- Časť 2 -
V určitom okamihu nášho života si každý z nás položil túto otázku: ako dlho bude lietať k hviezdam? Je možné uskutočniť taký let v jednom ľudskom živote, môžu sa také lety stať normou každodenného života? Na túto zložitú otázku existuje veľa odpovedí v závislosti od toho, kto sa pýta. Niektoré sú jednoduché, iné zložitejšie. Ak chcete nájsť konečnú odpoveď, je potrebné zvážiť príliš veľa vecí.
Bohužiaľ neexistujú žiadne reálne odhady, ktoré by pomohli nájsť takúto odpoveď, a to frustruje futuristov a medzihviezdnych cestovných nadšencov. Či sa nám to páči alebo nie, priestor je veľmi veľký (a komplexný) a naša technológia je stále obmedzená. Ale ak sa niekedy rozhodneme opustiť naše „domáce hniezdo“, budeme mať niekoľko spôsobov, ako sa dostať k najbližšiemu hviezdnemu systému v našej galaxii.
Najbližšia hviezda k našej Zemi je Slnko, celkom „priemerná“hviezda podľa schémy „hlavnej sekvencie“Hertzsprung-Russella. To znamená, že hviezda je veľmi stabilná a poskytuje dostatok slnečného svetla na život na našej planéte. Vieme, že v blízkosti našej slnečnej sústavy sú aj ďalšie planéty obiehajúce okolo hviezd a mnohé z nich sú podobné našej planéte.
Možné obývateľné svety vo vesmíre
Ak chce ľudstvo v budúcnosti opustiť slnečnú sústavu, budeme mať obrovský výber hviezd, ku ktorým by sme mohli ísť, a mnoho z nich môže mať priaznivé životné podmienky. Ale kam ideme a ako dlho bude trvať, kým sa tam dostaneme? Majte na pamäti, že toto sú všetky špekulácie a v súčasnosti neexistujú žiadne medzníky pre medzihviezdne cesty. Ako povedal Gagarin, poďme! Propagačné video:
Oslovte hviezdu
Ako už bolo uvedené, najbližšou hviezdou našej slnečnej sústavy je Proxima Centauri, a preto má zmysel začať s ňou plánovať medzihviezdnu misiu. Ako súčasť trojhviezdneho systému Alpha Centauri je Proxima vzdialená 4,24 svetelných rokov (1,3 parsec) od Zeme. Alpha Centauri je v skutočnosti najjasnejšou hviezdou z troch v systéme, súčasťou blízkeho binárneho systému vzdialeného 4,37 svetelných rokov od Zeme - zatiaľ čo Proxima Centauri (najslabší z troch) je izolovaný červený trpaslík vzdialený 0,13 svetelných rokov. z duálneho systému.
A zatiaľ čo rozhovory o medzihviezdnom cestovaní naznačujú všetky druhy rýchlejšieho ako ľahkého (FAS) cestovania, od osnovných rýchlostí po červí diery až po motory podpriestoru, takéto teórie sú buď veľmi fiktívne (ako napríklad motor Alcubierre) alebo existujú iba v sci-fi. … Akákoľvek misia do hlbokého vesmíru sa bude rozširovať po generácie ľudí.
Takže, počnúc jednou z najpomalších foriem cestovania do vesmíru, ako dlho trvá dostať sa do Proxima Centauri?
Moderné metódy
Otázka odhadu dĺžky cestovania vo vesmíre je omnoho jednoduchšia, ak sa do nej zapoja existujúce technológie a telá v našej slnečnej sústave. Napríklad pomocou technológie použitej pri misii New Horizons, 16 hydrazínových jednopalivových motorov, sa môžete dostať na Mesiac iba za 8 hodín a 35 minút.
Existuje aj misia Európskej vesmírnej agentúry SMART-1, ktorá bola poháňaná k Mesiacu pomocou iónového náporu. Vďaka tejto revolučnej technológii, ktorej variantu sa Dawnova vesmírna sonda používala aj na dosiahnutie Vesty, trvala misia SMART-1 rok, mesiac a dva týždne, aby sa dostala na Mesiac.
Od rýchlej raketovej kozmickej lode po ekonomickú iónovú jednotku máme niekoľko možností, ako obísť miestny vesmír - a navyše môžete použiť Jupiter alebo Saturn ako obrovský prak s gravitáciou. Ak sa však chystáme trochu posunúť ďalej, budeme musieť vybudovať technologickú silu a preskúmať nové možnosti.
Keď hovoríme o možných metódach, hovoríme o tých, ktoré zahŕňajú existujúce technológie alebo tie, ktoré ešte neexistujú, ale ktoré sú technicky uskutočniteľné. Ako uvidíte, niektoré z nich sú časovo testované a potvrdené, zatiaľ čo iné sú stále v pochybách. Stručne povedané, predstavujú možný, ale veľmi časovo náročný a nákladný scenár cestovania aj k najbližšej hviezde.
Iónové hnutie
V súčasnosti je najpomalšou a najúspornejšou formou motora iónový motor. Pred niekoľkými desaťročiami bol iónový pohon považovaný za predmet sci-fi. Ale v posledných rokoch sa technológie na podporu iónového pohonu posunuli od teórie k praxi as veľkým úspechom. Misia SMART-1 Európskej vesmírnej agentúry je príkladom úspešnej misie na Mesiac v priebehu 13 mesiacov špirálového pohybu od Zeme.
SMART-1 používala solárne iónové trysky, v ktorých bola elektrina zhromažďovaná solárnymi panelmi a využívaná na poháňanie Hallovho efektu. Trvalo iba 82 kilogramov xenónového paliva, aby sa SMART-1 dostal na Mesiac. 1 kilogram xenónového paliva poskytuje delta-V 45 m / s. Je to mimoriadne účinná forma pohybu, ale zďaleka nie najrýchlejšia.
Jednou z prvých misií na použitie technológie iónového pohonu bola misia Deep Space 1 v kométe Borrelli v roku 1998. DS1 tiež používal xenónový iónový motor a spotreboval 81,5 kg paliva. Po dobu 20 mesiacov ťahu vyvinula DS1 rýchlosť 56 000 km / hv čase prechodu kométy.
Iónové motory sú úspornejšie ako raketové technológie, pretože ich ťah na jednotku hmotnosti raketového paliva (špecifický impulz) je oveľa vyšší. Iónové pohony však trvať príliš dlho, aby sa kozmická loď zrýchlila na významné rýchlosti, a najvyššia rýchlosť závisí od podpory paliva a výroby energie.
Preto, ak sa iónový pohon používa v misii v Proxima Centauri, motory musia mať silný zdroj energie (jadrová energia) a veľké zásoby paliva (aj keď menej ako konvenčné rakety). Ak však začnete s predpokladom, že 81,5 kg xenónového paliva sa premení na 56 000 km / h (a nebudú existovať žiadne iné formy pohybu), môžete vykonať výpočty.
Pri maximálnej rýchlosti 56 000 km / h by Deep Space 1 trvalo 81 000 rokov, aby prešlo 4,24 svetelných rokov medzi Zemou a Proxima Centauri. V čase je to asi 2700 generácií ľudí. Dá sa povedať, že medziplanetárny iónový pohon bude pre medzihviezdnu misiu s posádkou príliš pomalý.
Ak sú však iónové pohony väčšie a silnejšie (to znamená, že rýchlosť úniku iónov bude výrazne vyššia), ak je dostatok raketového paliva, ktoré je dostatočné pre celých 4,24 svetelných rokov, čas jazdy sa výrazne skráti. Bude to však oveľa dlhšie ako obdobie ľudského života.
Gravitačné manévrovanie
Najrýchlejší spôsob cestovania vo vesmíre je použitie gravitačného asistenta. Tento spôsob spočíva v tom, že kozmická loď využíva relatívny pohyb (t. J. Obežnú dráhu) a gravitáciu planéty na zmenu svojej cesty a rýchlosti. Gravitačné manévre sú veľmi užitočnou technikou pre vesmírny let, najmä ak sa na zrýchlenie používa Zem alebo iná masívna planéta (napríklad plynový gigant).
Kozmická loď Mariner 10 bola prvou, ktorá použila túto metódu, pomocou gravitačného ťahu Venuše, ktorá sa vo februári 1974 zrýchlila smerom k ortuti. V osemdesiatych rokoch sonda Voyager 1 používala Saturn a Jupiter na gravitačné manévre a zrýchlenie na 60 000 km / h, po ktorom nasledoval výjazd do medzihviezdneho priestoru.
Misia Helios 2, ktorá sa začala v roku 1976 a mala preskúmať medziplanetárne prostredie medzi 0,3 AU. e a la. To je, od Slnka, rekord pre najvyššiu rýchlosť vyvinutú pomocou gravitačného manévrovania. V tom čase Helios 1 (uvedený na trh v roku 1974) a Helios 2 držali rekord pre najbližší prístup k Slnku. Helios 2 bol vypustený konvenčnou raketou a nasadený na vysoko pretiahnutú obežnú dráhu.
V dôsledku veľkej excentricity (0,54) na 190-dennej slnečnej obežnej dráhe sa Helios 2 na perihelióne podarilo dosiahnuť maximálnu rýchlosť viac ako 240 000 km / h. Táto orbitálna rýchlosť bola vyvinutá iba gravitačnou príťažlivosťou Slnka. Z technického hľadiska nebola perihelionová rýchlosť Helios 2 výsledkom gravitačného manévru, ale maximálnej orbitálnej rýchlosti, ale zariadenie stále uchováva záznam pre najrýchlejší umelý objekt.
Keby sa Voyager 1 pohyboval smerom k červenému trpaslíkovi Proxima Centauri konštantnou rýchlosťou 60 000 km / h, na prekonanie tejto vzdialenosti by trvalo 76 000 rokov (alebo viac ako 2 500 generácií). Ak by však sonda mala dosiahnuť rekordnú rýchlosť Helios 2 - konštantnú rýchlosť 240 000 km / h - cestovanie 4 243 svetelných rokov by trvalo 19 000 rokov (alebo viac ako 600 generácií). Oveľa lepšie, aj keď nie takmer praktické.
Elektromagnetický motor EM Drive
Ďalším navrhovaným spôsobom pre medzihviezdny pohyb je vysokofrekvenčný motor s rezonančnou dutinou, tiež známy ako EM Drive. Navrhnutý už v roku 2001 Rogerom Scheuerom, britským vedcom, ktorý vytvoril spoločnosť Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) na realizáciu projektu, je motor založený na myšlienke, že elektromagnetické mikrovlnné dutiny môžu priamo premieňať elektrinu na ťah.
Zatiaľ čo tradičné elektromagnetické motory sú navrhnuté tak, aby poháňali špecifickú hmotu (napríklad ionizované častice), tento konkrétny pohonný systém nezávisí od reakcie hmoty a nevyžaruje smerové žiarenie. Všeobecne bol tento motor privítaný s veľkým množstvom skepticizmu, najmä preto, že porušuje zákon zachovania dynamiky, podľa ktorého hybnosť systému zostáva konštantná a nemôže byť vytvorená alebo zničená, ale zmenená iba pôsobením sily.
Napriek tomu nedávne experimenty s touto technológiou jednoznačne viedli k pozitívnym výsledkom. V júli 2014, na 50. spoločnej konferencii AIAA / ASME / SAE / ASEE v Clevelande v štáte Ohio, pokročilí vedci tryskových laboratórií NASA oznámili, že úspešne vyskúšali nový návrh elektromagnetického motora.
V apríli 2015 vedci z agentúry NASA Eagleworks (súčasť Johnsonovho vesmírneho centra) uviedli, že úspešne otestovali motor vo vákuu, čo by mohlo naznačovať možnú aplikáciu vo vesmíre. V júli toho istého roku skupina vedcov z divízie vesmírnych systémov Drážďanskej technickej univerzity vyvinula svoju vlastnú verziu motora a pozorovala hmatateľný ťah.
V roku 2010 začala profesorka Zhuang Yang z Northwestern Polytechnic University v Xi'an v Číne publikovať sériu článkov o svojom výskume technológie EM Drive. V roku 2012 vykázala vysoký príkon (2,5 kW) a pevný ťah 720 mn. V roku 2014 vykonala aj rozsiahle testy vrátane merania vnútornej teploty so vstavanými termočlánkami, ktoré ukázali, že systém funguje.
Podľa výpočtov založených na prototype NASA (ktorému bol udelený výkon 0,4 N / kilowatt) môže kozmická loď s elektromagnetickým pohonom vykonať výlet do Pluta za menej ako 18 mesiacov. Je to šesťkrát menej, ako vyžadovala sonda New Horizons, ktorá sa pohybovala rýchlosťou 58 000 km / h.
Znie to pôsobivo. Ale aj v tomto prípade bude loď s elektromagnetickými motormi lietať do Proxima Centauri 13 000 rokov. Zatvorte, ale stále nie je dosť. Okrem toho, kým nie sú v tejto technológii bodkované všetky bodky, je príliš skoro hovoriť o jej použití.
Jadrový tepelný a jadrový elektrický pohon
Ďalšou možnosťou na uskutočnenie medzihviezdneho letu je použitie kozmickej lode vybavenej jadrovými motormi. NASA tieto možnosti študuje už celé desaťročia. Jadrová termopohonná raketa by mohla použiť uránové alebo deutériové reaktory na ohrev vodíka v reaktore a ich premenu na ionizovaný plyn (vodíková plazma), ktorý by sa potom nasmeroval do trysky rakety, čím by sa generoval ťah.
Raketa s jadrovým pohonom obsahuje rovnaký reaktor, ktorý premieňa teplo a energiu na elektrickú energiu, ktorá potom poháňa elektrický motor. V obidvoch prípadoch sa raketa bude spoliehať skôr na jadrovú fúziu alebo jadrové štiepenie, než na chemické palivo, na ktorom fungujú všetky moderné vesmírne agentúry.
V porovnaní s chemickými motormi majú jadrové motory nesporné výhody. Po prvé, je to prakticky neobmedzená hustota energie v porovnaní s raketovým palivom. Okrem toho bude jadrový motor generovať viac ťahu ako množstvo použitého paliva. Tým sa zníži množstvo potrebného paliva a súčasne sa zníži hmotnosť a cena konkrétneho zariadenia.
Hoci tepelné jadrové motory ešte nevstúpili do vesmíru, ich prototypy boli vyvinuté a testované a ešte viac bolo navrhnutých.
Napriek výhodám z hľadiska úspory paliva a špecifického impulzu má najlepšie navrhovaná koncepcia jadrového tepelného motora maximálny špecifický impulz 5 000 sekúnd (50 kNs / kg). Vedci z NASA, ktorí využívajú jadrové motory poháňané štiepením alebo fúziou, môžu dodať kozmickú loď na Mars iba za 90 dní, ak je červená planéta vzdialená 55 000 000 kilometrov od Zeme.
Ale pokiaľ ide o cestu do Proxima Centauri, jadrová raketa bude trvať storočia, kým sa zrýchli na značnú časť rýchlosti svetla. Potom to bude trvať niekoľko desaťročí cesty a po nich mnoho ďalších storočí zábrany na ceste k cieľu. Stále sme 1000 rokov od nášho cieľa. Čo je dobré pre medziplanetárne misie, nie také dobré pre medzihviezdne misie.
- Časť 2 -