- Část 2 -
V určitém okamžiku našeho života se každý z nás zeptal na tuto otázku: jak dlouho bude létat ke hvězdám? Je možné provést takový let v jednom lidském životě, mohou se takové lety stát normou každodenního života? Na tuto obtížnou otázku existuje mnoho odpovědí v závislosti na tom, kdo se ptá. Některé jsou jednoduché, jiné obtížnější. Abychom našli konečnou odpověď, je třeba zvážit příliš mnoho věcí.
Bohužel neexistují žádné skutečné odhady, které by pomohly najít takovou odpověď, a to je frustrující pro futuristy a mezihvězdné nadšence cestování. Ať se nám to líbí nebo ne, prostor je velmi velký (a složitý) a naše technologie je stále omezená. Ale pokud se někdy rozhodneme opustit naše „domácí hnízdo“, budeme mít několik způsobů, jak se dostat k nejbližšímu hvězdnému systému v naší galaxii.
Nejbližší hvězdou naší Země je Slunce, což je docela „průměrná“hvězda podle schématu „hlavní sekvence“Hertzsprung-Russella. To znamená, že hvězda je velmi stabilní a poskytuje dostatek slunečního světla pro život na rozvoj naší planety. Víme, že kolem planet v blízkosti naší sluneční soustavy se točí jiné planety a mnoho z těchto hvězd je podobných našim.
Možné obyvatelné světy ve vesmíru
Pokud si lidstvo v budoucnu přeje opustit sluneční soustavu, budeme mít obrovský výběr hvězd, ke kterým bychom mohli jít, a mnoho z nich může mít příznivé životní podmínky. Kam ale jdeme a jak dlouho to bude trvat, než se tam dostaneme? Mějte na paměti, že se jedná o veškeré spekulace a v současné době neexistují žádné mezníky pro mezihvězdné cestování. Jak řekl Gagarin, pojďme! Propagační video:
Oslovte hvězdu
Jak již bylo uvedeno, nejbližší hvězdou naší sluneční soustavy je Proxima Centauri, a proto má velký smysl začít s ní plánovat mezihvězdnou misi. Jako součást trojhvězdného systému Alpha Centauri je Proxima vzdálena 4,24 světelných let (1,3 parsec) od Země. Alpha Centauri je v podstatě nejjasnější hvězdou tří v systému, součástí blízkého binárního systému 4,37 světelných let od Země - zatímco Proxima Centauri (nejtlumnější ze tří) je izolovaný červený trpaslík 0,13 světelných let daleko. z duálního systému.
A zatímco konverzace o mezihvězdném cestování naznačují všechny druhy rychlejšího než lehkého (FAS) cestování, od warpových rychlostí a červí díry až po podprostorové motory, takové teorie jsou buď vysoce smyšlené (jako Alcubierreho motor), nebo existují pouze ve sci-fi. … Každá mise do hlubokého vesmíru se bude rozpínat po generace lidí.
Takže, počínaje jednou z nejpomalejších forem kosmického cestování, jak dlouho trvá dostat se do Proxima Centauri?
Moderní metody
Otázka odhadu délky cestování ve vesmíru je mnohem snazší, pokud se do ní zapojují stávající technologie a těla naší sluneční soustavy. Například pomocí technologie používané v misi New Horizons, 16 hydrazinových jednopalivových motorů, se můžete dostat na Měsíc za pouhých 8 hodin a 35 minut.
Existuje také mise Evropské kosmické agentury SMART-1, která byla poháněna k Měsíci pomocí iontového tahu. S touto revoluční technologií, jejíž variantou kosmická sonda Dawn také dosáhla na Vesta, trvalo SMART-1 rok, měsíc a dva týdny, než dosáhl Měsíce.
Od rychlé raketové kosmické lodi po ekonomickou iontovou jednotku máme několik možností, jak obejít místní vesmír - a navíc můžete použít Jupiter nebo Saturn jako obří gravitační prak. Nicméně, pokud máme v plánu dostat se trochu dále, budeme muset vybudovat sílu technologie a prozkoumat nové možnosti.
Když mluvíme o možných metodách, hovoříme o těch, které zahrnují existující technologie nebo ty, které dosud neexistují, ale které jsou technicky proveditelné. Jak uvidíte, některé z nich jsou časově testovány a potvrzeny, zatímco jiné jsou stále v pochybnostech. Stručně řečeno, představují možný, ale časově velmi nákladný a nákladný scénář cestování i k nejbližší hvězdě.
Iontový pohyb
V současné době je nejpomalejší a nejúspornější formou motoru iontový motor. Před několika desítkami let byl iontový pohon považován za předmět science fiction. Ale v posledních letech se technologie podpory iontového pohonu posunula od teorie k praxi as velkým úspěchem. Mise SMART-1 Evropské kosmické agentury je příkladem úspěšné mise na Měsíc za 13 měsíců spirálového pohybu ze Země.
SMART-1 používal solární iontové trysky, ve kterých byla elektřina shromažďována solárními panely a používána k napájení Hallových efektových trychtýřů. Trvalo jen 82 kilogramů xenonového paliva, aby se SMART-1 dostal na Měsíc. 1 kilogram xenonového paliva poskytuje delta-V 45 m / s. Toto je extrémně účinná forma pohybu, ale zdaleka nejrychlejší.
Jednou z prvních misí pro použití technologie iontového pohonu byla mise Deep Space 1 v Comet Borrelli v roce 1998. DS1 také používal xenonový iontový motor a spotřeboval 81,5 kg paliva. Po dobu 20 měsíců tahu vyvinula DS1 rychlosti 56 000 km / h v době průchodu komety.
Iontové motory jsou úspornější než raketové technologie, protože jejich tah na jednotku hmotnosti raketového paliva (specifický impuls) je mnohem vyšší. Iontové trysky však dlouho zrychlují kosmickou loď na značné rychlosti a nejvyšší rychlost závisí na podpoře paliva a výrobě energie.
Pokud se tedy při misi v Proxima Centauri používá iontový pohon, musí mít motory silný zdroj energie (jaderná energie) a velké zásoby paliva (i když méně než konvenční rakety). Ale pokud začnete s předpokladem, že 81,5 kg xenonového paliva se přemění na 56 000 km / h (a nebudou existovat žádné jiné formy pohybu), můžete provést výpočty.
Při maximální rychlosti 56 000 km / h, by Deep Space 1 trvalo 81 000 let, než ujede 4,24 světelných let mezi Zemí a Proxima Centauri. Časem je to asi 2700 generací lidí. Lze s jistotou říci, že meziplanetární iontový pohon bude pro mezihvězdnou misi s posádkou příliš pomalý.
Pokud jsou ale iontové trysky větší a silnější (tj. Rychlost výstupu iontů bude výrazně vyšší), pokud je dost raketového paliva, které je dost pro celých 4,24 světelných let, doba cestování se výrazně zkrátí. Ale stejně bude mnohem déle, než je doba lidského života.
Gravitační manévr
Nejrychlejším způsobem cestování ve vesmíru je použití gravitačního asistenta. Tato metoda zahrnuje kosmickou loď používající relativní pohyb (tj. Oběžnou dráhu) a gravitaci planety ke změně její dráhy a rychlosti. Gravitační manévry jsou velmi užitečnou technikou pro kosmický let, zejména při použití Země nebo jiné obrovské planety (jako plynový gigant) pro zrychlení.
Kosmická loď Mariner 10 byla první, kdo použil tuto metodu, pomocí gravitačního tahu Venuše k urychlení směrem k Merkuru v únoru 1974. V 80. letech použila sonda Voyager 1 Saturn a Jupiter pro gravitační manévry a zrychlení na 60 000 km / h, následoval výstup do mezihvězdného prostoru.
Mise Helios 2, která začala v roce 1976 a měla prozkoumat meziplanetární prostředí mezi 0,3 AU. e. a 1 a. To je od Slunce rekord pro nejvyšší rychlost vyvinutou pomocí gravitačního manévru. V té době Helios 1 (zahájen v roce 1974) a Helios 2 drželi rekord pro nejbližší přístup k Slunci. Helios 2 byl vypuštěn konvenční raketou a umístěn na vysoce protáhlou orbitu.
Vzhledem k velké excentricitě (0,54) na 190denní sluneční dráze se Helios 2 na perihelionu podařilo dosáhnout maximální rychlosti přes 240 000 km / h. Tato orbitální rychlost byla vyvinuta pouze gravitační přitažlivostí Slunce. Technicky nebyla perihelionová rychlost Helios 2 výsledkem gravitačního manévru, ale maximální orbitální rychlosti, ale zařízení stále drží rekord pro nejrychlejší umělý objekt.
Pokud by se Voyager 1 pohyboval k červenému trpaslíkovi Proxima Centauri konstantní rychlostí 60 000 km / h, trvalo by to 76 000 let (nebo více než 2 500 generací), aby tuto vzdálenost překonaly. Pokud by však sonda měla dosáhnout rekordní rychlosti Helios 2 - konstantní rychlosti 240 000 km / h -, trvalo by to 19 000 let (nebo více než 600 generací), aby prošlo 4 243 světelných let. Mnohem lepší, i když ne téměř praktické.
Elektromagnetický motor EM Drive
Dalším navrhovaným způsobem pro mezihvězdné cestování je vysokofrekvenční motor rezonanční dutiny, známý také jako EM Drive. Navržen v roce 2001 britským vědcem Rogerem Scheuerem, který pro tento projekt vytvořil společnost Satellite Propulsion Research Ltd (SPR), je motor založen na myšlence, že elektromagnetické mikrovlnné dutiny mohou přímo převádět elektřinu na tah.
Zatímco tradiční elektromagnetické motory jsou navrženy tak, aby poháněly specifickou hmotu (jako jsou ionizované částice), tento konkrétní pohonný systém nezávisí na reakci hmoty a nevyzařuje směrové záření. Obecně byl tento motor přivítán s velkým množstvím skepticismu hlavně proto, že porušuje zákon zachování hybnosti, podle kterého hybnost systému zůstává konstantní a nemůže být vytvořena nebo zničena, ale změněna pouze působením síly.
Nicméně nedávné experimenty s touto technologií jasně vedly k pozitivním výsledkům. V červenci 2014, na 50. společné konferenci AIAA / ASME / SAE / ASEE v Clevelandu v Ohiu, pokročilí vědci z NASA oznámili, že úspěšně otestovali nový návrh elektromagnetického motoru.
V dubnu 2015 vědci z NASA Eagleworks (součást Johnson Space Center) uvedli, že úspěšně otestovali motor ve vakuu, což by mohlo naznačovat možné využití ve vesmíru. V červenci téhož roku vyvinula skupina vědců z divize kosmických systémů Drážďanské univerzity technologie vlastní verzi motoru a pozorovala hmatatelný tah.
V roce 2010 začala profesorka Zhuang Yangová z Northwestern Polytechnic University v čínském Xi'anu publikovat řadu článků o svém výzkumu technologie EM Drive. V roce 2012 vykázala vysoký příkon (2,5 kW) a pevný tah 720 mn. V roce 2014 provedla také rozsáhlé zkoušky, včetně měření vnitřních teplot se zabudovanými termočlánky, které prokázaly, že systém funguje.
Podle výpočtů založených na prototypu NASA (s výkonem 0,4 N / kilowatt) může kosmická loď s elektromagnetickým pohonem provést výlet do Pluta za méně než 18 měsíců. To je šestkrát méně, než požadovala sonda New Horizons, která se pohybovala rychlostí 58 000 km / h.
Zní to působivě. Ale i v tomto případě bude loď s elektromagnetickými motory létat do Proxima Centauri po dobu 13 000 let. Blízko, ale stále není dost. Kromě toho, dokud nejsou všechny tečky v této technologii tečkované, je příliš brzy mluvit o jejím použití.
Jaderný tepelný a jaderný elektrický pohon
Další možností provedení mezihvězdného letu je použití kosmické lodi vybavené jadernými motory. NASA takové možnosti zkoumal po celá desetiletí. Jaderná termální pohonná raketa by mohla použít uranové nebo deuteriové reaktory k ohřevu vodíku v reaktoru a přeměnit jej na ionizovaný plyn (vodíková plazma), který by pak byl nasměrován do trysky rakety, čímž by generoval tah.
Raketa s jaderným pohonem obsahuje stejný reaktor, který přeměňuje teplo a energii na elektřinu, která pak pohání elektrický motor. V obou případech bude raketa spoléhat spíše na jadernou fúzi nebo jaderné štěpení než na chemické palivo, na kterém fungují všechny moderní kosmické agentury.
Ve srovnání s chemickými motory mají jaderné motory nepopiratelné výhody. Za prvé, je to prakticky neomezená hustota energie ve srovnání s raketovým palivem. Kromě toho bude jaderný motor také generovat větší tah než množství použitého paliva. Tím se sníží potřebné množství paliva a současně se sníží hmotnost a cena konkrétního zařízení.
Přestože tepelné jaderné energetické motory dosud nevstoupily do vesmíru, jejich prototypy byly vytvořeny a testovány a ještě více bylo navrženo.
A přesto, navzdory výhodám v úsporě paliva a specifickému impulzu, má nejlepší z navrhovaných konceptů jaderného tepelného motoru maximální specifický impuls 5000 sekund (50 kNs / kg). Pomocí jaderných motorů poháněných jaderným štěpením nebo fúzí mohli vědci NASA dodat Mars na kosmickou loď za pouhých 90 dní, pokud je Rudá planeta vzdálena 55 000 000 kilometrů od Země.
Ale pokud jde o cestování do Proxima Centauri, jaderná raketa bude trvat staletí, než zrychlí na podstatnou část rychlosti světla. Pak to bude trvat několik desetiletí cesty a po nich mnoho dalších staletí inhibice na cestě k cíli. Jsme stále 1000 let od našeho cíle. Co je dobré pro meziplanetární mise, ne tak dobré pro mezihvězdné mise.
- Část 2 -