Kas tähtedevaheline reisimine on tõeline?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Artikli autor räägib üksikasjalikult neljast paljulubavast tehnoloogiast, mis annavad inimestele võimaluse jõuda ühe inimelu jooksul ükskõik millisesse kohta Universumis. Võrdluseks: kaasaegset tehnoloogiat kasutades võtab tee teise tähesüsteemini umbes 100 tuhat aastat.

Alates sellest, kui inimene esimest korda öötaevasse vaatas, oleme unistanud külastada teisi maailmu ja näha universumit. Ja kuigi meie keemiakütusel töötavad raketid on jõudnud juba paljudele Päikesesüsteemi planeetidele, kuudele ja teistele kehadele, läbis Maast kõige kaugemal asuv kosmoselaev Voyager 1 vaid 22,3 miljardit kilomeetrit. See on vaid 0,056% kaugusest lähima teadaoleva tähesüsteemini. Kaasaegset tehnoloogiat kasutades võtab tee teise tähesüsteemini umbes 100 tuhat aastat.

Siiski pole vaja käituda nii, nagu oleme alati teinud. Suure kandevõimega sõidukite, isegi kui pardal on inimesed, saatmise tõhusust universumis enneolematutele vahemaadele saab oluliselt parandada, kui kasutada õiget tehnoloogiat. Täpsemalt on neli paljulubavat tehnoloogiat, mis võivad meid palju lühema ajaga tähtedeni viia. Siin nad on.

üks). Tuumatehnoloogia. Seni inimkonna ajaloos on kõigil kosmosesse saadetud kosmoselaevadel üks ühine joon: keemiakütusel töötav mootor. Jah, raketikütus on spetsiaalne kemikaalide segu, mis on loodud maksimaalse tõukejõu tagamiseks. Siin on oluline väljend "kemikaalid". Mootorile energiat andvad reaktsioonid põhinevad aatomitevaheliste sidemete ümberjaotumisel.

See piirab meie tegevust põhimõtteliselt! Valdav enamus aatomi massist langeb selle tuumale - 99, 95%. Kui keemiline reaktsioon algab, jaotuvad ümber aatomite tiirlevad elektronid ümber ja vabastavad tavaliselt energiana umbes 0,0001% reaktsioonis osalevate aatomite kogumassist, vastavalt Einsteini kuulsale võrrandile: E = mc2. See tähendab, et iga kilogrammi kütuse kohta, mis raketti laaditakse, saate reaktsiooni ajal energiat, mis võrdub umbes 1 milligrammiga.

Kui aga kasutatakse tuumakütusega rakette, on olukord kardinaalselt teistsugune. Selle asemel, et toetuda elektronide konfiguratsiooni muutustele ja sellele, kuidas aatomid üksteisega seostuvad, saate vabastada suhteliselt tohutul hulgal energiat, mõjutades seda, kuidas aatomite tuumad on üksteisega ühendatud. Kui lõhustate uraani aatomit, pommitades seda neutronitega, kiirgab see palju rohkem energiat kui ükski keemiline reaktsioon. 1 kilogramm uraan-235 võib vabastada energiat, mis vastab 911 milligrammi massile, mis on peaaegu tuhat korda tõhusam kui keemiline kütus.

Võiksime muuta mootorid veelgi tõhusamaks, kui õpiksime tuumasünteesi. Näiteks inertsiaalselt juhitava termotuumasünteesi süsteem, mille abil oleks võimalik sünteesida vesinikku heeliumiks, toimub selline ahelreaktsioon Päikesel. 1 kilogrammi vesinikkütuse süntees heeliumiks muudab 7,5 kilogrammi massi puhtaks energiaks, mis on peaaegu 10 tuhat korda tõhusam kui keemiline kütus.

Idee on saada sama kiirendus raketi jaoks palju pikemaks ajaks: sadu või isegi tuhandeid kordi pikemaks kui praegu, mis võimaldaks neil areneda sadu või tuhandeid kordi kiiremini kui tavarakettid praegu. Selline meetod vähendaks tähtedevahelise lennu aega sadade või isegi kümnete aastateni. See on paljulubav tehnoloogia, mida saame kasutada 2100. aastaks, olenevalt teaduse arengu tempost ja suunast.

2). Kosmiliste laserite kiir. See idee on mõne aasta eest esile kerkinud Breakthrough Starshoti projekti keskmes. Aastate jooksul pole kontseptsioon oma atraktiivsust kaotanud. Kui tavaline rakett kannab endaga kütust kaasa ja kulutab seda kiirendusele, siis selle tehnoloogia põhiidee on võimsate laserikiir, mis annab kosmoselaevale vajaliku impulsi. Teisisõnu, kiirenduse allikas eraldatakse laevast endast.

See kontseptsioon on nii põnev kui ka mitmes mõttes revolutsiooniline. Lasertehnoloogiad arenevad edukalt ja muutuvad mitte ainult võimsamaks, vaid ka väga kollimeeritud. Seega, kui loome purjetaolise materjali, mis peegeldab piisavalt suurt protsenti laservalgust, saame kasutada laserlasku, et panna kosmoselaev arendama kolossaalseid kiirusi. ~ 1 grammi kaaluv "tähelaev" saavutab eeldatavalt kiiruse ~ 20% valguse kiirusest, mis võimaldab lennata lähima tähe Proxima Centauri juurde vaid 22 aastaga.

Muidugi peame selleks looma tohutu laserikiire (umbes 100 km2) ja seda tuleb teha kosmoses, kuigi see on pigem kuluprobleem kui tehnoloogia või teadus. Sellise projekti elluviimiseks tuleb aga ületada mitmeid väljakutseid. Nende hulgas:

• toestamata puri hakkab pöörlema, on vaja mingit (veel väljatöötamata) stabiliseerimismehhanismi;
• suutmatus sihtpunkti jõudmisel pidurdada, kuna pardal ei ole kütust;
• isegi kui see osutub inimeste transpordiks mõeldud seadme mastaabiks, ei suuda inimene tohutu kiirendusega ellu jääda - see on lühikese aja jooksul märkimisväärne kiiruse erinevus.

Võib-olla suudavad tehnoloogiad meid kunagi tähtedeni viia, kuid siiani pole edukat meetodit, kuidas inimene saavutaks kiiruse, mis on võrdne ~ 20% valguse kiirusest.

3). Antiaine kütus. Kui tahame siiski kütust endaga kaasas kanda, saame selle teha võimalikult tõhusaks: see põhineb osakeste ja antiosakeste hävitamisel. Erinevalt keemilisest või tuumakütusest, kus vaid murdosa pardal olevast massist muundatakse energiaks, kasutatakse osakeste-antiosakeste annihilatsioonil 100% nii osakeste kui ka antiosakeste massist. Võimalus muuta kogu kütus impulsienergiaks on kütusesäästlikkuse kõrgeim tase.

Selle meetodi praktikas rakendamisel tekivad raskused kolmes põhisuunas. Täpsemalt:

• stabiilse neutraalse antiaine loomine;
• võime isoleerida see tavalisest ainest ja seda täpselt juhtida;
• toodavad tähtedevaheliseks lennuks piisavalt suurtes kogustes antiainet.

Õnneks kahe esimese teemaga juba tegeletakse.

Euroopa Tuumauuringute Organisatsioonis (CERN), kus asub suur hadronite põrkur, asub tohutu kompleks, mida tuntakse "antiainetehasena". Seal uurivad kuus sõltumatut teadlaste rühma antiaine omadusi. Nad võtavad antiprootoneid ja aeglustavad neid, sundides positroni nendega seonduma. Nii tekivad antiaatomid ehk neutraalne antiaine.

Nad isoleerivad need antiaatomid erineva elektri- ja magnetväljaga konteinerisse, mis hoiavad neid paigal, eemal ainest valmistatud konteineri seintest. Praeguseks, 2020. aasta keskpaigaks, on nad edukalt isoleerinud ja stabiilselt tund aega järjest mitu antiaatomit. Järgmise paari aasta jooksul suudavad teadlased kontrollida antiaine liikumist gravitatsiooniväljas.

See tehnoloogia pole meile lähitulevikus kättesaadav, kuid võib selguda, et meie kiireim viis tähtedevaheliseks reisimiseks on antiainerakett.

4). Tähelaev tumeainel. See valik tugineb kindlasti eeldusele, et iga tumeaine eest vastutav osake käitub nagu boson ja on tema enda antiosake. Teoreetiliselt on tumeainel, mis on tema enda antiosake, väike, kuid mitte null, võimalus annihileerida mis tahes muu tumeaine osakesega, mis sellega kokku põrkub. Saame potentsiaalselt kasutada kokkupõrke tagajärjel vabanevat energiat.

Selle kohta on võimalikke tõendeid. Vaatluste tulemusena on kindlaks tehtud, et Linnuteel ja teistel galaktikatel on seletamatu gammakiirguse liig, mis tuleb nende keskustest, kus tumeenergia kontsentratsioon peaks olema kõige suurem. Alati on võimalus, et sellele on lihtne astrofüüsiline seletus, näiteks pulsarid. Siiski on võimalik, et see tumeaine alles hävitab end galaktika keskmes ja annab seega meile uskumatu idee - tähelaeva tumeainel.

Selle meetodi eeliseks on see, et tumeainet eksisteerib sõna otseses mõttes kõikjal galaktikas. See tähendab, et me ei pea reisile kütust kaasas kandma. Selle asemel saab tumeenergia reaktor lihtsalt teha järgmist:

• võtke tumeaine, mis on lähedal;
• kiirendada selle hävitamist või lasta sellel looduslikult hävida;
• suunake saadud energia ümber, et saada hoogu mis tahes soovitud suunas.

Inimene saab soovitud tulemuste saavutamiseks kontrollida reaktori suurust ja võimsust.

Ilma vajaduseta pardal kütust kaasas kanda kaovad paljud tõukejõuga kosmosereiside probleemid. Selle asemel suudame saavutada iga reisi hinnalise unistuse – piiramatu pideva kiirenduse. See annab meile kõige mõeldamatuma võime – võime jõuda ühe inimelu jooksul ükskõik millisesse kohta Universumis.

Kui piirduda olemasolevate raketitehnoloogiatega, kulub meil Maalt lähima tähesüsteemi reisimiseks vähemalt kümneid tuhandeid aastaid. Märkimisväärsed edusammud mootoritehnoloogias on aga käe-jala juures ja see vähendab reisimise aega ühe inimeluni. Kui suudame omandada tuumakütuse, kosmiliste laserkiirte, antiaine või isegi tumeaine kasutamise, täidame oma unistuse ja saame kosmosetsivilisatsiooniks ilma häirivaid tehnoloogiaid, nagu näiteks lõimeajamid, kasutamata.

On palju võimalusi, kuidas muuta teaduspõhised ideed teostatavateks reaalseteks järgmise põlvkonna mootoritehnoloogiateks. On täiesti võimalik, et sajandi lõpuks astub veel leiutamata kosmoselaev New Horizonsi, Pioneeri ja Voyageri kui Maast kõige kaugemal asuvate tehisobjektide asemele. Teadus on juba valmis. Jääb üle vaadata oma praegusest tehnoloogiast kaugemale ja see unistus teoks teha.