Forfatteren av artikkelen forteller i detalj om fire lovende teknologier som gir mennesker muligheten til å nå ethvert sted i universet i løpet av ett menneskeliv. Til sammenligning: med bruk av moderne teknologi vil veien til et annet stjernesystem ta omtrent 100 tusen år.
Helt siden mennesket først så ut på nattehimmelen, drømmer vi om å besøke andre verdener og se universet. Og mens våre kjemiskdrevne raketter allerede har nådd mange planeter, måner og andre kropper i solsystemet, dekket romskipet lengst fra Jorden, Voyager 1, bare 22,3 milliarder kilometer. Dette er bare 0,056% av avstanden til nærmeste kjente stjernesystem. Ved å bruke moderne teknologi vil veien til et annet stjernesystem ta omtrent 100 tusen år.
Det er imidlertid ikke nødvendig å handle slik vi alltid har gjort. Effektiviteten av å sende kjøretøy med stor nyttelastmasse, selv med folk om bord, over enestående avstander i universet kan forbedres betydelig hvis riktig teknologi brukes. Mer spesifikt er det fire lovende teknologier som kan få oss til stjernene på mye kortere tid. Her er de.
1). Atomteknologi. Så langt i menneskehetens historie har alt romfartøy som ble lansert i verdensrommet en ting til felles: en kjemisk drevet motor. Ja, rakettdrivstoff er en spesiell blanding av kjemikalier designet for å gi maksimal skyvkraft. Uttrykket "kjemikalier" er viktig her. Reaksjonene som gir energi til motoren er basert på omfordeling av bindinger mellom atomer.
Dette begrenser våre handlinger fundamentalt! Det overveldende flertallet av massen til et atom faller på kjernen - 99,95%. Når en kjemisk reaksjon begynner, blir elektronene som kretser rundt atomene omdistribuert og frigjør vanligvis som energi omtrent 0,0001% av den totale massen av atomene som deltar i reaksjonen, i følge Einsteins berømte ligning: E = mc2. Dette betyr at for hver kilo drivstoff som lastes i raketten, under reaksjonen, får du energi tilsvarer omtrent 1 milligram.
Imidlertid, hvis kjernefysiske raketter brukes, vil situasjonen være dramatisk annerledes. I stedet for å stole på endringer i konfigurasjonen av elektroner og hvordan atomer binder seg til hverandre, kan du frigjøre en relativt enorm mengde energi ved å påvirke hvordan atomkjernene er koblet til hverandre. Når du klyver et uranatom ved å bombardere det med nøytroner, avgir det mye mer energi enn noen kjemisk reaksjon. 1 kilo uran-235 kan frigjøre en mengde energi som tilsvarer 911 milligram masse, som er nesten tusen ganger mer effektiv enn kjemisk drivstoff.
Vi kan gjøre motorene enda mer effektive hvis vi mestrer kjernefusjon. For eksempel et system med treghetskontrollert termonukleær fusjon, med hjelp av det vil være mulig å syntetisere hydrogen til helium, oppstår en slik kjedereaksjon på solen. Syntese av 1 kilo hydrogendrivstoff til helium vil konvertere 7,5 kilo masse til ren energi, som er nesten 10 tusen ganger mer effektiv enn kjemisk drivstoff.
Tanken er å få den samme akselerasjonen for en rakett i en mye lengre periode: hundrevis eller til og med tusenvis av ganger lenger enn nå, noe som vil tillate dem å utvikle hundrevis eller tusenvis av ganger raskere enn konvensjonelle raketter nå. En slik metode ville redusere tiden for den interstellare flyvningen til hundrevis eller til og med titalls år. Dette er en lovende teknologi som vi vil kunne bruke innen 2100, avhengig av tempo og retning for vitenskapens utvikling.
Salgsfremmende video:
2). En stråle av kosmiske lasere. Denne ideen er kjernen i Breakthrough Starshot-prosjektet som fikk prominens for flere år siden. Gjennom årene har ikke konseptet mistet attraktiviteten. Mens en konvensjonell rakett bærer drivstoff med seg og bruker den for å akselerere, er nøkkelideen med denne teknologien en stråle av kraftige lasere som vil gi romskipet den nødvendige impuls. Med andre ord, kilden til akselerasjon vil bli koblet fra selve skipet.
Dette konseptet er både spennende og revolusjonerende på mange måter. Laserteknologier utvikler seg vellykket og blir ikke bare kraftigere, men også sterkt kollimert. Så hvis vi lager et seillignende materiale som reflekterer en høy nok prosentandel laserlys, kan vi bruke et laserskudd for å få romskipet til å utvikle kolossale hastigheter. Et "romskip" som veier ~ 1 gram forventes å nå en hastighet på ~ 20% av lysets hastighet, noe som vil tillate det å fly til nærmeste stjerne, Proxima Centauri, på bare 22 år.
For dette må vi selvfølgelig lage en enorm laserstråle (ca. 100 km2), og dette må gjøres i verdensrommet, selv om dette er mer et kostnadsproblem enn teknologi eller vitenskap. Imidlertid er det en rekke problemer som må overvinnes for å kunne gjennomføre et slikt prosjekt. Blant dem:
- et seil som ikke støttes vil rotere, det kreves en slags (ennå ikke utviklet) stabiliseringsmekanisme;
- manglende evne til å bremse når destinasjonspunktet er nådd, siden det ikke er drivstoff om bord;
- selv om det viser seg å skalere enheten for å transportere mennesker, vil en person ikke kunne overleve med en enorm akselerasjon - en betydelig forskjell i hastighet på kort tid.
Kanskje en dag teknologien vil kunne ta oss til stjernene, men det er ingen vellykket metode for en person å nå en hastighet som tilsvarer ~ 20% av lysets hastighet.
3). Antimateriell drivstoff. Hvis vi fortsatt ønsker å ta med oss drivstoff, kan vi gjøre det mest mulig effektivt: det vil være basert på utslettelse av partikler og antipartikler. I motsetning til kjemiske eller kjernefysiske drivstoff, hvor bare en brøkdel av massen om bord blir omdannet til energi, bruker partikkel-antipartikkel-utslettelse 100% av massen til både partikler og antipartikler. Evnen til å konvertere alt drivstoff til pulserende energi er det høyeste nivået av drivstoffeffektivitet.
Det oppstår vanskeligheter ved anvendelse av denne metoden i praksis på tre hovedområder. Nærmere bestemt:
- etablering av stabilt nøytralt antimaterie;
- evnen til å isolere den fra vanlig materie og nøyaktig kontrollere den;
- produsere antimaterie i store nok mengder for interstellar flyging.
Heldigvis jobbes det allerede med de to første utgavene.
Den europeiske organisasjonen for kjernefysisk forskning (CERN), hjemsted for Large Hadron Collider, har et enormt kompleks kjent som "antimaterifabrikken". Der undersøker seks uavhengige team av forskere egenskapene til antimateriell. De tar antiprotoner og bremser dem, og tvinger positronen til å binde seg til dem. Slik skapes antatomer eller nøytralt antimaterie.
De isolerer disse antatomene i en beholder med varierende elektriske og magnetiske felt som holder dem på plass, vekk fra veggene i en beholder laget av materie. Nå, medio 2020, har de vellykket isolert og stabilt flere antatomer i en time av gangen. I løpet av de neste årene vil forskere kunne kontrollere bevegelsen av antimaterie i gravitasjonsfeltet.
Denne teknologien vil ikke være tilgjengelig for oss i løpet av en nær fremtid, men det kan vise seg at vår raskeste måte å opprette interstellare reiser er en antimateriell rakett.
4). Starship på mørk materie. Dette alternativet er helt sikkert avhengig av antagelsen om at enhver partikkel som er ansvarlig for mørk materie oppfører seg som en boson og er sin egen antipartikkel. I teorien har mørk materie, som er dens egen antipartikkel, en liten, men ikke null, sjanse til å utslette med enhver annen partikkel av mørk materie som kolliderer med den. Vi kan potensielt bruke energien som frigjøres som et resultat av kollisjonen.
Det er mulig bevis for dette. Som et resultat av observasjoner har det blitt slått fast at Melkeveien og andre galakser har et uforklarlig overskudd av gammastråling som kommer fra deres senter, hvor konsentrasjonen av mørk energi skal være den høyeste. Det er alltid muligheten for at det er en enkel astrofysisk forklaring på dette, for eksempel pulsarer. Imidlertid er det mulig at dette fremdeles er mørk materie som ødelegger for seg selv i sentrum av galaksen, og dermed gir oss en utrolig idé - et stjerneskip på mørk materie.
Fordelen med denne metoden er at mørk materie eksisterer bokstavelig talt overalt i galaksen. Dette betyr at vi ikke trenger å ta med oss drivstoff på turen. I stedet kan den mørke energien "reaktor" ganske enkelt gjøre følgende:
- ta mørk materie som er i nærheten;
- akselerere ødeleggelsen eller la den ødelegge naturlig;
- omdirigere den mottatte energien for å få fart i hvilken som helst ønsket retning.
Et menneske kunne kontrollere størrelsen og kraften til reaktoren for å oppnå de ønskede resultatene.
Uten behov for drivstoff om bord vil mange av problemene med fremdriftsdrevet romfart forsvinne. I stedet vil vi kunne oppnå den elskede drømmen om enhver reise - ubegrenset konstant akselerasjon. Dette vil gi oss den mest utenkelige evnen - muligheten til å nå ethvert sted i universet i løpet av ett menneskeliv.
Hvis vi begrenser oss til eksisterende rakettteknologier, vil vi trenge minst titusenvis av år på å reise fra Jorden til nærmeste stjernesystem. Imidlertid er betydelige fremskritt innen motorteknologi nærme hånden, og de vil redusere reisetidene til ett menneskeliv. Hvis vi kan håndtere bruken av kjernefysisk brensel, kosmiske laserstråler, antimateriell eller til og med mørk materie, vil vi oppfylle vår egen drøm og bli en rom-sivilisasjon uten bruk av forstyrrende teknologier som varpdrev.
Det er mange potensielle måter å gjøre vitenskapsbaserte ideer om til realiserte neste generasjons motorteknologier. Det er ganske mulig at innen slutten av århundret et romskip, som ennå ikke er oppfunnet, vil innta stedet for New Horizons, Pioneer og Voyager som de fjerneste menneskeskapte gjenstandene fra Jorden. Vitenskapen er allerede klar. Det gjenstår for oss å se lenger enn vår nåværende teknologi og gjøre denne drømmen til virkelighet.
