučilišta u Dresdenu razvila je vlastitu verziju motora i primijetila opipljiv potisak.
Profesor Zhuang Yang sa Sveučilišta Northwestern Polytechnic in Xi'an, Kina, započeo je 2010. objavljivati niz članaka o svojim istraživanjima EM EM tehnologije. U 2012. izvijestio je o visokoj ulaznoj snazi (2,5 kW) i fiksnom potisku od 720 milijuna. U 2014. godini također je provela opsežna ispitivanja, uključujući mjerenja unutarnje temperature s ugrađenim termoelementima, koja su pokazala da sustav radi.
Prema proračunima temeljenim na NASA prototipu (kojem je dana snaga snage 0,4 N / kilovata), svemirsko plovilo s elektromagnetskim pogonom može krenuti u Pluton za manje od 18 mjeseci. To je šest puta manje od onoga što je zahtijevala sonda New Horizons koja se kretala brzinom od 58.000 km / h.
Zvuči impresivno. Ali čak i u ovom slučaju, brod na elektromagnetskim motorima letjet će do Proxime Centauri 13.000 godina. Blizu, ali još uvijek nije dovoljno. Osim toga, sve dok nisu sve točke u ovoj tehnologiji, prerano je govoriti o njezinoj upotrebi.
Nuklearni toplinski i nuklearni električni pogon
Druga mogućnost obavljanja međuzvjezdanog leta je korištenje svemirske letjelice opremljene nuklearnim motorima. NASA je proučavala takve opcije desetljećima. Nuklearna toplinska pogonska raketa mogla bi upotrijebiti uranij ili deuterij reaktore za zagrijavanje vodika u reaktoru, pretvarajući ga u ionizirani plin (vodikova plazma), koji bi se zatim usmjerio u mlaznicu rakete, stvarajući potisak.
Raketa s nuklearnim pogonom uključuje isti reaktor, koji pretvara toplinu i energiju u električnu energiju, a zatim pokreće elektromotor. U oba slučaja raketa će se oslanjati na nuklearnu fuziju ili nuklearnu fisiju za stvaranje potiska, a ne na kemijsko gorivo kojim djeluju sve moderne svemirske agencije.
U usporedbi s kemijskim motorima, nuklearni motori imaju nesporne prednosti. Prvo, to je praktično neograničena gustoća energije u odnosu na raketno gorivo. Uz to, nuklearni će motor također stvoriti više potiska od količine goriva. To će smanjiti potrebnu količinu goriva, a ujedno i težinu i cijenu određenog aparata.
Iako motori s toplinskom nuklearnom energijom još nisu ušli u svemir, njihovi prototipovi su stvoreni i testirani, a predloženo je još više.
Ipak, unatoč prednostima u ekonomičnosti potrošnje goriva i specifičnom impulsu, najbolji od predloženih koncepata nuklearnog termalnog motora ima maksimalni specifični impuls od 5000 sekundi (50 kNs / kg). Koristeći nuklearne motore pokrenute fisijom ili fuzijom, NASA-ini znanstvenici mogli bi isporučiti svemirsku letjelicu na Mars u samo 90 dana ako je Crvena planeta udaljena 55.000.000 kilometara od Zemlje.
Ali kad je u pitanju putovanje u Proxima Centauri, nuklearnoj raketi će trebati stoljeća da ubrza do značajnog dijela brzine svjetlosti. Tada će proći nekoliko desetljeća puta, a nakon njih još mnogo stoljeća inhibicije na putu do cilja. Još smo 1000 godina od našeg odredišta. Ono što je dobro za međuplanetarne misije, nije tako dobro za međuzvjezdane misije.
- 2. dio -