A cikk szerzője részletesen mesél négy ígéretes technológiáról, amelyek lehetőséget adnak az embereknek, hogy egy emberi élet során eljussanak a Világegyetem bármely pontjára. Összehasonlításképpen: a modern technológia alkalmazásával az út egy másik csillagrendszerhez körülbelül 100 ezer évig tart.
Amióta az ember először az éjszakai égboltra nézett, arról álmodtunk, hogy más világokat látogatunk meg és látjuk az Univerzumot. És bár vegyszerekkel működő rakétáink már sok bolygót, holdat és más testeket is elértek a Naprendszerben, a Földtől legtávolabbi űrhajó, a Voyager 1 mindössze 22,3 milliárd kilométert tett meg. Ez csak a legközelebbi ismert csillagrendszer távolságának 0,056% -a. A modern technológiát alkalmazva egy másik csillagrendszerhez vezető út körülbelül 100 ezer évig tart.
Azonban nem kell úgy cselekedni, mint mindig. A nagy teherbírású járművek - még akkor is, ha az emberek a fedélzeten vannak - az univerzumban soha nem látott távolságokon történő küldésének hatékonysága nagymértékben javítható, ha a megfelelő technológiát alkalmazzák. Pontosabban négy ígéretes technológia létezik, amelyekkel sokkal kevesebb idő alatt juthatunk el a csillagokhoz. Itt vannak.
1). Nukleáris technológia. Az emberiség történetében eddig minden, az űrbe indított űrhajónak van egy közös vonása: egy vegyi üzemű motor. Igen, a rakétaüzemanyag a vegyszerek különleges keveréke, amelyet a maximális tolóerő biztosítására terveztek. A "vegyszerek" kifejezés itt fontos. A motornak energiát adó reakciók az atomok közötti kötések újraelosztásán alapulnak.
Ez alapvetően korlátozza tetteinket! Az atom tömegének túlnyomó többsége a magjára esik - 99, 95%. Amikor egy kémiai reakció elkezdődik, az atomok körül keringő elektronok újra eloszlanak, és rendszerint energiaként szabadítják fel a reakcióban résztvevő atomok össztömegének mintegy 0,001% -át, Einstein híres egyenlete szerint: E = mc2. Ez azt jelenti, hogy a reakció során a rakétába töltött minden üzemanyag -kilogrammonként körülbelül 1 milligramm energiát kap.
Ha azonban nukleáris tüzelésű rakétákat alkalmaznak, a helyzet drasztikusan más lesz. Ahelyett, hogy az elektronok konfigurációjában és az atomok egymáshoz való kötődésében bekövetkező változásokra támaszkodna, viszonylag hatalmas mennyiségű energiát szabadíthat fel, ha befolyásolja, hogy az atommagok hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Amikor egy uránatomot hasít, és neutronokkal bombázza, sokkal több energiát bocsát ki, mint bármely kémiai reakció. 1 kilogramm urán-235 képes 911 milligramm tömegnek megfelelő energiamennyiséget felszabadítani, ami majdnem ezerszer hatékonyabb, mint a vegyi üzemanyag.
Még hatékonyabbá tehetnénk a motorokat, ha elsajátítanánk a nukleáris fúziót. Például egy inerciális vezérlésű termonukleáris fúziós rendszer, amelynek segítségével lehetséges lenne a hidrogén hélium szintetizálása, ilyen láncreakció következik be a Napon. 1 kilogramm hidrogén üzemanyag héliummá való szintézise 7,5 kilogramm tömeget tiszta energiává alakít át, ami majdnem 10 ezerszer hatékonyabb, mint a vegyi üzemanyag.
Az ötlet az, hogy ugyanazt a gyorsulást kapjuk egy rakéta esetében sokkal hosszabb ideig: több száz vagy akár ezerszer hosszabb ideig, mint most, ami lehetővé tenné számukra, hogy száz vagy ezerszer gyorsabban fejlődjenek, mint a hagyományos rakéták. Egy ilyen módszer több száz vagy akár tíz évre csökkentené a csillagközi repülés idejét. Ez egy ígéretes technológia, amelyet 2100 -ig tudunk használni, a tudomány fejlődésének ütemétől és irányától függően.
2). Kozmikus lézersugár. Ez az ötlet áll a Breakthrough Starshot projekt középpontjában, amely néhány éve előtérbe került. Az évek során a koncepció nem veszítette el vonzerejét. Míg egy hagyományos rakéta üzemanyagot szállít magával, és gyorsításhoz fogyasztja, e technológia kulcsgondolata egy erőteljes lézersugár, amely megadja az űrhajónak a szükséges impulzust. Más szóval, a gyorsulás forrását leválasztják a hajóról.
Ez a koncepció sok szempontból izgalmas és forradalmi. A lézertechnológiák sikeresen fejlődnek, és nem csak erősebbek, de erősen kollimálódnak is. Tehát, ha olyan vitorlaszerű anyagot készítünk, amely elég nagy százalékban tükrözi a lézerfényt, akkor lézerfelvételt használva elérhetjük, hogy az űrhajó kolosszális sebességet fejlesszen ki. A ~ 1 gramm tömegű "csillaghajó" várhatóan eléri a fénysebesség ~ 20% -át, ami lehetővé teszi, hogy mindössze 22 év múlva elrepüljön a legközelebbi csillaghoz, a Proxima Centauri -hoz.
Természetesen ehhez hatalmas lézersugarat kell létrehoznunk (kb. 100 km2), és ezt az űrben kell elvégezni, bár ez inkább költségprobléma, mint technológia vagy tudomány. Mindazonáltal számos problémát kell leküzdeni ahhoz, hogy egy ilyen projekt megvalósítható legyen. Közöttük:
- nem támogatott vitorla forog, valamilyen (még nem kifejlesztett) stabilizáló mechanizmusra van szükség;
- a fékezés képtelensége a cél elérésekor, mivel nincs fedélzeten üzemanyag;
- még akkor is, ha kiderül, hogy az emberek szállítására szolgáló eszközt méretezik, egy személy nem fog túlélni hatalmas gyorsulással - jelentős különbség a sebességben rövid idő alatt.
Talán valamikor a technológia képes lesz elvezetni minket a csillagokhoz, de még mindig nincs sikeres módszer arra, hogy az ember elérje a fénysebesség ~ 20% -ának megfelelő sebességet.
3). Antianyag -üzemanyag. Ha továbbra is magunkkal akarunk szállítani üzemanyagot, a lehető leghatékonyabbá tehetjük azt: a részecskék és részecskék megsemmisítésén alapul. Ellentétben a vegyi vagy nukleáris üzemanyaggal, ahol a fedélzeten lévő tömegnek csak egy töredéke alakul energiává, a részecske-részecskék elleni megsemmisítés mind a részecskék, mind az antirészecskék tömegének 100% -át használja fel. Az üzemanyag -hatékonyság legmagasabb szintje az a képesség, hogy az összes üzemanyagot impulzus energiává alakítják.
Ennek a módszernek a gyakorlatban való alkalmazása három fő területen jelent nehézséget. Kimondottan:
- stabil, semleges antianyag létrehozása;
- az a képesség, hogy elkülönítsük a hétköznapi anyagtól és pontosan irányítsuk;
- elég nagy mennyiségben állítsanak elő antianyagot a csillagközi repüléshez.
Szerencsére az első két kérdésen már dolgoznak.
Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezetben (CERN), ahol a Nagy Hadronütköztető található, van egy hatalmas komplexum, amelyet "antianyaggyárnak" neveznek. Ott hat független tudóscsoport vizsgálja az antianyag tulajdonságait. Antiprotonokat szednek, és lelassítják őket, arra kényszerítve a pozitront, hogy kötődjön hozzájuk. Így jönnek létre antiatómák vagy semleges antianyagok.
Ezeket az antiatómákat különböző elektromos és mágneses mezőkkel ellátott tartályban izolálják, amelyek a helyükön tartják, távol az anyagból készült tartály falától. Mostanra, 2020 közepén, egy órára sikeresen izoláltak és stabilizáltak több antiatomot. A következő néhány évben a tudósok képesek lesznek szabályozni az antianyag mozgását a gravitációs mezőn belül.
Ez a technológia a közeljövőben nem lesz elérhető számunkra, de kiderülhet, hogy a leggyorsabb módja a csillagközi utazásnak egy antianyag -rakéta.
4). Csillaghajó a sötét anyagon. Ez a lehetőség minden bizonnyal azon a feltételezésen alapul, hogy a sötét anyagért felelős részecskék bozonként viselkednek, és saját anti -részecskék. Elméletileg a sötét anyagnak, amely saját anti -részecskéje, kicsi, de nem nulla esélye van arra, hogy megsemmisüljön a sötét anyag más részecskéivel, amelyek vele ütköznek. Az ütközés következtében felszabaduló energiát potenciálisan felhasználhatjuk.
Erre van bizonyíték. A megfigyelések eredményeként megállapítást nyert, hogy a Tejútrendszer és más galaxisok megmagyarázhatatlan többlet gamma -sugárzást tartalmaznak a középpontjukból, ahol a sötét energia koncentrációjának a legmagasabbnak kell lennie. Mindig fennáll annak a lehetősége, hogy erre van egy egyszerű asztrofizikai magyarázat, például a pulzusok. Lehetséges azonban, hogy ez a sötét anyag még mindig megsemmisül önmagával a galaxis közepén, és így hihetetlen ötletet ad nekünk - egy csillaghajót a sötét anyagról.
Ennek a módszernek az az előnye, hogy a sötét anyag szó szerint mindenhol létezik a galaxisban. Ez azt jelenti, hogy nem kell üzemanyagot magunkkal vinni az utazás során. Ehelyett a sötét energiájú reaktor egyszerűen a következőket teheti:
- vegye fel a közelben lévő sötét anyagot;
- felgyorsítja megsemmisülését, vagy lehetővé teszi, hogy természetes módon megsemmisüljön;
- irányítsa át a kapott energiát, hogy bármilyen kívánt irányba lendületet kapjon.
Egy ember szabályozhatja a reaktor méretét és teljesítményét a kívánt eredmények elérése érdekében.
Anélkül, hogy üzemanyagot kellene szállítani a fedélzetre, a hajtóművel hajtott űrutazás sok problémája megszűnik. Ehelyett képesek leszünk elérni bármilyen utazás dédelgetett álmát - a korlátlan állandó gyorsulást. Ez adja meg számunkra a legelképzelhetetlenebb képességet - azt a képességet, hogy egy emberi élet alatt elérhessük a világegyetem bármelyik helyét.
Ha a létező rakétatechnológiákra szorítkozunk, akkor legalább tízezer évre lesz szükségünk ahhoz, hogy a Földről a legközelebbi csillagrendszerbe utazhassunk. A motortechnika jelentős fejlődése azonban közel van, és az utazási időt egy emberéletre csökkenti. Ha meg tudunk birkózni a nukleáris üzemanyag, a kozmikus lézersugarak, az antianyag vagy akár a sötét anyag használatával, akkor megvalósítjuk saját álmainkat, és űrcivilizációvá válunk olyan bomlasztó technológiák, mint a láncmeghajtók használata nélkül.
Számos lehetséges módszer létezik arra, hogy a tudományon alapuló ötleteket megvalósítható, valós, következő generációs motortechnológiákká alakítsák. Elképzelhető, hogy a század végére egy még fel nem talált űrhajó veszi át a New Horizons, a Pioneer és a Voyager helyét, mint a Föld legtávolabbi ember alkotta tárgyai. A tudomány már készen áll. Továbbra is a mi feladatunk, hogy túl nézzünk mai technológiánk keretein és megvalósítsuk ezt az álmunkat.