Solsystemet har længe været af særlig interesse for science fiction-forfattere. Men overraskende nok forårsager vores "hjemm" -planeter for nogle forskere ikke meget inspiration, selvom de endnu ikke er blevet praktisk udforsket.
Da man knapt har skåret et vindue i rummet, rives menneskeheden i ukendte afstande og ikke kun i drømme som før.
Sergei Korolyov lovede også, at det snart flyver ud i rummet "på en fagforeningskort", men denne sætning er allerede et halvt århundrede gammel, og rumdysseen er stadig elitenes parti - for dyr en fornøjelse. For to år siden lancerede HACA imidlertid det ambitiøse 100-årige Starship-projekt, der involverer en gradvis og flerårig oprettelse af det videnskabelige og tekniske grundlag for rumfart.
Dette uovertrufne program skulle tiltrække forskere, ingeniører og entusiaster fra hele verden. Hvis alt krones med succes, vil menneskeheden om 100 år kunne bygge et interstellært skib, og vi bevæger os rundt i solsystemet som på sporvogne.
Så hvilke problemer skal løses for at starflying bliver en realitet?
TID OG HASTIGHED ER RELATIVE
Salgsfremmende video:
Astronautik af automatiske køretøjer synes for nogle forskere at være et næsten løst problem, mærkeligt nok. Og dette til trods for, at der absolut ikke er nogen mening i at starte maskiner til stjernerne med de aktuelle sneglehastigheder (ca. 17 km / s) og andet primitivt (til så ukendte veje) udstyr.
Nu har det amerikanske rumfartøj Pioneer-10 og Voyager-1 forladt solsystemet, og der er ikke længere nogen forbindelse med dem. Pioneer 10 er på vej mod stjernen Aldebaran. Hvis der ikke sker noget med ham, når han nærheden til denne stjerne … om 2 millioner år. På samme måde gennemgår andre enheder tværs over universets vidder.
Så uanset om et skib er beboet eller ej, for at flyve til stjernerne, har det brug for en høj hastighed tæt på lysets hastighed. Dette vil dog hjælpe med at løse problemet med at flyve kun til de nærmeste stjerner.
”Selv hvis det lykkedes os at bygge et stjerneskib, der kunne flyve i en hastighed tæt på lysets hastighed,” skrev K. Feoktistov,”vil rejsetiden i vores Galaxy alene blive talt i årtusinder og titusinder af årtusinder, da dens diameter er ca. 100.000 lys år gammel. Men meget mere vil passere på Jorden i løbet af denne tid."
I henhold til relativitetsteorien er tidsforløbet i to systemer, der bevæger sig i forhold til hinanden, anderledes. Da skibet i store afstande har tid til at udvikle en hastighed meget tæt på lysets hastighed, vil tidsforskellen på Jorden og på skibet være særlig stor.
Det antages, at det første mål for interstellare flyvninger vil være Alpha Centauri (et system med tre stjerner) - det tættest på os. Du kan flyve der med lysets hastighed om 4,5 år, på Jorden i løbet af denne tid vil det tage ti år. Men jo større afstanden er, desto større er forskellen i tid.
Kan du huske den berømte "Andromeda-tåge" af Ivan Efremov? Der måles flyvningen i år og jordisk. En smuk eventyr, du vil ikke sige noget. Denne eftertragtede tåge (mere præcist Andromeda-galaksen) er imidlertid placeret i en afstand af 2,5 millioner lysår fra os.
Ifølge nogle beregninger vil rejsen tage mere end 60 år for astronauter (i henhold til stjerneskibstimer), men en hel æra vil passere på Jorden. Hvordan vil deres fjerne efterkommere møde rummet "Neaderthals"? Og vil Jorden overhovedet være i live? Det vil sige, at returnering er dybest set meningsløs. Men ligesom selve flyvningen: vi må huske, at vi ser Andromeda-tåge galaksen, som den var for 2,5 millioner år siden - så længe dens lys rejser til os. Hvad er poenget med at flyve til et ukendt mål, som måske ikke har eksisteret i lang tid, i det mindste i sin tidligere form og på det gamle sted?
Dette betyder, at selv flyvninger med lysets hastighed kun er berettiget til relativt tætte stjerner. Køretøjer, der flyver med lysets hastighed, lever dog stadig kun i teorien, der ligner science fiction, dog videnskabelig.
PLANETS STØRRESKIP
Naturligvis kom først og fremmest forskere med ideen om at bruge den mest effektive termonukleare reaktion i skibets motor - som allerede delvist behersket (til militære formål). For at køre i begge retninger med en hastighed tæt på lys, selv med en ideel systemdesign, kræves der et forhold mellem den oprindelige masse og den endelige masse ikke mindre end 10 til den tredive effekt. Det vil sige, at rumskibet vil være som en enorm sammensætning med brændstof på størrelse med en lille planet. Det er umuligt at lancere en sådan koloss i rummet fra Jorden. Og for at samles i kredsløb - også, ikke uden grund diskuterer forskere ikke denne mulighed.
Ideen om en fotonmotor, der bruger princippet om udslettelse af materie, er meget populær.
Udslettelse er omdannelsen af en partikel og antipartikel, når de kolliderer, til andre partikler, der er forskellige fra de originale. Det bedst studerede er udslettelse af en elektron og en positron, der genererer fotoner, hvis energi vil bevæge rumskibet. Beregninger af amerikanske fysikere Ronan Keane og Wei-ming Zhang viser, at moderne teknologier kan bruges til at skabe en udslettelsesmotor, der er i stand til at fremskynde et rumfartøj til 70% af lysets hastighed.
Imidlertid begynder yderligere problemer. Desværre er det ikke let at bruge antimaterie som drivmiddel. Under udslettelse forekommer bursts af kraftig gammastråling, som er dødelige for astronauter. Derudover er kontakt med positronbrændstof med skibet fyldt med en dødelig eksplosion. Endelig er der stadig ingen teknologier til opnåelse af en tilstrækkelig mængde antimateriale og dets langtidsopbevaring: F.eks. Lever et antihydrogenatom nu i mindre end 20 minutter, og produktionen af et milligram positron koster 25 millioner dollars.
Men antag, at over tid kan disse problemer løses. Der vil dog stadig være behov for meget brændstof, og startmassen for fotonstjerneskibet kan sammenlignes med Månens masse (ifølge Konstantin Feoktistov).
BREJF SEJLET
Det mest populære og realistiske stjerneskib i dag betragtes som et solsejlskib, hvis ide tilhører den sovjetiske videnskabsmand Friedrich Zander.
En sejl (lys, foton) er en enhed, der bruger sollystrykket eller en laser på en spejloverflade til at drive et rumfartøj.
I 1985 foreslog den amerikanske fysiker Robert Forward et design til en interstellar sonde, der er accelereret med energien fra mikrobølgestråling. Projektet forudså, at sonden ville nå de nærmeste stjerner om 21 år.
På XXXVI International Astronomical Congress blev der foreslået et projekt til et laserstjerneskib, hvis bevægelse leveres af energien fra lasere i det optiske område, der er placeret i kredsløb omkring Merkur. Ifølge beregninger ville vejen for et stjerneskib af dette design til stjernen epsilon Eridani (10,8 lysår) og tilbage tage 51 år.
”Det er usandsynligt, at vi, baseret på de data, der er opnået fra rejser i vores solsystem, vil være i stand til at gøre betydelige fremskridt med at forstå den verden, vi lever i. Tanken vender naturligvis til stjernerne. Når alt kommer til alt blev det tidligere forstået, at fly i nærheden af Jorden, fly til andre planeter i vores solsystem ikke er det ultimative mål. At bane vejen til stjernerne syntes som hovedopgaven."
Disse ord tilhører ikke en science fiction-forfatter, men designeren af rumskibe og kosmonaut Konstantin Feoktistov. Ifølge videnskabsmanden findes intet særligt nyt i solsystemet. Og dette til trods for, at personen indtil videre kun har nået månen …
Uden for solsystemet vil sollystrykket imidlertid nærme sig nul. Derfor er der et projekt for at sprede et solsejlskib med laserinstallationer fra en eller anden asteroide.
Alt dette er stadig en teori, men de første skridt er allerede taget.
I 1993 blev et 20 meter bredt solsejl først indsat på det russiske Progress M-15 skib som en del af Znamya-2-projektet. Da Progress anløb dock ved Mir-stationen, installerede dens besætning en reflektordispositionenhed om bord på Progress. Som et resultat skabte reflektoren et lyspunkt, der var 5 km bredt, og som passerede gennem Europa til Rusland med en hastighed på 8 km / s. Lysstedet havde en lysstyrke, der omtrent svarer til fuldmånen.
Så fordelen ved en solsejlbåd er manglen på brændstof om bord, ulemperne er sårbarheden ved sejlstrukturen: det er faktisk en tynd folie, der strækkes over rammen. Hvor er garantien for, at sejlen undervejs ikke modtager huller fra kosmiske partikler?
Sejlsmuligheden kan være velegnet til lancering af robotprober, stationer og lasteskibe, men ikke egnet til bemandede returflyvninger. Der er andre rumskibsprojekter, men de ligner på en eller anden måde de ovennævnte (med de samme store problemer).
OVERRASKNINGER I DET INTERSTELLÆRE rum
Det ser ud til, at mange overraskelser venter rejsende i universet. For eksempel begyndte det amerikanske rumfartøj, Pioneer-10, næppe at læne sig ud af solsystemet, en kraft af ukendt oprindelse, hvilket forårsagede svag deceleration. Der er truffet mange antagelser op til de endnu ukendte virkninger af inerti eller endda tid. Der er stadig ingen entydig forklaring på dette fænomen; en række hypoteser overvejes: fra enkle tekniske (for eksempel den reaktive kraft fra en gaslækage i apparatet) til indførelsen af nye fysiske love.
En anden enhed, Voyadger-1, registrerede et område med et stærkt magnetfelt på solsystemets grænse. I det tvinger trykket fra ladede partikler fra det interstellare rum det felt, som Solen skaber, til at blive tættere. Enheden er også registreret:
en stigning i antallet af højenergi-elektroner (ca. 100 gange), der trænger ind i solsystemet fra det interstellare rum;
en kraftig stigning i niveauet for galaktiske kosmiske stråler - partier af høj energi med interstellar oprindelse.
Og dette er bare et dråbe i havet! Det, der i dag er kendt om det interstellære hav, er imidlertid nok til at rejse tvivl om selve muligheden for at surfe på universets vidunder.
Mellemrummet mellem stjernerne er ikke tomt. Der er rester af gas, støv, partikler overalt. Når man prøver at bevæge sig med en hastighed tæt på lysets hastighed, vil hvert atom, der kolliderer med skibet, være som en partikel af kosmiske stråler med høj energi. Niveauet af hård stråling under en sådan bombardement vil uacceptabelt stige, selv når du flyver til de nærmeste stjerner.
Og den mekaniske virkning af partikler i sådanne hastigheder er som eksplosive kugler. Ifølge nogle beregninger fyres hver centimeter af stjerneskibets skjold kontinuerligt med 12 runder pr. Minut. Det er tydeligt, at ingen skærm kan modstå en sådan påvirkning i flere års flyvning. Eller det bliver nødt til at have en uacceptabel tykkelse (titusinder og hundreder af meter) og masse (hundreder af tusinder af tons).
Faktisk vil stjerneskibet hovedsageligt bestå af denne skærm og brændstof, som kræver flere millioner tons. På grund af disse omstændigheder er flyvninger med sådanne hastigheder umulige, især da du på vejen ikke kun kan støde, men også noget større, eller blive fanget i et ukendt tyngdefelt. Og så er døden igen uundgåelig. Hvis det således er muligt at fremskynde rumskibet til subluminal hastighed, når det ikke det endelige mål - det vil støde på for mange forhindringer på vej. Derfor kan interstellære flyvninger kun udføres i betydeligt lavere hastigheder. Men så gør tidsfaktoren disse flyvninger meningsløse.
Det viser sig, at det er umuligt at løse problemet med at transportere materialekropper over galaktiske afstande med hastigheder tæt på lysets hastighed. Det giver ingen mening at briste gennem rum og tid med en mekanisk struktur.
MOLE HOLE
Forskere, der forsøger at overvinde den ubønnhørlige tid, har opfundet, hvordan man "gnaver huller" i rummet (og tiden) og "foldes" den. De opfandt en række forskellige hyperspace-spring fra det ene punkt i rummet til det andet, hvor man omgå mellemliggende områder. Nu har forskere sluttet sig til science fiction-forfattere.
Fysikere begyndte at kigge efter ekstreme tilstande af stof og eksotiske smuthuller i universet, hvor du kan bevæge dig i superluminal hastighed, i modsætning til Einsteins relativitetsteori.
Sådan kom ideen om et ormhul. Dette hul samler de to dele af universet som et snit gennem en tunnel, der forbinder to byer adskilt af et højt bjerg. Desværre er ormehuller kun muligt i et absolut vakuum. I vores univers er disse huler ekstremt ustabile: de kan simpelthen kollapse inden et rumfartøj kommer dertil.
Imidlertid kan effekten, som hollænderen Hendrik Casimir opdager, bruges til at skabe stabile ormehuller. Det består i den gensidige tiltrækning af at udføre uladede kropper under påvirkning af kvanteoscillationer i et vakuum. Det viser sig, at vakuumet ikke er helt tomt, det er udsat for udsving i tyngdefeltet, hvor partikler og mikroskopiske ormehuller spontant vises og forsvinder.
Det gjenstår kun at finde et af hullerne og strække det og placere det mellem to superledende kugler. Den ene mund af ormhullet forbliver på Jorden, mens det andet rumfartøj bevæger sig med nær lyshastighed til stjernen - det endelige objekt. Det vil sige, at rumskibet som sådan vil gennembore en tunnel. Når stjerneskibet når sin destination, vil ormhullet åbne for reel lynhurtig interstellar rejse, hvis varighed beregnes i minutter.
BUBBLE AF KURVATION
Akin til ormenhulsteorien er boblekurvatur. I 1994 udførte den mexicanske fysiker Miguel Alcubierre beregninger i henhold til Einsteins ligninger og fandt den teoretiske mulighed for bølgedeformering af det rumlige kontinuum. I dette tilfælde vil pladsen krympe foran rumfartøjet og samtidig udvide bag det. Rumskibet er som sagt placeret i en krumningsboble, der er i stand til at bevæge sig med ubegrænset hastighed. Idéens geni er, at rumskibet hviler i en boble af krumning, og relativitetslovene ikke krænkes. I dette tilfælde bevæger sig selve krumningsboblen sig lokalt og forvrider rum-tid.
På trods af manglende evne til at rejse hurtigere end lys forhindrer intet plads i at bevæge sig eller udbredelse af deformation af rumtid hurtigere end lys, hvilket antages at have sket umiddelbart efter Big Bang under universets dannelse.
Alle disse ideer passer endnu ikke inden for rammerne af moderne videnskab, men i 2012 annoncerede NASA-repræsentanter forberedelsen af en eksperimentel test af Dr. Alcubierres teori. Hvem ved, måske Einsteins relativitetsteori en dag bliver en del af en ny global teori. Når alt kommer til alt, er kognitionsprocessen uendelig. Det betyder, at vi en dag vil være i stand til at bryde gennem tornene til stjernerne.
Irina GROMOVA