Магчымасць міжзоркавага падарожжа

Караблі, якія маглі б адвесці нас глыбока ў зоркі

Канцэпцыя мастака для футурыстычнага зорнага карабля.

Чалавецтва залежыць ад разведкі. Мы прагнем задаволіць сваю цікаўнасць да таго, што ляжыць ва ўсіх напрамках, пашыраючы гандлёвыя шляхі і вучымся прыстасоўвацца да новай мясцовасці. І хоць раней нам было дастаткова даследаваць нашу Зямлю, мы зараз кіруем позіркам куды-небудзь значна далей, ад дома. Зорныя сістэмы светлавых гадоў - гэта будучыня не толькі таму, што ў цэнтры ўвагі мы знаходзім другую Зямлю і таму, што ідэя гучыць ультра-рамантычна і піянерска, а таму, што сапраўды трэба калі-небудзь дасягнуць іх. Наша бліскучае сонца знішчыць заселенасць нашай планеты ўсяго за 1 мільярд гадоў, бо яркасць на 10% павялічыцца. Гэтага дастаткова, каб выпарыць наш акіян і зрабіць занадта гарачымі ўмовы для нас.

Наша бліжэйшая суседняя зорка - Проксіма Центаўры, вакол якой, магчыма, жыве экзапланета ўсяго за 4,2 светлавых гадоў. Будзем шчырымі ў падарожжы па сістэме Кентаўры: традыцыйныя ракеты і сучасныя метады касмічных падарожжаў проста не збіраюцца яе скарачаць. Для даследавання космасу мы выкарыстоўваем рамёствы з іённымі прывадамі з нізкай цягай, хімічныя ракеты і гравітацыйныя манеўры вакол планет. Наша самая хуткая ракета "Апалон 10" дасягнула максімальнай хуткасці ў 25000 міль у гадзіну. Хутка. Аднак з такой хуткасцю нам спатрэбіцца сотні тысяч гадоў, каб дабрацца да нашых міжзоркавых суседзяў. Нам патрэбны спосаб падарожжа, які дазволіць нам дабрацца да жыцця чалавека. Гэта значыць, нам патрэбен карабель, які можа перамяшчаць па меншай меры 10% хуткасці святла.

Спачатку крыху літаральнай ракетнай навукі.

Класічнае ракетнае ўраўненне, таксама вядомае як ракетнае ўраўненне Ціёлкоўскага пасля расійскага вучонага, якое яго атрымала.

Ракетнае ўраўненне Э. Ціёлкоўскага кажа нам, што максімальная хуткасць заснавана на масе паліва, хуткасці выхлапных газаў (як хутка выхлапныя газы пакідаюць рухавік ракеты) і агульнай масе карабля. Прычына, па якой нашы ракеты павінны быць значна большымі, чым караблі, якія яны адпраўляюць у космас, заключаецца ў тым, што хуткасць і запаволенне хуткасці патрабуюць, каб пэўная частка судна стала палівам. Падваенне хуткасці выхлапу судна і не запаволенне хуткасці прыблізна да пункта прызначэння азначае, што для гэтага трэба 86% паліва. Калі вы хочаце знізіць хуткасць, для паліва патрабуецца 98% ракеты. Патроіць хуткасць ракеты і дазволіць ёй знізіць хуткасць, гэта павялічвае гэты паказчык, патрабуючы 99,75% паліва і пакідаючы ўсяго 0,05% ад масы рэальнага карабля.

Прапануючы міжзоркавыя падарожжы з ракетамі, якія мы зараз маем, спатрэбіцца танк большы, чым назіральная Сусвет. Такім чынам, якую тэхналогію мы можам выкарыстоўваць, каб пераадолець 4,2 светлавыя адлегласці?

Ядзерныя бомбы не трэба выкарыстоўваць для вайны. Мы можам выкарыстоўваць іх для вывучэння новых куткоў нашай сусвету.

Нам патрэбна паліва з максімальнай колькасцю шчыльнасці энергіі - пераўтварэнне масы адпачынку ў энергію, напрыклад, падчас плаўлення, якое адбываецца ўнутры сонца.

Калі мы павялічыць наш ядзерны арсенал на 200, мы маглі б падарваць бомбы за нашым караблём і выкарыстоўваць гэты выбух, каб рухаць нас наперад. Нам спатрэбіцца 300 000 бомбаў, што дазволіць ім заняць 75% масы карабля. За месяц дэтанацый мы маглі б дасягнуць 10% хуткасці святла, і, захаваўшы палову паліва, каб знізіць хуткасць, мы дасягнулі нашай наступнай зорнай сістэмы крыху менш за 90 гадоў. Вядома, гэта аднабаковая паездка, і людзі, якія пакінулі Зямлю, не будуць каланізаваць новую планету.

Праблема міжзоркавых падарожжаў, якія ўваходзяць у склад пілотаў, прапануе розныя варыянты рашэння: крыоспан, штучнае пашырэнне жыцця, карабель з шматканэрацыйным або ІП, які дапаможа падняць чалавечыя эмбрыёны пасля прыбыцця на новую планету. У кожнага свой набор праблем для пераадолення.

Падарожжа з выкарыстаннем бомбавай дэтанацыі было разгледжана ў рамках праекта "Арыён" у 1950-х гадах, хоць мы зараз падпісаны дагавор, які забараняе дэтанацыю ядзерных бомбаў у космасе.

Акрамя таго, сінтэз - не самы эфектыўны спосаб ператварыць масу адпачынку ў энергію. Самы эфектыўны метад - амаль 100% - гэта супрацьдзеянне антыматэрыі. І мы можам зрабіць антыматэрыю, выкарыстоўваючы паскаральнікі часціц. Калі часцінка рэчывы і антыматэрыя сустракаюцца, яны руйнуюць адзін аднаго і пакідаюць сваю масу спакою як карысную энергію. Яны маюць у 50 разоў больш энергіі на кг паліва, чым вышэйзгаданы метад плаўлення. Гэта азначае, што ўсяго 10 грам антыматэрыі могуць перавезці нас на Марс праз месяц. Знішчыце часціцы ў сопла рухавіка і накіруйце паток энергіі, каб рухаць нас наперад. І чым больш мы зрабілі антыматэрыю, тым хутчэй нам удалося паехаць, зрабіўшы падарожжа ў Проксіму Кентаўры ўсяго за 3 гады.

Праблема тут у тым, што антыматэрыю вырабляюць павольна, небяспечна і надзвычай дорага. Нават недалёкая колькасць яго, што нам спатрэбіцца для міжзоркавых падарожжаў, знаходзіцца ў нашых межах. Трэба было б павялічыць на 100 м, каб разглядаць такія тэхналогіі, як ракеты-піёны.

У гэтым годзе планетарнае таварыства паспрабуе правесці першы кіраваны палёт сонечнага ветразя на арбіце Зямлі, запусціўшы LightSail 2.

Аднак мы можам зрабіць лёгкі ветразь, здольны дасягнуць 10% хуткасці святла з матэрыяламі, якія мы маем зараз. Лёгкае ветразь - гэта менавіта тое, што гучыць - вялікі сапфіравы пакрыццё (альбо пакрыты якім-небудзь іншым святлоадбівальным і цеплатрывалым матэрыялам) ветразь, які рухаецца наперад энергіяй ад велізарнага прамяня святла, які мы б выбухвалі з Месяца. Прамень мог бы адпавядаць магутнасці 100 атамных установак і запатрабуе альбо рэактары гелія-3, альбо сонечныя батарэі на месцы вакол нашага сонца.

Праект The Breakthrough Starshot, які падтрымліваецца Стывенам Хокінгам, выкарыстоўвае невялікія "StarChips", якія мацуюцца да лёгкага ветразі, якое будзе разгортвацца з галоўнага карабля, а затым рухаецца наперад магутнымі лазерамі для дасягнення хуткасці святла да 20%. Пошук досыць магутных лазераў - іх галоўная праблема, але даследчыкі спадзяюцца мець прататып да 2036 года. Калі ён спрацуе, гэта азначае, што сістэма Кентаўра будзе ўсяго 20–30 гадоў.

Варта адзначыць, што пераход на 10% хуткасць святла таксама павялічыць шанцы на сутыкненне. Як бы там ні было, варта чакаць, што сутыкнецеся з рэчамі ўдвая большымі толькі ўдвая часцей. Але падарожжа з такой хуткай хуткасцю зробіць нават вельмі мала касмічнага смецця, здольнага пашкодзіць карабель. Гэта яшчэ адно прапанаванае выкарыстанне для лёгкіх ветразяў - адпраўка аднаго або некалькіх перад караблём можа выступаць у якасці своеасаблівага парасона абароны.

Прастора не пустая пустэча. Нават калі гэта здаецца.

NASA замовіла прадстаўленне таго, як можа выглядаць аснова.

Іншыя магчымасці для міжзоркавага падарожжа ўключаюць дэкаратыўныя прывады, якія маніпулююць тканінай прасторы, каб прымусіць нас наперад з, здавалася б, немагчымымі з хуткасцю святла, і Шварцшыльд Кугельбліц, які, па сутнасці, з'яўляецца рухавіком, які працуе на чорнай дзірцы. Мы маглі б стварыць чорную дзірку, канцэнтраваўшы дастатковую колькасць святла ў досыць малым месцы. Затым выпраменьванне з чорнай дзіркі забяспечвала б нашу энергію. На самай справе 10 тысяч разоў спажывае свет. Мы таксама маглі сціснуць матэрыю, выкарыстоўваючы гама-прамяні для стварэння дзіркі, хаця ў абодвух спосабах лазеры павінны былі быць яшчэ больш магутнымі, чым у выніку чорная дзірка.

Працуючы крыху інакш, чым усе згаданыя дагэтуль методыкі, гэта Bussard Ramjet, які збірае ў космасе сляды газу і пылу, каб сціснуць іх, а потым выкарыстоўваць іх у якасці паліва ў ракеце зліцця ў задняй частцы судна. Ён не нясе ўласнага паліва - ён збірае паліва з асяроддзя міжзоркавага прасторы. Але, як на шчасце, вобласць у нашай Сонечнай сістэме і вакол яе вельмі тонкая і не хапае газу і пылу для харчавання Bussard Ramjet.

Пры распрацоўцы нашага карабля будучыні павінен быць баланс паміж тым, як хутка ён можа прайсці, і колькі часу нам спатрэбіцца, каб зрабіць гэта - разгляд, які называецца разлікам чакання. Мы не хочам запускаць карабель, поўны людзей, толькі каб праз некалькі гадоў іх абагнаў новы, хуткі карабель. Але мы таксама не хочам чакаць занадта доўга. Казанне "мы не можам запусціць зараз, таму што ў наступным годзе будуць лепшыя тэхналогіі" - гэта апраўданне, якое мы маглі б назаўжды выкарыстоўваць, але не варта.

У рэшце рэшт, у нас ёсць толькі каля мільярда гадоў, каб зразумець гэта.