- Partea 2 -
La un moment dat în viața noastră, fiecare dintre noi ne-a pus această întrebare: cât timp să zboară spre stele? Este posibil să efectuați un astfel de zbor într-o singură viață umană, aceste zboruri pot deveni norma vieții de zi cu zi? Există multe răspunsuri la această întrebare dificilă, în funcție de cine întreabă. Unele sunt simple, altele sunt mai dificile. Pentru a găsi un răspuns definitiv, există prea multe lucruri de luat în considerare.
Din păcate, nu există estimări reale care să ajute la găsirea unui astfel de răspuns, iar acest lucru frustrează viitorii și pasionații de călătorie interstelară. Fie că ne place sau nu, spațiul este foarte mare (și complex), iar tehnologia noastră este încă limitată. Dar dacă vom decide vreodată să ne părăsim „cuibul de casă”, vom avea mai multe modalități de a ajunge la cel mai apropiat sistem stelar din galaxia noastră.
Cea mai apropiată stea de pe Pământul nostru este Soarele, destul de o stea „medie” conform schemei „secvenței principale” Hertzsprung-Russell. Aceasta înseamnă că steaua este foarte stabilă și oferă suficientă lumină solară pentru ca viața să se dezvolte pe planeta noastră. Știm că alte planete se învârt în jurul stelelor din apropierea sistemului nostru solar și multe dintre aceste stele sunt similare cu ale noastre.
Posibile lumi locuibile în Univers
În viitor, dacă umanitatea dorește să părăsească sistemul solar, vom avea o selecție uriașă de stele la care am putea merge, iar multe dintre ele pot avea condiții favorabile pentru viață. Dar unde mergem și cât ne va lua să ajungem acolo? Rețineți că toate acestea sunt speculații și nu există repere pentru călătoriile interstelare în acest moment. Ei bine, așa cum a spus Gagarin, hai să mergem! Videoclipul promoțional:
Ajunge pentru stea
După cum sa menționat deja, cea mai apropiată stea de sistemul nostru solar este Proxima Centauri și, prin urmare, are mult sens să începeți să planificați o misiune interstelară cu aceasta. Parte a sistemului triple stele Alpha Centauri, Proxima se află la 4,24 ani lumină (1,3 parsecs) de pe Pământ. Alpha Centauri este, de fapt, cea mai strălucitoare stea dintre cele trei din sistem, parte a unui sistem binar apropiat la 4,37 ani lumină de Pământ - în timp ce Proxima Centauri (cea mai slabă dintre cele trei) este o pitică roșie izolată aflată la 0,13 ani lumină. dintr-un sistem dual.
Și, în timp ce conversațiile despre călătoriile interstelare sugerează tot felul de călătorii mai rapide decât lumina (FAS), de la viteze de urgență la găuri de vierme până la motoare sub-spațiale, astfel de teorii sunt fie foarte fictive (cum ar fi motorul Alcubierre), fie există doar în știință-ficțiune. … Orice misiune în spațiul profund se va întinde pe generații de oameni.
Deci, începând cu una dintre cele mai lente forme de călătorie în spațiu, cât durează pentru a ajunge la Proxima Centauri?
Metode moderne
Problema estimării duratei călătoriei în spațiu este mult mai ușoară dacă tehnologiile și corpurile existente în sistemul nostru solar sunt implicate în el. De exemplu, folosind tehnologia folosită de misiunea New Horizons, 16 motoare mono-combustibil cu hidrazină, puteți ajunge pe Lună în doar 8 ore și 35 de minute.
Există, de asemenea, misiunea SMART-1 a Agenției Spațiale Europene, care a fost propulsată către Lună cu ajutorul impulsurilor ionice. Cu această tehnologie revoluționară, o variantă a cărei sondă spațială Dawn obișnuia să ajungă și la Vesta, misiunea SMART-1 a avut nevoie de un an, o lună și două săptămâni pentru a ajunge la Lună.
De la o rachetă spațială rapidă la o unitate economică cu ioni, avem câteva opțiuni pentru a vă deplasa în spațiul local - în plus, puteți utiliza Jupiter sau Saturn ca slingshot gravitațional uriaș. Cu toate acestea, dacă intenționăm să ajungem puțin mai departe, va trebui să consolidăm puterea tehnologiei și să explorăm noi posibilități.
Când vorbim despre metode posibile, vorbim despre cele care implică tehnologiile existente sau cele care încă nu există, dar care sunt realizabile din punct de vedere tehnic. Unele dintre ele, după cum veți vedea, sunt testate în timp și confirmate, în timp ce altele sunt încă în discuție. Pe scurt, ele reprezintă un scenariu de călătorie posibil, dar consumator de timp și costisitor, chiar și până la cea mai apropiată stea.
Mișcare ionică
În prezent, cea mai lentă și mai economică formă de motor este motorul cu ioni. Cu câteva decenii în urmă, propulsia ionică era considerată subiectul științei ficțiunii. Dar în ultimii ani, tehnologiile de susținere a propulsiei ionice s-au mutat de la teorie la practică și cu mare succes. Misiunea SMART-1 a Agenției Spațiale Europene este un exemplu de misiune de succes pe Lună în 13 luni de mișcare în spirală de pe Pământ.
SMART-1 a folosit propulsoare cu ioni solari, în care energia electrică a fost colectată de panourile solare și obișnuită să alimenteze propulsoarele cu efect Hall. A fost nevoie de doar 82 de kilograme de combustibil xenon pentru a duce SMART-1 pe lună. 1 kilogram de combustibil xenon asigură o delta-V de 45 m / s. Aceasta este o formă de mișcare extrem de eficientă, dar departe de cea mai rapidă.
Una din primele misiuni de utilizare a tehnologiei de propulsie ionică a fost misiunea Deep Space 1 la Comet Borrelli în 1998. DS1 a folosit, de asemenea, un motor cu ion xenon și a consumat 81,5 kg de combustibil. Timp de 20 de luni, DS1 a dezvoltat viteze de 56.000 km / h la trecerea cometei.
Motoarele cu ioni sunt mai economice decât tehnologiile rachetelor, deoarece tracțiunea lor pe masă unitară de combustibil rachetă (impuls specific) este mult mai mare. Dar propulsoarele cu ioni necesită mult timp pentru a accelera o navă spațială la viteze semnificative, iar viteza maximă depinde de suportul de combustibil și de generarea de energie.
Prin urmare, dacă propulsia ionică este utilizată într-o misiune către Proxima Centauri, motoarele trebuie să aibă o sursă puternică de energie (energie nucleară) și rezerve mari de combustibil (deși mai puțin decât rachetele convenționale). Dar dacă pornești de la presupunerea că 81,5 kg de combustibil xenon se traduce în 56.000 km / h (și nu vor exista alte forme de mișcare), poți face calcule.
La o viteză maximă de 56.000 km / h, Deep Space 1 ar avea nevoie de 81.000 de ani pentru a călători 4,24 ani-lumină între Pământ și Proxima Centauri. În timp, aceasta este de aproximativ 2700 de generații de oameni. Este sigur să spunem că acțiunea de ioni interplanetari va fi prea lentă pentru o misiune interstelară cu echipaj.
Dar dacă propulsoarele cu ioni sunt mai mari și mai puternice (adică rata de ieșire a ionilor va fi semnificativ mai mare), dacă există suficient combustibil pentru rachetă, care este suficient pentru toți cei 4,24 ani-lumină, timpul de călătorie va fi redus semnificativ. Dar, la fel, va fi mult mai mult decât perioada vieții umane.
Manevra gravitației
Cea mai rapidă modalitate de a călători în spațiu este de a utiliza asistența gravitațională. Această metodă implică nava spațială folosind mișcarea relativă (adică, orbita) și gravitația planetei pentru a-și modifica calea și viteza. Manevrele gravitaționale sunt o tehnică extrem de utilă pentru zborul în spațiu, în special atunci când se utilizează Pământul sau o altă planetă masivă (precum un gigant pe gaz) pentru accelerare.
Nava spațială Mariner 10 a fost prima care a utilizat această metodă, folosind atracția gravitațională a lui Venus pentru a accelera spre Mercur în februarie 1974. În anii 1980, sonda Voyager 1 a folosit Saturn și Jupiter pentru manevre gravitaționale și accelerare la 60.000 km / h, urmată de o ieșire în spațiul interstelar.
Misiunea Helios 2, care a început în 1976 și trebuia să exploreze mediul interplanetar între 0,3 AU. e. și 1 a. Aceasta este, de la Soare, recordul pentru cea mai mare viteză dezvoltată folosind o manevră gravitațională. La acea vreme, Helios 1 (lansat în 1974) și Helios 2 dețineau recordul pentru cea mai apropiată apropiere de Soare. Helios 2 a fost lansat de o rachetă convențională și pus într-o orbită extrem de alungită.
Datorită excentricității mari (0,54) a orbitei solare de 190 de zile, la perihelion Helios 2 a reușit să atingă o viteză maximă de peste 240.000 km / h. Această viteză orbitală a fost dezvoltată doar prin atracția gravitațională a Soarelui. Tehnic, viteza de perihelion a Helios 2 nu a fost rezultatul asistenței gravitaționale, ci a vitezei orbitale maxime, dar dispozitivul mai păstrează recordul pentru cel mai rapid obiect artificial.
Dacă Voyager 1 s-ar îndrepta spre piticul roșu Proxima Centauri cu o viteză constantă de 60.000 km / h, ar fi nevoie de 76.000 de ani (sau mai mult de 2.500 de generații) pentru a parcurge această distanță. Dar dacă sonda ar atinge viteza record a Helios 2 - o viteză constantă de 240.000 km / h - ar fi nevoie de 19.000 de ani (sau mai mult de 600 de generații) pentru a parcurge 4.243 de ani-lumină. Mult mai bine, deși nu aproape practic.
Motor electromagnetic Drive EM
O altă metodă propusă pentru deplasarea interstelară este un motor rezonant de frecvență radio cu cavitate rezonantă, cunoscut și sub denumirea de EM Drive. Propus în 2001 de Roger Scheuer, un om de știință britanic care a creat Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) pentru proiect, motorul se bazează pe ideea că cavitățile cu microunde electromagnetice pot converti electricitatea în impuls.
În timp ce motoarele electromagnetice tradiționale sunt proiectate pentru a propulsa o masă specifică (cum ar fi particule ionizate), acest sistem de propulsie particular nu depinde de reacția masei și nu emite radiații direcționale. În general, acest motor a fost întâmpinat cu o cantitate corectă de scepticism, în mare măsură pentru că încalcă legea conservării momentului, potrivit căruia impulsul unui sistem rămâne constant și nu poate fi creat sau distrus, ci doar schimbat sub acțiunea forței.
Cu toate acestea, experimentele recente cu această tehnologie au dus în mod clar la rezultate pozitive. În iulie 2014, la cea de-a 50-a Conferință comună de propulsie AIAA / ASME / SAE / ASEE de la Cleveland, Ohio, oamenii de știință avansați ai jetului NASA au anunțat că au testat cu succes un nou design al motorului electromagnetic.
În aprilie 2015, oamenii de știință de la NASA Eagleworks (parte a Johnson Space Center) au declarat că au testat cu succes motorul în vid, ceea ce ar putea indica o posibilă utilizare în spațiu. În luna iulie a acelui an, un grup de oameni de știință din cadrul Diviziei Sisteme Spațiale a Universității de Tehnologie din Dresda și-au dezvoltat propria versiune a motorului și au observat o tracțiune tangibilă.
În 2010, profesorul Zhuang Yang de la Universitatea Politehnică de Nord-Vest din Xi'an, China, a început să publice o serie de articole despre cercetarea ei asupra tehnologiei EM Drive. În 2012, a raportat o putere mare de intrare (2,5 kW) și o tracțiune fixă de 720 mn. În 2014, ea a efectuat, de asemenea, teste ample, inclusiv măsurători interne ale temperaturii cu termocuple încorporate, care au arătat că sistemul funcționează.
Conform calculelor bazate pe prototipul NASA (căruia i s-a acordat o putere de 0,4 N / kilowatt), o navă spațială cu electromagnetism poate face o călătorie în Pluto în mai puțin de 18 luni. Aceasta este de șase ori mai mică decât cea cerută de sonda New Horizons, care se deplasa cu o viteză de 58.000 km / h.
Pare impresionant. Dar chiar și în acest caz, nava de pe motoarele electromagnetice va zbura către Proxima Centauri timp de 13.000 de ani. Aproape, dar încă nu este suficient. În plus, până când toate punctele sunt punctate în această tehnologie, este prea devreme să vorbim despre utilizarea acesteia.
Propulsie nucleară termică și electrică
O altă posibilitate de a efectua un zbor interstelar este utilizarea unei nave spațiale echipate cu motoare nucleare. NASA a studiat astfel de opțiuni de zeci de ani. O rachetă nucleară de propulsie termică ar putea folosi reactoare de uraniu sau deuteriu pentru a încălzi hidrogenul în reactor, transformându-l în gaz ionizat (plasma de hidrogen), care ar fi apoi direcționată în duza rachetă, generând o împingere.
O rachetă cu energie nucleară include același reactor, care transformă căldura și energia în energie electrică, care alimentează apoi motorul electric. În ambele cazuri, racheta se va baza pe fuziunea nucleară sau fisiunea nucleară pentru a crea forță, mai degrabă decât pe combustibilul chimic pe care operează toate agențiile spațiale moderne.
Comparativ cu motoarele chimice, motoarele nucleare au avantaje incontestabile. În primul rând, este o densitate de energie practic nelimitată comparativ cu rachetele. În plus, motorul nuclear va genera, de asemenea, mai multă forță decât cantitatea de combustibil utilizat. Aceasta va reduce cantitatea de combustibil necesară și, în același timp, greutatea și costul unui anumit aparat.
Deși motoarele cu energie nucleară termică nu au intrat încă în spațiu, prototipurile lor au fost create și testate și chiar au fost propuse mai multe.
Și totuși, în ciuda avantajelor economiei de combustibil și a impulsului specific, cel mai bun dintre conceptele propuse de motorul termic nuclear are un impuls specific specific de 5000 de secunde (50 kNs / kg). Folosind motoare nucleare alimentate de fisiune sau fuziune nucleară, oamenii de știință NASA ar putea livra o navă spațială pe Marte în doar 90 de zile dacă Planeta Roșie se află la 55.000.000 de kilometri de Pământ.
Dar când vine vorba de călătoria către Proxima Centauri, o rachetă nucleară va dura secole pentru a accelera până la o fracțiune semnificativă a vitezei luminii. Apoi vor trece câteva decenii ale drumului, iar după ele mai multe secole de inhibiție în drumul către obiectiv. Mai suntem la 1000 de ani de la destinație. Ce este bun pentru misiunile interplanetare, nu este atât de bun pentru misiunile interstelare.
- Partea 2 -
