- Del 2 -
På et tidspunkt i vores liv stillede hver af os dette spørgsmål: hvor længe skal vi flyve til stjernerne? Er det muligt at gennemføre en sådan flyvning i et menneskeliv, kan sådanne flyvninger blive normen i hverdagen? Der er mange svar på dette vanskelige spørgsmål, afhængigt af hvem der stiller. Nogle er enkle, andre er vanskeligere. For at finde et definitivt svar er der for mange ting at overveje.
Desværre findes der ikke reelle skøn, der kan hjælpe med at finde et sådant svar, og dette frustrerer futurister og interstellare rejseentusiaster. Uanset om vi kan lide det eller ej, er pladsen meget stor (og kompleks), og vores teknologi er stadig begrænset. Men hvis vi nogensinde beslutter at forlade vores "hjem reden", vil vi have flere måder at komme til det nærmeste stjernesystem i vores galakse.
Den nærmeste stjerne til vores jord er Solen, en ganske "gennemsnitlig" stjerne i henhold til Hertzsprung-Russells "hovedsekvens" -skema. Dette betyder, at stjernen er meget stabil og giver nok sollys til, at livet kan udvikle sig på vores planet. Vi ved, at andre planeter drejer sig om stjernerne nær vores solsystem, og mange af disse stjerner ligner vores egne.
Eventuelle beboelige verdener i universet
I fremtiden, hvis menneskeheden ønsker at forlade solsystemet, vil vi have et stort udvalg af stjerner, som vi kunne gå hen til, og mange af dem kan godt have gunstige livsvilkår. Men hvor skal vi hen, og hvor lang tid tager det os at komme dertil? Husk, at alt dette er spekulation, og at der ikke er nogen vartegn for interstellar rejser på dette tidspunkt. Som Gagarin sagde, lad os gå! Kampagnevideo:
Nå til stjernen
Som allerede nævnt er den nærmeste stjerne til vores solsystem Proxima Centauri, og det giver derfor meget mening at begynde at planlægge en interstellar mission med det. Proxima er en del af Alpha Centauri-triple-stjernesystemet, og er 4,24 lysår (1,3 parsecs) fra Jorden. Alpha Centauri er i det væsentlige den lyseste stjerne af de tre i systemet, en del af et tæt binært system 4.37 lysår fra Jorden - mens Proxima Centauri (den dimmeste af de tre) er en isoleret rød dværg 0.13 lysår væk. fra et dobbelt system.
Og mens samtaler om interstellar rejser antyder alle former for hurtigere-end-let-rejser (FAS), fra varphastigheder til ormehuller til underrumsmotorer, er sådanne teorier enten meget fiktive (som Alcubierre-motoren) eller findes kun i science fiction. … Enhver mission til det dybe rum vil strække sig over generationer af mennesker.
Så startende med en af de langsomste former for rumrejse, hvor lang tid tager det at komme til Proxima Centauri?
Moderne metoder
Spørgsmålet om at estimere varigheden af rejsen i rummet er meget lettere, hvis eksisterende teknologier og organer i vores solsystem er involveret i det. For eksempel ved hjælp af teknologien, der bruges af New Horizons-missionen, 16 hydrazin-mono-brændstofmotorer, kan du nå månen på kun 8 timer og 35 minutter.
Der er også Det Europæiske Rumagenturs SMART-1-mission, der blev fremdrevet mod Månen ved hjælp af iontryk. Med denne revolutionerende teknologi, hvor en Dawn-rumssonde også bruges til at nå Vesta, tog SMART-1 et år, en måned og to uger at nå månen.
Fra et hurtigt raket rumfartøj til et økonomisk iondrev har vi et par muligheder for at komme omkring det lokale rum - plus du kunne bruge Jupiter eller Saturn som en kæmpe tyngdekraften. Ikke desto mindre, hvis vi planlægger at komme lidt længere, bliver vi nødt til at opbygge teknologiens magt og udforske nye muligheder.
Når vi taler om mulige metoder, taler vi om dem, der involverer eksisterende teknologier, eller dem, der endnu ikke findes, men som er teknisk gennemførlige. Nogle af dem er, som du vil se, tidstestet og bekræftet, mens andre stadig er i tvivl. Kort sagt repræsenterer de et muligt, men meget tidskrævende og dyrt scenarie med at rejse selv til den nærmeste stjerne.
Ionisk bevægelse
I øjeblikket er den langsomste og mest økonomiske form for motor ionmotoren. For flere årtier siden blev ionisk fremdrift betragtet som genstand for science fiction. Men i de senere år er ionfremdriftstøtteteknologier flyttet fra teori til praksis og med stor succes. Den Europæiske Rumorganisations SMART-1-mission er et eksempel på en vellykket mission til Månen i 13 måneders spiralbevægelse fra Jorden.
SMART-1 brugte solar-ion-thrustere, hvor elektricitet blev opsamlet af solcellepaneler og brugt til at drive Hall-effekt-thrustere. Det tog kun 82 kg xenon brændstof for at få SMART-1 til månen. 1 kilo xenonbrændstof giver et delta-V på 45 m / s. Dette er en ekstremt effektiv bevægelsesform, men langt fra den hurtigste.
En af de første missioner, der anvendte ionfremdriftsteknologi, var Deep Space 1-missionen til Comet Borrelli i 1998. DS1 brugte også en xenon-ion-motor og forbrugte 81,5 kg brændstof. I 20 måneders drivkraft udviklede DS1 hastigheder på 56.000 km / t på tidspunktet for kometens passage.
Ionmotorer er mere økonomiske end raketeknologier, fordi deres drivkraft pr. Masse af drivmiddel (specifik impuls) er meget højere. Men ion-thrustere tager lang tid at accelerere et rumfartøj til betydelige hastigheder, og tophastigheden afhænger af brændstofstøtte og kraftproduktion.
Derfor, hvis ionfremdrift bruges i en mission til Proxima Centauri, skal motorerne have en kraftig energikilde (kerneenergi) og store reserver af brændstof (skønt mindre end konventionelle raketter). Men hvis vi tager udgangspunkt i antagelsen om, at 81,5 kg xenonbrændstof oversættes til 56.000 km / t (og der ikke vil være andre former for bevægelse), kan der foretages beregninger.
Ved en tophastighed på 56.000 km / t ville Deep Space 1 tage 81.000 år at rejse 4,24 lysår mellem Jorden og Proxima Centauri. Med tiden drejer det sig om 2700 generationer af mennesker. Det er sikkert at sige, at det interplanetære iondrev vil være for langsomt til en bemandet interstellar mission.
Men hvis ionstrusterne er større og mere kraftfulde (det vil sige, at ionens udgangshastighed vil være markant højere), hvis der er nok raketbrændstof, hvilket er nok til hele 4,24 lysår, vil rejsetiden reduceres betydeligt. Men alligevel vil der være meget længere end perioden med menneskeliv.
Tyngdekraftmanøvre
Den hurtigste måde at rejse i rummet er at bruge tyngdekraften. Denne metode involverer rumfartøjet, der bruger den relative bevægelse (dvs. bane) og tyngdekraften på planeten for at ændre dens bane og hastighed. Tyngdekraftmanøvrer er en yderst nyttig teknik til rumflugt, især når du bruger Jorden eller en anden massiv planet (som en gasgigant) til acceleration.
Mariner 10-rumfartøjet var den første, der brugte denne metode, ved hjælp af tyngdepunktet fra Venus til at accelerere mod Merkur i februar 1974. I 1980'erne brugte Voyager 1-sonden Saturn og Jupiter til tyngdekraftmanøvrer og acceleration til 60.000 km / t, efterfulgt af en udgang til det interstellare rum.
Helios 2-missionen, der begyndte i 1976 og skulle udforske det interplanetære miljø mellem 0,3 AU. e. og 1 a. Det vil sige fra solen, at rekorden for den højeste hastighed, der er udviklet ved hjælp af en tyngdekraft manøvre, holder. På det tidspunkt holdt Helios 1 (lanceret i 1974) og Helios 2 rekorden for den nærmeste tilgang til Solen. Helios 2 blev lanceret af en konventionel raket og sat i en meget langstrakt bane.
På grund af den store excentricitet (0,54) i den 190-dages solcirkelbane, lykkedes det ved perihelion Helios 2 at nå en maksimal hastighed på over 240.000 km / t. Denne orbitalhastighed blev kun udviklet af solens gravitationsattraktion. Teknisk set var perihelionshastigheden for Helios 2 ikke resultatet af en gravitationsmanøvre, men den maksimale orbitalhastighed, men enheden holder stadig rekorden for den hurtigste kunstige genstand.
Hvis Voyager 1 bevægede sig mod den røde dværg Proxima Centauri med en konstant hastighed på 60.000 km / t, ville det tage 76.000 år (eller mere end 2.500 generationer) at dække denne afstand. Men hvis sonden skulle nå rekordhastigheden for Helios 2 - en konstant hastighed på 240.000 km / t - ville det tage 19.000 år (eller mere end 600 generationer) at rejse 4243 lysår. Meget bedre, men ikke næsten praktisk.
Elektromagnetisk motor EM-drev
En anden foreslået metode til interstellar kørsel er en resonans hulrum radiofrekvensmotor, også kendt som EM Drive. Foreslået tilbage i 2001 af Roger Scheuer, en britisk videnskabsmand, der oprettede Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) til at gennemføre projektet, er motoren baseret på ideen om, at elektromagnetiske mikrobølghulrum direkte kan omdanne elektricitet til tryk.
Mens traditionelle elektromagnetiske motorer er designet til at drive en bestemt masse (såsom ioniserede partikler), afhænger dette særlige fremdrivningssystem ikke af massens reaktion og udsender ikke retningsbestråling. Generelt blev denne motor mødt med en vis mængde skepsis, stort set fordi den krænker loven om bevarelse af momentum, hvorefter systemets momentum forbliver konstant og ikke kan oprettes eller ødelægges, men kun ændres under magtens handling.
Ikke desto mindre har nylige eksperimenter med denne teknologi klart ført til positive resultater. I juli 2014, på den 50. AIAA / ASME / SAE / ASEE fælles fremdriftskonference i Cleveland, Ohio, meddelte NASAs avancerede jetforskere, at de med succes havde testet et nyt elektromagnetisk motordesign.
I april 2015 sagde forskere ved NASA Eagleworks (en del af Johnson Space Center), at de med succes havde testet motoren i et vakuum, hvilket kunne indikere en mulig anvendelse i rummet. I juli samme år udviklede en gruppe forskere fra rumsystemafdelingen på Dresden teknologiske universitet deres egen version af motoren og observerede håndgribelig drivkraft.
I 2010 begyndte professor Zhuang Yang fra det nordvestlige polytekniske universitet i Xi'an, Kina, at offentliggøre en række artikler om hendes forskning på EM Drive-teknologi. I 2012 rapporterede den om en høj indgangseffekt (2,5 kW) og en fast drivkraft på 720 mn. I 2014 gennemførte hun også omfattende test, herunder interne temperaturmålinger med indbyggede termoelementer, som viste, at systemet fungerede.
I henhold til beregninger baseret på NASA-prototypen (som fik en magtvurdering på 0,4 N / kilowatt), kunne et elektromagnetisk drevet rumfartøj tage en tur til Pluto på mindre end 18 måneder. Dette er seks gange mindre end det, der kræves af New Horizons-sonden, der bevægede sig med en hastighed på 58.000 km / t.
Lyder imponerende. Men selv i dette tilfælde vil skibet på elektromagnetiske motorer flyve til Proxima Centauri i 13.000 år. Tæt, men stadig ikke nok. Derudover er det for tidligt at tale om dets anvendelse, indtil alle prikkerne er prikket i denne teknologi.
Nuklear termisk og nuklear elektrisk fremdrift
En anden mulighed for at udføre en interstellar flyvning er at bruge et rumfartøj udstyret med nukleare motorer. NASA har studeret sådanne muligheder i årtier. En nukleær termisk fremdrivningsraket kunne bruge uran- eller deuteriumreaktorer til at opvarme brint i reaktoren og omdanne den til ioniseret gas (brintplasma), der derefter ledes ind i raketdysen og generere tryk.
En nukleare drevet raket inkluderer den samme reaktor, der omdanner varme og energi til elektricitet, der derefter driver den elektriske motor. I begge tilfælde vil raketten være afhængig af nuklear fusion eller nuklear fission for at skabe drivkraft snarere end det kemiske brændstof, som alle moderne rumfartsbureauer opererer på.
Sammenlignet med kemiske motorer har nukleare motorer ubestridelige fordele. For det første er det praktisk taget ubegrænset energitæthed sammenlignet med raketbrændstof. Derudover vil kernemotoren også generere mere tryk end den anvendte mængde brændstof. Dette vil reducere den krævede mængde brændstof og på samme tid vægten og prisen for et bestemt apparat.
Selvom termiske atomkraftmotorer endnu ikke er kommet ind i rummet, er deres prototyper blevet oprettet og testet, og endnu flere er blevet foreslået.
På trods af fordelene ved brændstoføkonomi og specifik impuls har det bedste af de foreslåede kernekraftmotorkoncepter en maksimal specifik impuls på 5000 sekunder (50 kNs / kg). Brug af nukleare motorer drevet af fission eller fusion kunne NASA-forskere levere et rumfartøj til Mars på kun 90 dage, hvis den røde planet er 55.000.000 kilometer fra Jorden.
Men når det kommer til rejsen til Proxima Centauri, vil det tage en nuklear raket århundreder at accelerere til en betydelig del af lysets hastighed. Derefter vil det tage flere årtier af vejen, og efter dem mange flere århundreder af hæmning på vej mod målet. Vi er stadig 1000 år fra vores destination. Hvad er godt for interplanetære missioner, ikke så godt for interstellare missioner.
- Del 2 -
