- Del 2 -
På et tidspunkt i livene våre spurte hver av oss dette spørsmålet: hvor lenge vi skal fly til stjernene? Er det mulig å gjennomføre en slik flytur i ett menneskeliv, kan slike flyreiser bli normen i hverdagen? Det er mange svar på dette vanskelige spørsmålet, avhengig av hvem som spør. Noen er enkle, andre er vanskeligere. For å finne et definitivt svar er det for mange ting å vurdere.
Dessverre eksisterer det ingen reelle estimater som kan bidra til å finne et slikt svar, og dette frustrerer futurister og interstellare reiseentusiaster. Enten vi liker det eller ikke, er plassen veldig stor (og kompleks), og teknologien vår er fremdeles begrenset. Men hvis vi noen gang bestemmer oss for å forlate vårt "hjem rede", vil vi ha flere måter å komme til nærmeste stjernesystem i galaksen vår.
Den nærmeste stjernen til Jorden vår er Solen, ganske "gjennomsnittlig" stjerne i henhold til Hertzsprung-Russell "hovedsekvens" -skjema. Dette betyr at stjernen er veldig stabil og gir nok sollys til at livet kan utvikle seg på planeten vår. Vi vet at andre planeter kretser rundt stjernene i nærheten av solsystemet vårt, og mange av disse stjernene ligner våre egne.
Mulige beboelige verdener i universet
I fremtiden, hvis menneskeheten ønsker å forlate solsystemet, vil vi ha et stort utvalg av stjerner vi kan gå til, og mange av dem kan godt ha gunstige livsvilkår. Men hvor skal vi, og hvor lang tid vil det ta oss å komme dit? Husk at alt dette er spekulasjoner og at det ikke er noen landemerker for interstellare reiser på dette tidspunktet. Vel, som Gagarin sa, la oss gå! Kampanjevideo:
Nå etter stjernen
Som allerede nevnt er den nærmeste stjernen til solsystemet vårt Proxima Centauri, og det gir derfor mye mening å begynne å planlegge et interstellært oppdrag med det. Proxima er en del av Alpha Centauri trippelstjernersystem, og er 4,24 lysår (1,3 parsecs) fra Jorden. Alpha Centauri er faktisk den lyseste stjernen av de tre i systemet, en del av et nært binært system 4.37 lysår fra Jorden - mens Proxima Centauri (den dimmeste av de tre) er en isolert rød dverg 0,13 lysår unna. fra et dobbelt system.
Og mens samtaler om interstellare reiser inspirerer tanker om alle slags raskere enn lett reise (FSS), fra varphastigheter og ormehull til undermiljømotorer, er slike teorier enten svært fiktive (som Alcubierre-motoren) eller eksisterer bare i science fiction … Ethvert oppdrag til dype rom vil strekke seg over generasjoner av mennesker.
Så, med en av de tregeste formene for romfart, hvor lang tid tar det å komme til Proxima Centauri?
Moderne metoder
Spørsmålet om å estimere varigheten av reise i rommet er mye enklere hvis eksisterende teknologier og organer i solsystemet vårt er involvert i det. For eksempel ved å bruke teknologien som brukes av New Horizons-oppdraget, 16 hydrazin-mono-fuel-motorer, kan du nå månen på bare 8 timer og 35 minutter.
Det finnes også Det europeiske romfartsorganets SMART-1-oppdrag, som ble fremdrevet mot månen ved hjelp av ionestøt. Med denne revolusjonerende teknologien, en variant som romsonden Dawn også brukte til å nå Vesta, tok SMART-1 et år, en måned og to uker å nå månen.
Fra et raskt rakettfartøy til en økonomisk ionestasjon, vi har et par alternativer for å komme deg rundt i lokalrommet - pluss at du kan bruke Jupiter eller Saturn som en gigantisk tyngdekraftsprang. Likevel, hvis vi planlegger å komme litt lenger, vil vi måtte bygge opp kraften i teknologi og utforske nye muligheter.
Når vi snakker om mulige metoder, snakker vi om de som involverer eksisterende teknologier, eller de som ennå ikke eksisterer, men som er teknisk gjennomførbare. Noen av dem er, som du vil se, tidstestet og bekreftet, mens andre fremdeles er i spørsmål. Kort sagt representerer de et mulig, men veldig tidkrevende og kostbart scenario med å reise til nærmeste stjerne.
Ionisk bevegelse
For øyeblikket er den tregeste og mest økonomiske formen for motoren ionemotoren. For flere tiår siden ble ionisk fremdrift ansett som temaet science fiction. Men de siste årene har ionepropulsjonstøtteteknologier gått fra teori til praksis, og med stor suksess. SMART-1-oppdraget fra European Space Agency er et eksempel på et vellykket oppdrag til Månen i 13 måneder med spiralbevegelse fra Jorden.
SMART-1 brukte solar ion-thrustere, der elektrisitet ble samlet inn av solcellepaneler og brukt til å drive Hall effekt-thrustere. Det tok bare 82 kilo xenon drivstoff for å få SMART-1 til månen. 1 kilo xenon drivstoff gir en delta-V på 45 m / s. Dette er en ekstremt effektiv bevegelsesform, men langt fra den raskeste.
Et av de første oppdragene som tok i bruk fremdriftsteknologi for ionene, var Deep Space 1-oppdraget til Comet Borrelli i 1998. DS1 brukte også en xenon-ion-motor og forbrukte 81,5 kg drivstoff. I 20 måneders skyvekraft utviklet DS1 hastigheter på 56 000 km / t på tidspunktet for kometens passering.
Ionmotorer er mer økonomiske enn rakettteknologier fordi deres drivkraft per massen av rakettdrivstoff (spesifikk impuls) er mye høyere. Men ionetrustere tar lang tid å akselerere et romfartøy til betydelige hastigheter, og toppfarten avhenger av drivstoffstøtte og kraftproduksjon.
Derfor, hvis ionepropulsjon brukes i et oppdrag til Proxima Centauri, må motorene ha en kraftig energikilde (kjernekraft) og store reserver av drivstoff (selv om det er mindre enn konvensjonelle raketter). Men hvis vi tar utgangspunkt i at 81,5 kg xenon drivstoff oversettes til 56 000 km / t (og det ikke vil være andre former for bevegelse), kan det gjøres beregninger.
Med en toppfart på 56.000 km / t ville Deep Space 1 ta 81 000 år å reise 4,24 lysår mellom Jorden og Proxima Centauri. Med tiden handler dette om 2700 generasjoner mennesker. Det er trygt å si at det interplanetære ionedrevet vil være for tregt for et bemannet interstellært oppdrag.
Men hvis ionetrusterne er større og kraftigere (det vil si at utløpshastigheten til ionene vil være betydelig høyere), hvis det er nok rakettdrivstoff, som er nok for hele 4,24 lysår, vil reisetiden reduseres betydelig. Men det samme vil det være mye lengre enn perioden med menneskeliv.
Tyngdekraftsmanøver
Den raskeste måten å reise i verdensrommet er å bruke tyngdekraften. Denne metoden involverer romskipet som bruker den relative bevegelsen (dvs. bane) og tyngdekraften til planeten for å endre sin bane og hastighet. Gravitasjonsmanøvrer er en ekstremt nyttig teknikk for romflukt, spesielt når du bruker Jorden eller en annen massiv planet (som en gassgigant) for akselerasjon.
Mariner 10-romfartøyet var den første som brukte denne metoden, ved å bruke tyngdekraften til Venus for å akselerere mot Merkur i februar 1974. På 1980-tallet brukte sonden Voyager 1 Saturn og Jupiter for gravitasjonsmanøvrer og akselerasjon til 60.000 km / t, fulgt av en avkjørsel inn i det interstellare rommet.
Helios 2-oppdraget, som begynte i 1976 og skulle utforske det interplanetære miljøet mellom 0,3 AU. e. og 1 a. Det vil si fra solen, rekorden for høyeste hastighet utviklet ved hjelp av en gravitasjonsmanøver. På den tiden holdt Helios 1 (lansert i 1974) og Helios 2 rekorden for den nærmeste tilnærmingen til Solen. Helios 2 ble skutt opp av en konvensjonell rakett og satt i en svært langstrakt bane.
På grunn av den store eksentrisiteten (0,54) av den 190-dagers solbane, klarte Helios 2 å nå en maksimal hastighet på over 240 000 km / t på perihelion. Denne banehastigheten ble utviklet bare av tyngdekraftsattraksjonen til Solen. Teknisk sett var perihelionshastigheten til Helios 2 ikke et resultat av tyngdekraften, men den maksimale orbitalhastigheten, men enheten har fremdeles rekorden for den raskeste kunstige gjenstanden.
Hvis Voyager 1 beveget seg mot den røde dvergen Proxima Centauri med en konstant hastighet på 60 000 km / t, ville det ta 76 000 år (eller mer enn 2500 generasjoner) å dekke den avstanden. Men hvis sonden skulle oppnå rekordhastigheten til Helios 2 - en konstant hastighet på 240.000 km / t - ville det ta 19.000 år (eller mer enn 600 generasjoner) å reise 4243 lysår. Mye bedre, men ikke på langt nær praktisk.
Elektromagnetisk motor EM Drive
En annen foreslått metode for interstellare kjøreturer er en resonans hulrom radiofrekvensmotor, også kjent som EM Drive. Proposen tilbake i 2001 av Roger Scheuer, en britisk vitenskapsmann som opprettet Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) for å implementere prosjektet, er motoren basert på ideen om at elektromagnetiske mikrobølgehulrom direkte kan konvertere elektrisitet til drivkraft.
Mens tradisjonelle elektromagnetiske motorer er designet for å drive en spesifikk masse (for eksempel ioniserte partikler), er ikke dette bestemte fremdriftssystemet avhengig av reaksjonen i massen og avgir ikke retningsbestråling. Generelt ble denne motoren møtt med en god del skepsis, hovedsakelig fordi den bryter loven om bevaring av fart, hvorved systemets momentum forblir konstant og ikke kan skapes eller ødelegges, men bare endres under kraftens handling.
Likevel har nylige eksperimenter med denne teknologien helt klart ført til positive resultater. I juli 2014, på den 50. AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference i Cleveland, Ohio, kunngjorde NASAs avanserte jetforskere at de med suksess hadde testet en ny elektromagnetisk motordesign.
I april 2015 sa forskere ved NASA Eagleworks (del av Johnson Space Center) at de med hell hadde testet motoren i et vakuum, noe som kan indikere en mulig bruk i verdensrommet. I juli samme år utviklet en gruppe forskere fra romfartsavdelingen ved Dresden teknologiske universitet sin egen versjon av motoren og observerte håndgripelig skyvekraft.
I 2010 begynte professor Zhuang Yang ved Northwestern Polytechnic University i Xi'an, Kina, å publisere en serie artikler om sin forskning på EM Drive-teknologi. I 2012 rapporterte den om høy inngangseffekt (2,5 kW) og en fast skyvekraft på 720 mn. I 2014 gjennomførte hun også omfattende tester, inkludert interne temperaturmålinger med innebygde termoelementer, som viste at systemet fungerte.
I henhold til beregninger basert på NASA-prototypen (som fikk en effektrangering på 0,4 N / kilowatt), kan et elektromagnetisk drevet romskip gjøre en tur til Pluto på under 18 måneder. Dette er seks ganger mindre enn det som kreves av New Horizons-sonden, som beveget seg med en hastighet på 58.000 km / t.
Høres imponerende ut. Men selv i dette tilfellet vil skipet på elektromagnetiske motorer fly til Proxima Centauri i 13 000 år. Tett, men likevel ikke nok. I tillegg til det er prikkene i denne teknologien, er det for tidlig å snakke om bruken.
Nukleær termisk og nukleær elektrisk fremdrift
En annen mulighet for å utføre en interstellar flyvning er å bruke et romskip utstyrt med kjernefysiske motorer. NASA har studert slike alternativer i flere tiår. En kjernefysisk termisk fremdriftsrakett kan bruke uran- eller deuteriumreaktorer til å varme opp hydrogen i reaktoren og omdanne den til ionisert gass (hydrogenplasma), som deretter vil bli ført inn i rakettdysen og generere skyvekraft.
En kjernekraftdrevet rakett inkluderer den samme reaktoren, som konverterer varme og energi til elektrisitet, som deretter driver den elektriske motoren. I begge tilfeller vil raketten stole på atomfusjon eller kjernefysisk fisjon for å skape skyvekraft, snarere enn det kjemiske drivstoffet som alle moderne romfartsorganer opererer på.
Sammenlignet med kjemiske motorer har kjernefysiske motorer ubestridelige fordeler. For det første er det praktisk talt ubegrenset energitetthet sammenlignet med rakettdrivstoff. I tillegg vil kjernefysiske motorer også generere mer skyvkraft enn mengden drivstoff som brukes. Dette vil redusere mengden drivstoff som kreves, og samtidig vekten og kostnadene til et bestemt apparat.
Selv om termiske kjernekraftmotorer ennå ikke har kommet inn i verdensrommet, har prototypene blitt opprettet og testet, og enda flere er blitt foreslått.
Til tross for fordelene med drivstofføkonomi og spesifikk impuls, har det beste av de foreslåtte kjernevarmotorkonseptene en maksimal spesifikk impuls på 5000 sekunder (50 kNs / kg). Ved å bruke atommotorer drevet av fisjon eller fusjon, kunne forskere fra NASA levere et romfartøy til Mars på bare 90 dager hvis den røde planeten ligger 55.000.000 kilometer fra Jorden.
Men når det kommer til reise til Proxima Centauri, vil en atomrakett ta århundrer å akselerere til en betydelig brøkdel av lysets hastighet. Da vil det ta flere tiår av veien, og etter dem mange flere århundrer med hemming på vei mot målet. Vi er fortsatt 1000 år fra vår destinasjon. Hva er bra for interplanetære oppdrag, ikke så bra for interstellare oppdrag.
- Del 2 -
