Сви смо то питање поставили у неком тренутку свог живота: Колико би требало да се путује до звезда? Да ли би то могло бити у току нечијег животног века и да ли би овакво путовање могло постати норма једном? На ово питање постоји пуно могућих одговора - неки врло једноставни, други у областима научне фантастике. Али приступити свеобухватном одговору значи узети у обзир много ствари.
Нажалост, свака реална процена вероватно ће донети одговоре који би тотално обесхрабрили футуристе и љубитеље међузвездних путовања. Свиђало нам се то или не, простора је веома велико, а наша технологија је и даље веома ограничена. Али ако икада будемо размишљали о „напуштању гнезда“, имаћемо низ могућности да стигнемо до најближих Сунчевих система у нашој галаксији.
Најближа звезда Земљи је наше Сунце, која је прилично „просечна“ звезда у „главном редоследу“ Хертзспрунг-а - Русселл-ова дијаграма. То значи да је веома стабилна, пружа Земљи управо праву врсту сунчеве светлости да живот еволуира на нашој планети. Знамо да постоје планете које окружују друге звезде у близини нашег Сунчевог система, а многе од ових звезда су сличне нашој.
У будућности, ако човечанство пожели да напусти Сунчев систем, имаћемо огроман избор звезда у које бисмо могли да путујемо, и многи би могли да имају праве услове за живот. Али где бисмо отишли и колико ће нам требати да стигнемо тамо? Само се сетите, све ово спекулише и тренутно нема мерила за међузвездна путовања. То се каже, ево нас!
Најближа звезда:
Као што је већ напоменуто, најближа звезда нашем Сунчевом систему је Прокима Центаури, због чега је најкорисније да се овом систему прво замисли међузвездна мисија. Као део система троструких звезда званог Алпха Центаури, Прокима је удаљена око 4,24 светлосне године (или 1,3 парсека) од Земље. Алпха Центаури је заправо најсјајнија звезда од три у систему - део блиске орбите бинарних 4,37 светлосних година од Земље - док је Прокима Центаури (најмањи од три) изоловани црвени патуљак, око 0,13 светлосне године од бинарног система .
И док међузвездано путовање представља све врсте виђења путовања бржим од светлости (ФТЛ), у распону од брзине основе и црвоточина до скока за погоне, такве теорије су или врло спекулативне (као што је Алкубиерре Дриве) или у потпуности провинција наука фикција. По свему судећи, свака мисија у дубоком свемиру вјероватно ће требати генерацијама да стигну тамо, а не за неколико дана или у трен ока.
Дакле, почевши од једног од најспоријих облика свемирског путовања, колико ће времена требати да се дође до Прокима Центаури?
Тренутни методи:
Питање колико би времена требало да се стигне негде у свемир је нешто лакше када се бавимо постојећом технологијом и телима унутар нашег Сунчевог система. На пример, коришћење технологије која је покретала мисију "Нев Хоризонс" - која се састојала од 16 потискивача погонских хидразин монопропелантом - за достизање Месеца требало би само 8 сати и 35 минута.
С друге стране, постоји мисија Европске свемирске агенције (ЕСА) СМАРТ-1, која је своје време путовала на Месец користећи методу јонског пропулзирања. Овом револуционарном технологијом, коју је свемирска летјелица Давн користила за Весту, мисији СМАРТ-1 је била потребна година, месец и две недеље да би стигли до Месеца.
Дакле, од брзе ракетне свемирске летелице до економичног јонског погона, имамо неколико могућности за обилазак локалног простора - плус што бисмо могли искористити Јупитер или Сатурн за огромну гравитациону праску. Међутим, да бисмо размишљали о мисијама негде мало више, морали бисмо да проширимо нашу технологију и погледамо шта је заиста могуће.
Када кажемо могуће методе, говоримо о онима који укључују постојећу технологију или онима које још не постоје, али су технички изводљиве. Неки ће, као што ћете видети, части и доказати, док се други појављују или су још увек на плочи. Међутим, у готово свим случајевима, они представљају могући (али изузетно дуготрајан или скуп) сценариј за достизање чак и најближих звезда ...
Јонски погон:
Тренутно је најспорији облик погона, и најјефтинији, ионски мотор. Пре неколико деценија јонски погон је био предмет научне фантастике. Међутим, последњих година је технологија за подршку јонских мотора прешла из теорије у праксу на велики начин. ЕСА-ова СМАРТ-1 мисија, на пример, успешно је завршила своју мисију на Месец, након што је 13-месечним спиралним путем кренула са Земље.
СМАРТ-1 је користио јонске потиснике на соларни погон, где се електрична енергија скупљала из његових соларних панела и користила за напајање Халлових потискивача. Само 82 кг ксенонског погонског средства коришћено је за покретање СМАРТ-1 на Месец. 1 кг ксенонског погонског горива даје делта-в од 45 м / с. Ово је изузетно ефикасан облик погона, али никако није брз.
Једна од првих мисија која је користила технологију ионског погона била је Дубоки свемир 1 мисија у Цомет Боррелли која се догодила 1998. ДС1 је такође користио ксенонски ионски погон, трошивши 81,5 кг погонског горива. Током 20 месеци потискивања, ДС1 је успео да достигне брзину од 56 000 км / х (35 000 миља / х) током лета лета комете.
Ионски потисници су стога економичнији од ракетне технологије, јер је потисак по јединици масе погонског средства (а.к.а. специфични импулс) далеко већи. Али треба дуго времена да јонски потисници убрзавају свемирске летелице до било које велике брзине, а максимална брзина коју може постићи зависи од снабдевања горивом и колико електричне енергије може да произведе.
Дакле, ако би се јонски погон користио за мисију у Прокима Центаури, потисницима ће требати огроман извор производње енергије (тј. Нуклеарна енергија) и велика количина погонског средства (иако још мање од класичних ракета). Али на основу претпоставке да се опскрба 81,5 кг ксенонским погонским горивом претвара у максималну брзину од 56 000 км / х (и да нема других облика погона, попут гравитационе траке за његово убрзање), неке прорачуне могу бити.
Укратко, максималном брзином од 56.000 км / х, Дубоки свемир 1 би преузео 81.000 година да пређе 4,24 светлосне године између Земље и Прокиме Центаури. Да би се та временска скала ставила у перспективу, то би било преко 2700 људских генерација. Дакле, са сигурношћу се може рећи да би мисија међупланетарног јонског мотора била превише спора да би се разматрала за медјузвездну мисију са посадом.
Али, уколико се ионски потисници повећају и снажнији (тј. Брзина ионског издува треба да буде знатно већа), а довољно је погонског средства да се свемирски брод настави током читавог путовања у 4.243 светлосне године, време путовања би могло да буде увелико умањено. Ипак, није довољно да се то догоди у нечијем животном веку.
Гравити Ассист Метход:
Најбрже постојеће средство свемирског путовања познато је под називом Гравити Ассист (Метода гравитације), која укључује свемирске летелице користећи релативно кретање (тј. Орбиту) и гравитацију планете за промену путање и брзине. Гравитационе асистенције веома су корисна техника свемирског лета, посебно када се користи Земља или друга огромна планета (попут гасног гиганта) за повећање брзине.
Тхе Маринер 10 свемирска летелица била је прва која је користила ову методу, користећи Венерово гравитационо повлачење да би је ископала у правцу Меркура у фебруару 1974. године. Воиагер 1 сонда је користила Сатурн и Јупитер за гравитационе снимке како би постигла тренутну брзину од 60.000 км / х (38.000 миља / х) и прешла је у међузвездни простор.
Међутим, био је то Хелиос 2 мисија - која је покренута 1976. ради проучавања међупланетарног медијума од 0,3 АУ до 1 АУ ка Сунцу - која држи рекорд по највећој брзини постигнутој уз помоћ гравитације. У то време, Хелиос 1 (који је лансиран 1974) и Хелиос 2 држао рекорд најближег приближавања Сунцу. Хелиос 2 лансирано је конвенционалним НАСА-овим Титан / Центаур лансирним возилом и смештено у високо елиптичну орбиту.
Због великог ексцентричности (0,54) соларне орбите сонде (190 дана), у перихелију, Хелиос 2 успео је да постигне максималну брзину од преко 240.000 км / х (150.000 миља / сат). Ова орбитална брзина постигнута је само гравитационим повлачењем Сунца. Технички гледано Хелиос 2 брзина перихела није била гравитациона праћка, већ је била максимална орбитална брзина, али и даље држи рекорд да је најбржи предмет који је створио човек без обзира.
Па ако Воиагер 1 путовао је у правцу црвеног патуљка Прокиме Центаури константном брзином од 60.000 км / х, требаће 76.000 година (или преко 2.500 генерација) да се пређе та удаљеност. Али ако би могао постићи рекордну брзину од Хелиос 2Уско приближавање Сунца - константна брзина од 240 000 км / х - требало би 19.000 година (или преко 600 генерација) који ће путовати 4.243 светлосне године. Знатно боље, али још увијек не у сфери практичности.
Електромагнетни (ЕМ) погон:
Још једна предложена метода међузвездног путовања долази у облику резонантног шупљег прага радио фреквенције (РФ), познатог и као ЕМ Погон. Првобитно 2001. предложен од Рогера К. Схавиера, научника из Велике Британије који је покренуо Сателлите Пропулсион Ресеарцх Лтд (СПР) како би га довео до плода, овај погон је изграђен око идеје да електромагнетне микроталасне шупљине могу омогућити директно претварање електричне енергије у потисак. .
Док су конвенционални електромагнетски потисници дизајнирани тако да покрећу одређену врсту масе (као што су јонизоване честице), овај посебно погонски систем се ослања на реакцијску масу и не емитује никакво усмерено зрачење. Такав предлог сусрео се са великом сумњом, понајвише зато што крши закон очувања момента - који каже да у оквиру једног система количина момента остаје константна и не ствара се нити уништава, већ се само мења делом снаге.
Међутим, недавни експерименти са дизајном очигледно су дали позитивне резултате. У јулу 2014. године, на 50. заједничкој погонској конференцији АИАА / АСМЕ / САЕ / АСЕЕ у Цлевеланду, Охајо, истраживачи из НАСА-иног напредног погонског истраживања тврдили су да су успешно тестирали нови дизајн електромагнетног погонског погона.
Ово је праћено у априлу 2015. године, када су истраживачи из НАСА Еаглеворкс-а (део Јохнсон-овог свемирског центра) тврдили да су успешно тестирали погон у вакууму, што је показатељ да би он у ствари могао да ради у свемиру. У јулу исте године, истраживачки тим са одељења свемирског система Универзитета Технологије у Дрездену саградио је своју верзију мотора и приметио потискивани потисак.
И 2010. године, професор Јуан Ианг са Сјеверозападног политехничког универзитета у Ксиану, у Кини, почео је са објављивањем низа радова о својим истраживањима ЕМ Дриве технологије. То је кулминирало радом из 2012. где је пријавила већу улазну снагу (2.5кВ) и тестирала ниво потиска (720мН). У 2014. години, она је даље известила опсежне тестове који су укључивали мерења унутрашње температуре помоћу уграђених термопарова, који су, чини се, потврдили да систем ради.
Према прорачунима заснованим на НАСА прототипу (који су проценили снагу од 0,4 Н / киловат), свемирска летелица опремљена ЕМ погоном могла би да путује до Плутона за мање од 18 месеци. То је било шести пут када је требало да стигне сонда Нев Хоризонс, која је путовала брзином од близу 58.000 км / х (36.000 мпх).
Звучи импресивно. Али чак и том брзином, требао би брод опремљен ЕМ моторима 13.000 година да се пловило пребаци у Прокима Центаури. Приближавамо се, али не довољно брзо! и док год се та технологија не може дефинитивно доказати, нема смисла стављати наша јаја у ову корпу.
Нуклеарни топлотни / нуклеарни електрични погон (НТП / НЕП):
Друга могућност за међузвездани свемирски лет је употреба свемирских летелица опремљених нуклеарним моторима, концепт који НАСА истражује деценијама. У ракети нуклеарног топлотног погона (НТП), реакције уранијума или деутеријума користе се за загревање течног водоника у реактору, претварајући га у јонизовани гас водоника (плазме), који се затим усмерава кроз млазницу ракете да би се створио потисак.
Ракета нуклеарни електрични погон (НЕП) укључује исти основни реактор који претвара своју топлотну и енергетску енергију у електричну, која би потом напајала електрични мотор. У оба случаја, ракета би се ослањала на нуклеарну цепање или фузију да би се произвела погонска сила, а не хемијска горива, што је до данас био ослонац НАСА-е и свих осталих свемирских агенција.
У поређењу са хемијским погоном, и НТП и НЕЦ нуде бројне предности. Прва и најочитија је практично неограничена густина енергије коју нуди у поређењу са ракетним горивом. Поред тога, мотор на нуклеарни погон такође може да обезбеди супериорни потисак у односу на количину погонског горива. Тиме би се смањила укупна количина потребног погонског горива, чиме би се смањила тежина лансирања и трошкови појединачних мисија.
Иако ниједан нуклеарно-топлотни мотор никада није летео, у последњих неколико деценија изграђено је и тестирано неколико дизајнерских концепција, и предложени су бројни концепти. Они се крећу у распону од традиционалног чврстог језгра - попут нуклеарног мотора за примену ракетних возила (НЕРВА) - до напреднијих и ефикаснијих концепата који се ослањају или на течно или на гасно језгро.
Међутим, упркос овим предностима у економичности горива и специфичном импулсу, најсофистициранији НТП концепт има максимални специфични импулс од 5000 секунди (50 кН · с / кг). Користећи нуклеарне моторе које покрећу фисија или фузија, научници НАСА процењују да ће бити потребан свемирски брод само 90 дана да би стигли на Марс када је планета била у "опозицији" - тј. Око 55.000.000 км од Земље.
Али прилагођена једносмјерном путовању до Прокиме Центаури, нуклеарној ракети ће још требати векови да би се убрзао до тачке у којој је летео делићем брзине светлости. Тада би било потребно неколико деценија путовања, праћено још много векова успоравања пре него што стигну до свог одредишта. Све речено, још увек причамо 1000 година пре него што стигне до свог одредишта. Добро за међупланетарне мисије, није тако добро за међузвездне.
Теоретске методе:
Користећи постојећу технологију, време које би било потребно да се научници и астронаути пошаљу у међузвездану мисију било би неизмерно споро. Ако желимо да то путовање учинимо за један животни век, или чак генерацију, биће потребно нешто радикалније (ака. Високо теоретски). И док су црвоточне рупе и мотори за скокове у овом тренутку и даље чиста фикција, постоје неке прилично напредне идеје које су разматране током година.
Нуклеарни импулсни погон:
Покретање нуклеарног импулса је теоретски могући облик брзог путовања у свемир. Концепт је првотно предложио 1946. године Станислав Улам, пољско-амерички математичар који је учествовао у Манхаттанском пројекту, а прелиминарне калкулације су тада направили Ф. Реинес и Улам 1947. године. Стварни пројекат - познат као Пројецт Орион - покренут је у 1958. и трајао је до 1963. године.
Предвођени Тедом Тејлором из Генерал Атомицс-а и физичаром Фрееман-ом Дисоном из Института за напредна истраживања у Принцетону, Орион се надао да ће искористити снагу пулсних нуклеарних експлозија да би омогућио огроман потисак са врло високим специфичним импулсом (тј. Количином потиска у односу на тежину или количина секунде ракета може непрекидно да пуца).
Укратко, Орион-ов дизајн укључује велику свемирску летјелицу са високим удјелом термонуклеарних бојевих глава, чиме се постиже погон пуштањем бомбе иза ње, а затим јачањем детонацијског вала уз помоћ стражње постављеног јастука званог "гурач". Након сваке експлозије, експлозивна сила апсорбирала би се помоћу овог потисног јастука, који потом потисак претвара у замах.
Иако је по модерним стандардима тешко елегантан, предност дизајна је у томе што постиже високи специфични импулс - што значи да извлачи максималну количину енергије из свог извора горива (у овом случају нуклеарне бомбе) уз минималне трошкове. Поред тога, концепт би теоретски могао да постигне веома велике брзине, а неке процене сугеришу да је цифра на палуби већа од 5% од брзине светлости (или 5,4 × 107 км / сат).
Али наравно, ту су и неизбежни недостаци дизајна. За један, брод ове величине био би невероватно скуп. Према проценама које је произвео Дисон 1968. године, свемирска летелица Орион која је користила водоничне бомбе за производњу погона имала би тежину од 400 000 до 4 000 000 тона. И најмање три четвртине те тежине чине нуклеарне бомбе, где свака бојна глава тежи приближно 1 метричку тону.
Све у свему, Дисонове најконзервативније процене поставиле су укупне трошкове изградње Орионове летјелице на 367 милијарди долара. Прилагођено инфлацији, то отприлике износи 2,5 трилијуна долара - што чини преко две трећине тренутног годишњег прихода америчке владе. Стога би и најмањи лак погон био скупо за производњу.
Постоји и мали проблем свих радијација које ствара, а да не спомињемо нуклеарни отпад. У ствари, из овог разлога се верује да је пројекат обустављен због доношења Уговора о делимичној забрани из 1963. године којим се желело ограничити нуклеарно тестирање и зауставити прекомерно испуштање нуклеарних испада у атмосферу планете.
Фусион Роцкетс:
Још једна могућност унутар области искоришћене нуклеарне енергије укључују ракете које се ослањају на термонуклеарне реакције за генерисање потиска. За овај концепт енергија се ствара када се пелете мешавине деутеријум / хелијум-3 упале у реакциону комору инерцијалним затварањем помоћу електронских снопа (слично као што је урађено у Националном заводу за паљење у Калифорнији). Овај фузијски реактор детонирао би 250 пелета у секунди како би створио високоенергетску плазму, која би затим била усмерена магнетном млазницом да би створила потисак.
Као и ракета која се ослања на нуклеарни реактор, овај концепт нуди предности што се тиче ефикасности горива и специфичног импулса. Процењује се брзина издувних гасова до 10.600 км / с, што је далеко више од брзине конвенционалних ракета. Шта више, технологија се интензивно проучавала у последњих неколико деценија, и многи предлози су дати.
На пример, између 1973. и 1978., Британско интерпланетарно друштво спровело је студију изводљивости познату као Пројекат Даедалус. Ослањајући се на тренутна знања о технологији фузије и постојећим методама, студија је позвала на стварање двостепене беспилотне научне сонде којом ће током једног живота путовати до Барнардове звезде (5,9 светлосних година од Земље).
Прва фаза, већа од две, деловала би 2,05 година и убрзала свемирску летјелицу до 7,1% брзине светлости (о.071 ц). Ова фаза би тада била испражњена, у том тренутку, друга фаза би запалила свој мотор и убрзала свемирску летјелицу до око 12% брзине светлости (0,12 ц) током 1,8 година. Мотор друге фазе би се тада угасио и брод ће ући у крстарење током 46 година.
Према проценама Пројекта, требало би 50 година да достигне Барнардову звезду. Подесиви за Прокима Центаури, исти брод би могао да крене у путовање 36 година. Али, наравно, пројекат је такође идентификовао бројне препреке због којих је било немогуће користити тада постојећу технологију - од којих је већина још увек нерешена.
На пример, постоји чињеница да је хелијум-3 на Земљи оскудан, што значи да би га требало вадити негде другде (највероватније на Месецу). Друго, реакција која покреће свемирски брод захтева да ослобођена енергија знатно пређе енергију која се користи за покретање реакције. И док су експерименти овде на Земљи надмашили „равномерни циљ“, још смо далеко од врсте енергије потребне за напајање међузвезданог свемирског брода.
Треће, фактор трошкова за изградњу таквог брода је. Чак и према скромним стандардима беспилотне летелице Пројецт Даедалус, потпуно пловни погон би тежио чак 60 000 Мт. Да се то перспективно сматра, бруто тежина НАСА-иног СЛС-а износи нешто више од 30 Мт, а једно лансирање долази са ценом од 5 милијарди УСД (на основу процена урађених у 2013. години).
Укратко, фузијска ракета не би била скупо скупа за изградњу; такође би био потребан ниво технологије фузијског реактора који је тренутно изнад наших могућности. Ицарус Интерстеллар, међународна организација научника волонтера грађана (од којих су неки радили за НАСА или ЕСА), од тада је покушала да ревитализује концепт пројектом Ицарус. Основана 2009. године, група се нада да ће блиском будућности учинити погоном фузије (између осталог) изводљивим.
Фусион Рамјет:
Познат и као Буссард Рамјет, овај теоријски облик погона први је предложио физичар Роберт В. Буссард 1960. У основи, то је побољшање у односу на стандардну ракету нуклеарне фузије, која користи магнетна поља за компримовање водоничног горива до тачке да се фузија јавља. Али у случају Рамјет-а, огроман електромагнетни левак „извади“ водоник из међузвездног медија и убацује га у реактор као гориво.
Како брод убрзава, реактивна маса се сили у прогресивно сужено магнетно поље, притискајући га док се не догоди термонуклеарна фузија. Магнетно поље затим усмерава енергију као ракетни испух кроз млазницу мотора и на тај начин убрзава пловило. Без икаквих резервоара за гориво који би их тежио, фузијски рамјет могао би постићи брзине које се приближавају 4% брзине светлости и путовати било где у галаксији.
Међутим, потенцијални недостаци овог дизајна су бројни. На пример, постоји проблем превлачења. Брод се ослања на повећану брзину накупљања горива, али док се судара са све више и више међузвезданог водоника, такође може изгубити брзину - посебно у гушћим пределима галаксије. Друго, деутеријум и тритијум (који се у Земљи користе у фузионим реакторима) су ретки у свемиру, док је фузија регуларног водоника (који има у изобиљу у свемиру) изван наших тренутних метода.
Овај концепт је широко популаризован у научној фантастици. Можда је најпознатији пример тога у франшизи Звездане стазе, где су „Буссард цоллецторс“ блиставе скуте на варп моторима. Али у стварности, наше знање о фузионим реакцијама мора знатно напредовати пре него што је рамјет могућ. Такође бисмо морали да откријемо тај досадан проблем са превлачењем пре него што смо почели да размишљамо о изградњи таквог брода!
Ласерско једро:
Соларна једра дуго се сматрају економичним начином истраживања Сунчевог система. Осим што је релативно лако и јефтино за производњу, ту је и додатни бонус соларних једара који не захтевају гориво. Уместо да користи ракете којима је потребно гориво, једро користи притисак зрачења од звезда да гурне велика ултра танка огледала до великих брзина.
Међутим, ради међузвезданог лета, такво би једро требало да буде усмјерено фокусираним енергетским сноповима (тј. Ласерима или микроталасним пећницама) да би га гурнуло до брзине која се приближава брзини свјетлости. Концепт је првотно предложио Роберт Форвард 1984. године, који је у то време био физичар у истраживачким лабораторијама Хугхес Аирцрафт-а.
Концепт задржава предности соларног једра и по томе што не захтијева гориво на броду, већ и чињеницу да се ласерска енергија не расипа са растојања готово колико и соларно зрачење. Иако би једра која покреће ласер требало неко време да убрза до блиставе брзине, била би ограничена само на брзину светлости.
Према студији из 2000. године коју је направио Роберт Фрисбее, директор напредних студија концепта погона у НАСА-иној лабораторији за млазни погон, ласерско једро могло би се убрзати до пола брзине светлости за мање од деценије. Такође је израчунао да би једро промјера око 320 км могло достићи Прокима Центаури у нешто више 12 година. У међувремену, једро промјера око 965 км стигло би испод 9 година.
Међутим, такво би једро требало бити направљено од напредних композита да се не би топило. У комбинацији са својом величином, ово би додало прилично лепу! Још је горе што је сам трошак створен од изградње ласера довољно великог и снажног да покрене једро до пола брзине светлости. Према властитој студији Фрисбее, ласерима би био потребан стални проток снаге од 17 000 теравата - готово ономе што цео свет троши у једном дану.
Антиматтер Енгине:
Љубитељи научне фантастике сигурно су чули за антиматерију. Али у случају да нисте, антиматерија је у основи материјал састављен од античестица које имају исту масу, али су супротни набој као и редовне честице. У међувремену, антиматеријски мотор је облик покрета који користи интеракције између материје и антиматерије за стварање енергије или за стварање потиска.
Укратко, мотор против антиматерије укључује честице водоника и антихидрогена које се удружују. Ова реакција ослобађа онолико енергије колико и термонуклеарна бомба, заједно са тушем субатомских честица званих пиони и муони. Те честице, које би путовале трећином светлосне брзине, затим се магнетном млазницом усмеравају да би се створио потисак.
Предност ове класе ракета је у томе што се велики део преостале масе смеше материје / антиматерије може претворити у енергију, омогућавајући ракетама против антиматерије далеко већу енергетску густину и специфичан импулс од било које друге предложене класе ракета. Штавише, контрола овакве реакције могла би замислити гурнути ракету до пола брзине светлости.
Брод за килограм, ова класа брода била би најбржа и најисплативија икад осмишљена. Док конвенционалне ракете захтевају тонове хемијског горива да би покренуле свемирски брод до свог одредишта, мотор против антиматерије могао би исти посао са само неколико милиграма горива. У ствари, међусобно уништавање пола килограма водоник и антихидрогених честица ће ослободити више енергије него 10-мегатон водонична бомба.
Управо из тог разлога НАСА-е Институт за напредне концепте (НИАЦ) истражио је технологију као могуће средство за будуће мисије на Марсу. Нажалост, када се размишља о мисијама на оближње звездане системе, количина горива која је потребна да се путовање експоненцијално умножи, а трошкови који би били укључени у то произвели би били астрономски (без пена!).
Према извештају припремљеном за 39. заједничку погонску конференцију и изложбу АИАА / АСМЕ / САЕ / АСЕЕ (такође Роберт Фрисбее), двостепеној ракети против антиматерије требало би више од 815 000 метричких тона (900 000 америчких тона) горива да би путовање за Прокима Центаури за отприлике 40 година. То није лоше, колико год временски рокови пролазили. Али опет, трошкови ...
Док би један грам антиматерије произвео невероватну количину енергије, процењује се да би за производњу једног грама било потребно око 25 милиона милијарди киловат-сати енергије и кошта више од три билиона долара. Тренутно је укупна количина антиматерије коју су створили људи мања од 20 нанограма.
Чак и ако бисмо могли произвести антиматерију јефтино, потребан би вам био огроман брод који би могао да држи потребну количину горива. Према извештају др Даррел Смитх и Јонатхан Вебби са Аеродромског универзитета Ембри-Риддле у Аризони, међузвездано пловило опремљено антиматеријским мотором могло би достићи брзину светлости од 0,5 и достићи Прокима Центаури за мало више 8 година. Међутим, сам брод би тежио 400 метричких тона (441 тона у САД-у) и требаће му 170 метричких тона (187 америчких тона) антиматеријског горива да би путовало.
Могући начин за то је креирање посуде која може створити антиматерију која би онда могла да се складишти као гориво. Овај концепт, познат као систем вакуума против антиматеријских ракета међуокољеника (ВАРИЕС), предложио је Рицхард Обоуси из компаније Ицарус Интерстеллар. На основу идеје допуњавања ин ситу, брод ВАРИЕС ослањао би се на велике ласере (које покрећу огромни соларни низи) који би створили честице антиматерије када би се испалио у празан простор.
Слично као са Рамјет концептом, овај предлог решава проблем преношења горива вађењем из простора. Али још једном, скупи трошкови таквог брода били би неизмјерно скупи користећи тренутну технологију. Поред тога, способност стварања антиматерије у великим количинама није нешто што тренутно имамо моћ да радимо. Ту је и ствар зрачења, јер уништавање материје може изазвати експлозије високоенергетских гама зрака.
Ово не само да представља опасност за посаду, што захтева значајну заштиту од зрачења, већ захтева и да се мотори заштите, како би се осигурало да не претрпе атомску деградацију од свих радијација којима су изложени. Дакле, дно црта, антиматеријски мотор је потпуно непрактичан са нашом тренутном технологијом и тренутним буџетским окружењем.
Алцубиерре Варп Дриве:
Љубитељи научне фантастике такође несумњиво познају концепт Алцубиерре (или „Варп“) погона. Предложио мексички физичар Мигуел Алцубиерре 1994. године, ова предложена метода био је покушај да се омогући ФТЛ путовање без кршења Еинстеинове теорије специјалне релативности. Укратко, концепт укључује растезање тканине простора и времена у таласу, што би теоретски могло да проузрокује сажимање простора испред објекта и простора иза њега.
Објект унутар овог таласа (тј. Свемирски брод) могао би тада да вози овај талас, познат као "варп буббле", изван релативистичких брзина. Будући да се брод не креће унутар овог мјехурића, већ се носи док се креће, правила простора и времена и релативности би престала да се примјењују. Због тога се ова метода не ослања на брже кретање од светлости у локалном смислу.
То је само „брже од светлости“ у смислу да је брод могао да стигне до свог одредишта брже од снопа светлости који је путовао изван ослонца. Дакле, под претпоставком да би свемирски брод могао да буде опремљен системом Алцубиерре Дриве, могао би да направи путовање у Прокима Центаури у мање од 4 године. Дакле, када је у питању теоретско међузвездано путовање у свемир, ово је далеко најперспективнија технологија, бар у погледу брзине.
Наравно, концепт је током година добио свој део контрааргумента. Главна међу њима је чињеница да она не узима у обзир квантну механику и да би је теорија свега могла поништити (попут квантне гравитације петље). Прорачуни количине потребне енергије такође су указали да ће за рад основе бити потребан забрањени износ снаге за рад. Остале несигурности укључују сигурност таквог система, ефекте на простор-вријеме на одредишту и кршење узрочно-посљедичне повезаности.
Међутим, 2012. године, НАСА-ин научник Харолд Сонни Вхите објавио је да су он и његове колеге започели истраживање могућности вожње Алцубиерре-ом. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
