Ученые поделились перспективами межзвездных перелетов

Рассказать всей Вселенной!

  • 1

    Поделиться

В 1960 году американский физик Роберт Бассард предложил оригинальную идею. Для осуществления межзвездных путешествий им предлагалось использовать специальный прямоточный двигатель.

Для эффективного и быстрого полета к другим звездам необходимо развивать огромные скорости. И это обстоятельство является большой проблемой ракетостроения. Помимо полезной нагрузки космический корабль должен нести с собой огромное количество топлива. Предложенная Бассардом концепция аккуратно обходит эту проблему. Водород, который можно использовать в качестве топлива, можно добывать прямо из межзвездной среды. И использовать этот водород для работы термоядерного реактора. А он, в свою очередь будет создавать необходимую тягу.

Проблемы и решения

Первоначально проект Бассарда предусматривал механический захват атомов водорода космическим кораблем в процессе его движения. Однако расчеты показали, что для достижения «идеального» ускорения в 1 g в типичных областях межзвездного пространства, где содержание атомов водорода на единицу объема крайне мала, 1000-тонному космическому кораблю потребуется фронтальная зона сбора размером около 10 000 квадратных километров. Даже если предположить, что технологии будущего позволят построить подобный сборщик водорода, его масса будет просто колоссальна Например, конструкция площадью 10 000 квадратных километров, изготовленная из майлара, и имеющая толщину 0,1 сантиметра, будет весить около 250 000 тонн.

Одним из способов решения этой проблемы является ионизация водорода перед космическим кораблем с помощью мощного лазера. Ионы водорода, имеющие электрический заряд (то есть, по сути, протоны) смогут втягиваться относительно небольшим коллектором Бассарда, который генерирует мощное магнитное поле. Процесс «сбора урожая» будет иметь электромагнитную природу, а не механическую. Поэтому сборщик не обязательно должен быть твердым. Можно использовать и сетку. И она не должна будет быть нереально большой. Поскольку магнитное поле может иметь конфигурацию, превышающую по размеру физические размеры сборщика материи.

Однако и в этом случае имеются проблемы. Одной из них является огромная мощность, необходимая для генерации магнитного поля коллектора Бассарда. Ну и не нужно забывать об ионизирующем лазере. Еще одна проблема заключается в то, что двигатель будет работать только тогда, когда космический корабль наберет достаточную скорость, чтобы собирать межзвездную материю в нужных количествах. Поэтому для ускорения космического корабля до критической скорости необходима какая-то первичная силовая установка. Одна должна разогнать корабль до скорости не менее 6% скорости света.

Эта тема будет обсуждаться на предстоящем форуме в Сиднее

Межзвездный космический аппарат станет одной из тем обсуждения на всемирном форуме в Сиднее, который пройдет в ноябре этого года. Участники мероприятия обсудят возможность полета в другие галактики, а также модернизацию космических аппаратов.

Путешествие

Не могу выбрать, кто мне больше нравится: кошки или собачки (добрые фото)

Радуйтесь, а мы температуру измерим: постпандемическая жизнь в казино Лас-Вегаса

Женственные тренды, которые переняли мужчины: хвостики и одежда розового цвета

Межзвездная ракета

Модифицированная конструкция, известная как RAIR (межзвездная ракета с увеличенной массой поршня), предложенная Аланом Бондом в 1974 году, использует накопленный межзвездный водород не как топливо, а просто как реакционную массу. Поступающий поток протонов замедляется примерно до 1 МэВ, а затем ими бомбардируется мишень из лития-6 или бора-11. Слияние литий-протон или бор-протон легко инициировать. При ней высвобождается больше энергии, чем при другом любом типе реакции термоядерного синтеза. Вырабатываемая таким образом энергия выбрасывается из реактора. В выпускном патрубке часть энергии заворачивается назад, и используется для торможения потока протонов.

Так называемый катализатор RAIR предлагает еще более эффективный подход. После торможения входящего потока протонов к нему добавляется небольшое количество антивещества. В ходе этой реакции энергии выделяется меньше. Но она происходит при гораздо более низких температурах. Однако, с другой стороны, для успешного межзвездного полета потребуется большое количество антивещества.

В настоящее время существует несколько интересных идей

Тем не менее частные лица и общественные организации высказывают интересные идеи и предлагают помощь в финансировании. Так появился проект Breakthrough Starshot, а также несколько других интересных идей, создатели каждой из которых надеются привнести что-то полезное и еще больше приблизить человечество к другим галактикам. Также в августе этого года была открыта новая планета в системе Альфа Центавра. Она вращается вокруг звезды Проксима Центавра, а ее характеристики очень схожи с земными. Там должны быть условия для жизни, но сможем ли мы когда-нибудь попасть туда?

Вычисления

Последним шагом проекта Starchip будет анализ данных, возвращаемых космическим аппаратом. Для этого нам придется положиться на экспоненциальное развитие вычислительной мощности, которая увеличилась в триллион раз за последние 60 лет.

Снижение стоимости вычислений в последнее время сильно связывают с облаками. Заглядывая в будущее и используя новые методы вычислений вроде квантовых, мы можем ожидать тысячекратного увеличения мощности к тому времени, когда Starshot будет возвращать данные. Такая исключительная вычислительная мощность позволит нам выполнять сложное научное моделирование и анализ нашей ближайшей соседней звездной системы.

Существует много неясностей

Пока неясно, есть ли у этой планеты атмосфера. Учитывая близость Проксима b к своему карликовому светилу Проксима Центавра (это расстояние меньше, чем орбита Меркурия вокруг Солнца), при отсутствии атмосферы планета может подвергаться опасным звездным вспышкам и воздействию радиации. Эта планета вращается вокруг своей оси синхронно со своим светилом, а это значит, на половине территории всегда день, а на половине — всегда ночь. По предварительной оценке астрономов, скорее всего, там наблюдается картина, подобная синхронизированным вращениям Земли и Луны. Если Проксима b может быть обитаемой, такое явление полностью изменит наше привычное представление о смене дня и ночи.

Девушка думала, что животное, которое просит еду – собака. Но она ошиблась

Рецепт «моментальной закуски» из баклажанов, которая я заготавливаю впрок

Девочку удочерили в 2-месячном возрасте. Спустя 25 лет она решила найти семью

Разработка нового двигателя

Правда заключается в том, что современные ракетные двигатели обладают малыми мощностями и пригодны лишь для путешествий внутри самой Солнечной системы. Однако из законов физики мы знаем, что человек не сможет путешествовать со скоростью, близкой к скорости света. Пока что наука не видит никаких ресурсов, позволяющих осуществить дерзкий замысел. Однако теории, вдохновленные фантастическими произведениями, все же существуют. В настоящий момент НАСА разрабатывает ионный двигатель, который сможет продвигать космический аппарат со скоростью 145 000 километров в час.

Взглянем правде в глаза: даже если подобный двигатель удастся изобрести, человек, отправляющийся в путешествие, никогда не вернется на Землю. Либо его жизнь закончится в полете, либо это будет «билет в один конец». Пока мы не узнаем, как деформировать время и пространство, межзвездные путешествия можно сравнить с весельной лодкой, пытающейся переплыть океан.

Путешествие

Хранение энергии

Хотя Starchip будет использовать крошечную радиоизотопную батарею в течение своего 24-летнего путешествия, нам все равно понадобятся обычные химические батареи для лазеров. Лазерам потребуется высвобождать колоссальную энергию в короткие сроки, а значит энергию придется хранить в батареях поблизости.

Аккумуляторы улучшаются примерно на 5-8% в год, хотя мы часто не видим этого, потому что уровень потребления энергии растет. Если батареи продолжат улучшаться в таком темпе, через двадцать лет они будут в 3-5 раз более емкие, чем сегодня. Другие инновации могут последовать за крупными инвестициями в сферу аккумуляторов. Совместное предприятие Tesla и Solar City уже поставило 55 000 в Кауаи, чтобы запитать большую часть своей инфраструктуры.

Создание экосистемы внутри корабля

Исследователь Рейчел Армстронг дает подсказку. По словам эксперта, мы должны задуматься о создании экосистемы внутри космического корабля. Сейчас летательные аппараты внутри стерильны и наполнены промышленными объектами. Люди могут выжить в долгом путешествии только в том случае, если возьмут с собой гигантские биомы, полные органической жизни, несколько видов грунта и семена. Космические корабли будущего не должны быть холодными металлическими ящиками.

Миф

Затраты на запуск

Материнский корабль Starshot будет запущен на борту ракеты и выпустит тысячу кораблей. Стоимость транспортировки полезной нагрузки с использованием одноразовых ракет огромна, но частные поставщики услуг, такие как SpaceX и Blue Origin, продемонстрировали успех в запуске многоразовых ракет, которые, как ожидается, значительно снизят затраты на запуск. SpaceX уже сократила расходы до 60 миллионов долларов на запуск Falcon 9, и по мере того, как расширяется частная космическая индустрия и многоразовые ракеты становятся более распространенными, цена будет падать и падать.

Спорный момент

Если же путешествие может продлиться дольше, чем средняя продолжительность жизни, наука рассматривает различные альтернативные формы – крионику и человеческую гибернацию. Однако в настоящее время не существует таких технологий. Существует лишь практика замораживания эмбрионов. Чисто гипотетически мы могли бы отправить еще не родившихся людей туда, где они смогли бы появиться на свет, выжить и приспособиться к новым условиям. Но пока эта возможность представляется мифической.

Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание

Телекоммуникация

Как только Starchip сделает снимки, их нужно будет отправить на Землю для обработки.

Телекоммуникации существенно прогрессировали с тех пор, как Александр Грэм Белл изобрел телефон в 1876 году. Средняя скорость интернета сегодня — около 11 мегабит в секунду. Пропускная способность и скорость, необходимая для отправки цифровых изображений за 4 световых года — 40 триллионов километров — потребуют последних достижений в области телекоммуникаций.

Крайне многообещающей является технология Li-Fi, беспроводная передача которой обещает стать в 100 раз быстрее Wi-Fi. Также проводятся эксперименты в области квантовых телекоммуникаций, которые не будут быстрыми, но зато безопасными.

Starchip

Каждый 15-миллиметровый Starchip («звездный чип») должен содержать большой массив хитроумных электронных устройств, таких как система навигации, камера, лазер связи, радиоизотопная батарея, мультиплексор камеры и ее интерфейс. Инженеры надеются, что смогут ужать все это в маленьком аппарате размером с почтовую марку.

В конце концов, первые компьютерные чипы в 1960-х годов содержали горстку транзисторов. Благодаря закону Мура, сегодня мы можем уместить миллиарды транзисторов на каждом чипе. Первая цифровая камера весила несколько килограммов и делала 0,01-мегапиксельные изображения. Сегодня сенсор цифровой камеры делает высококачественные цветные изображения в 12 мегапикселей и умещается в смартфоне — наряду с другими сенсорами вроде GPS, акселерометра и гироскопа. И мы видим, как эти улучшения просачиваются в освоение космоса с появлением небольших спутников, обеспечивающих нам качественные данные.

Для успеха Starshot нам понадобится, чтобы масса чипа составляла около 0,22 грамма к 2030 году. Но если улучшения будут продолжать приходить такими же темпами, прогнозы предполагают, что это вполне возможно.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: