Ludzie od dawna marzyli o podróżach na odległe planety; ten sam problem jest poruszany w science fiction od ponad wieku. W rzeczywistości istnieje wiele problemów, które uniemożliwiają nam to, w tym brak odpowiednich technologii. Ale to nie powstrzymuje naukowców od teoretyzowania możliwych sposobów podboju kosmosu, które pewnego dnia mogą stać się całkiem realne.
Silniki jonowe
Jonowe silniki strumieniowe raczej nie będą nowością dla fanów Gwiezdnych Wojen, ponieważ latały nimi myśliwce TIE. Jest to również dobrze ugruntowana technologia używana przez sondę Dawn, uruchomioną we wrześniu 1997 r., Do badania planet karłowatych Westa i Ceres.
Silniki jonowe działają, gdy atomy ksenonu są bombardowane elektronami w celu utworzenia jonów. Z tyłu silnika znajdują się metalowe siatki naładowane napięciem 1000 woltów, które wystrzeliwują jony z niesamowitą prędkością. Ciąg jest dość mały, ale ponieważ przestrzeń jest środowiskiem bez tarcia i zerowej grawitacji, stale rośnie. Maksymalna prędkość Dawn to 38,600 km / h.
Silniki jonowe wymagają minimalnej ilości paliwa. Są 10 razy wydajniejsze niż silniki chemiczne. Pozyskują energię z dużych paneli słonecznych, więc nie ma potrzeby budowania magazynu paliwa. Teoretycznie daje także silnikom jonowym niewyczerpane źródło energii.
Obecny problem z silnikami jonowymi polega na tym, że są one zbyt wolne, aby transportować ludzi. Mogłyby służyć na przykład do transportu sprzętu i zapasów do kolonii marsjańskich.
Film promocyjny:
Bussard ramjet
Jak wspomniano powyżej, jednym z największych wyzwań stojących przed podróżami kosmicznymi jest ilość potrzebnego paliwa. Aby rozwiązać ten problem w latach sześćdziesiątych XX wieku, zaproponowano stworzenie tzw. Bussard Interstellar Ramjet.
Chodzi o to, że statek kosmiczny podczas podróży zbiera protony rozproszone po całym wszechświecie. Jeśli te protony można następnie zsyntetyzować, statek kosmiczny leci w zasadzie rakietą jądrową.
To prawda, że istnieje wiele problemów związanych z koncepcją Ramjet. Możesz podnieść tylko określoną liczbę protonów, a gdy protony zostaną zebrane, narodzi się również znaczny opór. Ponadto istnieje małe pytanie dotyczące stworzenia stabilnego działającego urządzenia do syntezy jądrowej.
Ruch pod wpływem impulsu jądrowego
Pomysł wykorzystania energii jądrowej do wystrzelenia statków kosmicznych sięga lat pięćdziesiątych XX wieku. Projekt Orion był inicjatywą NASA, która zdecydowała się zbudować statek wielkości ładnego drapacza chmur, wystrzelony z eksplozji bomby atomowej pod spodem. Zaczynasz już zgadywać problemy związane z projektem. Po pierwsze, po tym projekcie powinna pozostać ogromna ilość promieniowania, a sami astronauci zostaną zatruci promieniowaniem.
Kiedy bomba eksploduje, wytworzy impuls elektromagnetyczny, który zniszczy elektronikę pokładową. I to jeśli uruchomienie nadal się powiedzie i nie doprowadzi do śmiertelnych strat. Projekt Orion był brany pod uwagę przede wszystkim dlatego, że może nas doprowadzić na Marsa w trzy miesiące. Zwykły statek zająłby osiemnaście.
Oczywiście Projekt Orion nie żyje, ale idea, która za nim stoi, żyje. Voyager 1, Voyager 2 i Cassini wykorzystywały do swoich lotów energię jądrową opartą na rozpadzie plutonu, przekształcając go w energię elektryczną. Niestety, zasoby niezbędnego plutonu na naszej planecie dobiegły końca i rozpoczęcie ponownej produkcji jest dość trudne, ponieważ jest to produkt uboczny tworzenia bomb atomowych.
Ruch na wiązkach laserowych
Inżynier lotniczy Leic Mirabeau wpadł na pomysł wykorzystania ruchu laserowego w 1988 roku podczas pracy nad projektem obrony przeciwrakietowej Star Wars. Aparat Mirabeau miał być stożkowy. Silna wiązka laserowa byłaby wystrzeliwana z wąskiego końca stożka zawierającego odbłyśnik paraboliczny.
Ogrzałoby to powietrze do 30 000 stopni, co doprowadziłoby do eksplozji powodujących ciąg. Mirabeau uważał, że takie urządzenie pojawi się w ciągu najbliższych 20 lat, ale jego rówieśnicy spojrzeli na ten pomysł ze sceptycyzmem.
Międzygwiezdny statek kosmiczny „Daedalus”
Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne prowadzi badania przez pięć lat, począwszy od 1973 roku, badając możliwość wysłania ludzi na Gwiazdę Barnarda, która znajduje się sześć lat świetlnych od nas. Ich rozwiązaniem był międzyplanetarny statek kosmiczny „Daedalus”. Dedal był gigantycznym statkiem kosmicznym, również wielkości dobrego drapacza chmur i na pewno zostałby zmontowany na orbicie Ziemi.
Podobnie jak Projekt Orion, musiał używać silników fuzyjnych. Granulki paliwa byłyby wtryskiwane z dużą prędkością do komory reakcyjnej, w której wiązałyby je wiązki wysokoenergetycznych elektronów. Pierwszy etap miał podnieść na Ziemię 46 000 ton paliwa, drugi - niewielką część statku z 4 000 ton paliwa. Paliwem miał być hel-3.
Hel-3 jest niezwykle rzadki na Ziemi, ale uważa się, że występuje go znacznie częściej na Księżycu; można go również znaleźć w kosmicznych chmurach. Zebranie wymaganej kwoty zajęłoby 20 lat. Hel-3 jest również bardzo trudny do zapalenia jako paliwo, ponieważ wymaga dużo ciepła. Gdyby jednak projekt się wypalił, urządzenie przyspieszyłoby do 12,2% prędkości światła i osiągnęłoby Gwiazdę Barnarda w ciągu 50 lat.
W 2009 roku rozpoczęto badania w ramach projektu Icarus, które powinny pokazać, czym mogą stać się podróże międzygwiezdne po tylu latach postępu naukowego.
Jazda na asteroidzie
Jednym z największych problemów związanych z podróżami kosmicznymi pozostaje wpływ promieni kosmicznych. Jeśli dana osoba potrzebuje 1000 dni, aby dostać się na Marsa, otrzyma takie promieniowanie, że prawdopodobieństwo zachorowania na raka wzrośnie z 1 do 19 procent.
Statek kosmiczny jest wykonany z lekkich materiałów, a osłony radiacyjne są zbyt ciężkie. Dlatego profesor fizyki z Massachusetts Institute of Technology uważa, że najlepszym sposobem podróżowania na duże odległości jest wylądowanie na asteroidzie i stworzenie tunelu pod jej powierzchnią.
Asteroida musi mieć 10 metrów szerokości i kilka milionów kilometrów od Ziemi i Marsa, aby plan zadziałał. Jak dotąd znanych jest pięć takich asteroid i wszystkie z nich przejdą w pobliżu Ziemi do 2100 roku. Podróż będzie jednokierunkowa, ponieważ nie ma asteroid latających tam iz powrotem. Jednak ciągle pojawiają się nowe odkrycia, dlatego być może znajdziemy asteroidę lecącą z Marsa do nas w odpowiednim czasie.
Żagiel słoneczny
Chociaż żagle nie są zaawansowane technologicznie według dzisiejszych standardów, w kontekście kosmicznym otrzymały dobrą aktualizację. Zamiast używać wiatru, żagle te będą wykorzystywać energię słońca. Żagle słoneczne zapewnią statkowi kosmicznemu niewielki ciąg, ale ponieważ w przestrzeni nie ma tarcia, żagle te będą stopniowo zwiększać prędkość.
Na przykład żagiel słoneczny o szerokości 400 metrów może podróżować ponad dwa miliardy kilometrów rocznie. To szybciej, niż może przejść statek o napędzie chemicznym. Byłoby też tańsze.
Projekty żagli słonecznych również nie są rzadkością. Jeden z NASA nazywa się Sunjammer, nazwany na cześć opowiadania Arthura Clarke'a. Żagiel Sunjammer może być wykonany z materiału Kapton i może mieć grubość pięciu mikronów, ważyć mniej niż 20 kilogramów, a po zapakowaniu może mieć rozmiar pralki.
Kolejny wariant, stworzony na cześć Carla Sagana, powinien wkrótce wejść na orbitę. Istnieje również teoria, że żagiel słoneczny mógłby zabrać statek kosmiczny do innego układu słonecznego. Taki żagiel będzie wielkości dużego miasta, a jego aktywnym centrum będzie potężny laser.
Żagiel magnetyczny
Większość protonów i elektronów emitowanych przez Słońce ma zasięg od 400 do 600 kilometrów na sekundę. Żagiel magnetyczny mógłby wykorzystać ich energię i odepchnąć się od nich. Pętla z materiału przewodzącego może wytwarzać pole magnetyczne prostopadłe do wiatru słonecznego, co popycha statek w pożądanym kierunku.
Problem w tym, że żagiel magnetyczny musi mieć 100 kilometrów długości. Technologie, które umożliwią wykonanie żagla z materiału nadprzewodzącego tej wielkości i utrzymanie wymaganej temperatury, są obecnie po prostu niedostępne. Żagle magnetyczne pozostają teorią do czasu opracowania technologii.
Tunel czasoprzestrzenny
Pochodzące z science fiction tunele czasoprzestrzenne inspirowały ludzi od ich teoretycznego powstania w 1921 roku. Chociaż ich istnienie jest dozwolone, nie znaleziono jeszcze żadnych bezpośrednich dowodów na to. Tunele czasoprzestrzenne to zasadniczo tunele w przestrzeni, przez które teoretycznie może przejść obiekt. Jednocześnie tunele czasoprzestrzenne są niestabilne - jeśli ktoś będzie chciał przez któryś przejść, to jego ściany mogą się zawalić.
Aby zapewnić bezpieczne przejście przez tunel czasoprzestrzenny, aparat musi działać z siłą antygrawitacyjną. Fizycy uważają, że po prostu nie zgromadzimy wystarczającej ilości energii. Jeśli istnieje tunel czasoprzestrzenny, przez który mogą przechodzić ludzie, to z pewnością nie ma to charakteru; jednakże mogłaby go zbudować dostatecznie zaawansowana cywilizacja. Dlatego dopóki go nie spotkamy lub nie zbudujemy, tunel czasoprzestrzenny pozostanie fikcją science fiction.
Napęd Warp
Spopularyzowana przez Star Trek idea napędu warp pozwala podróżować dosłownie szybciej niż prędkość światła, bez łamania praw fizyki. Niemniej naukowcy wierzą w możliwość jego realizacji. Fizyk Miguel Alcubierre jako pierwszy zaproponował pomysł: stworzyć statek kosmiczny w kształcie piłki do rugby z płaskim pierścieniem wokół niego. To prawda, że aby statek mógł latać, potrzebujesz kuli antymaterii wielkości Jowisza.
Aby taki statek kosmiczny był możliwy, Harold White z NASA wprowadził zmiany w projekcie. Teoretycznie jego zmodyfikowany statek wymagałby znacznie mniej antymaterii, rzędu 500 kilogramów. Będzie w stanie zgiąć czasoprzestrzeń i osiągnąć prędkość 10 razy większą niż prędkość światła. Podróż do najbliższej gwiazdy potrwa od czterech do pięciu miesięcy.
Niestety antymateria jest wyjątkowo niestabilna. Zaledwie jedna trzecia grama antymaterii może uwolnić tyle energii, ile zostało uwolnione podczas bombardowania Hiroszimy. Projekt Antymaterii w Białym pociągnie 1,5 miliona Hiroszimy, co wystarczy do zniszczenia Ziemi.