4 koncepcje statków kosmicznych, które mogą stać się rzeczywistością w przyszłości
Miscellanea / / November 14, 2021
Żadnych fantastycznych skoków w podprzestrzeń i nadświetlnych silników — tylko najbardziej praktyczne rozwiązania.
1. eksploduje
Nagrywanie wideo: DrRhysy / YouTube
Wszyscy mamy przynajmniej mgliste pojęcie o tym, jak niszczycielska jest broń nuklearna. Wydawałoby się, że użycie tak niebezpiecznej rzeczy raczej nie doprowadzi do czegoś dobrego.
Ale fizycy Stanislav Ulam i Freeman Dyson zdecydowaliG. Dysona. Projekt Orion: Prawdziwa historia atomowego statku kosmicznegoże tę siłę można również skierować w kanał twórczy. A w latach 60. zaproponowali ideę statku międzygwiezdnego, który latałby, napędzając się kontrolowanymi eksplozjami nuklearnymi.
Rzeczywiście, po co nosić ogromne zbiorniki paliwa przez bezkres Wszechświata, jeśli zamiast tego można zabrać ze sobą sto lub dwie głowice atomowe?
Projekt nazwano Orion, czyli statek kosmiczny o napędzie atomowym. Zasada działania jednostki jest następująca.
Na orbicie dynda statek, który zamierza polecieć na obrzeża Układu Słonecznego, a nawet do innych gwiazd. W odpowiednim momencie wypuszcza gdzieś sto metrów za sobą bombę wodorową, która eksploduje i falą uderzeniową kieruje samolot do przodu. Kiedy pęd pchnięcia zaczyna słabnąć, wystrzeliwana jest następna bomba, potem następna i następna. Wiesz, jest to o wiele bardziej efektywne niż latanie rakietą.
Sam pomysł był świetny. Ale „wybuch”, jak nazwano rozwój, miał wiele problemów, których nie można było rozwiązać na tym etapie rozwoju nauki i techniki. Nie było jasne, jak chronić tył statku przed relatywistyczną plazmą, promieniami gamma i błyskami światła. Założono, że płytka odblaskowa zostanie pokryta ablacyjną powłoką smaru grafitowego, którą również trzeba będzie odświeżać po każdym wybuchu.
Istnieją jednak wątpliwości, czy da się zaprojektować osłonę, która wytrzyma detonację setek bomb wodorowych niemal z bliskiej odległości.
Ponadto umieszczenie na orbicie aparatury z setkami bomb atomowych było dość ryzykownym zadaniem. W latach 60. do promieniowanie traktowana prościej niż teraz – podobno wierzyli, że zabija tylko tych, którzy się jej boją.
Początkowo zakładano, że Orion sam wystartuje, czyli dokona pod nim eksplozji atomowych wprost w atmosferze. Wtedy naukowcy nadal zdawali sobie sprawę, że są podekscytowani i postanowili detonować ładunki jądrowe tylko w przestrzeni pozbawionej powietrza.
Ale nawet w tym przypadku, jeśli coś nie pójdzie zgodnie z planem i rakieta z tak niebezpiecznym ładunkiem nie dotrze w kosmos, w miejscu, w którym spadnie, nastąpi prawdziwa katastrofa radiacyjna. Dlatego projekt został przełożonyG. Dysona. Projekt Orion: Prawdziwa historia atomowego statku kosmicznego z tyłu, a następnie, wraz z podpisaniem traktatu o częściowym zakazie prób w 1963 r., został całkowicie zamknięty.
Mimo to idea międzygwiezdnego statku kosmicznego przyspieszanego przez bombę atomową wciąż powraca w umysłach fizyków.
2. Żaglówka solarna
Wideo: Towarzystwo Planetarne / YouTube
Wyrażenie „słoneczny (lub fotoniczny) żagiel” brzmi całkiem fantastycznie. Niemniej jednak jest to prawdziwa, a nawet już sprawdzona technologia. W czerwcu 2019 pomyślnie przetestowano sondę LightSail-2 z takim silnikiem.Czego można się spodziewać, gdy LightSail 2 wystartuje w kosmos / Planetary Society? w kosmosie.
Faktem jest, że fotony – cząstki tworzące światło – mogą wywierać nacisk, gdy stykają się z powierzchnią. Oznacza to, że światło słoneczne w kosmosie jest w stanieG. Vulpetti. Szybkie żeglowanie słoneczne: astrodynamika specjalnych trajektorii żaglowców pchaj żagiel w taki sam sposób, jak wiatr na Ziemi.
Tylko żagiel będzie musiał być wykonany z ultracienkiego materiału chłonnego - na przykład z folii aluminiowej o grubości 30 nanometrów. I powinien mieć co najmniej kilka kilometrów kwadratowych.
Dla porównania powierzchnia sondy LightSail-2 wynosiła zaledwie 32 metry kwadratowe.
Aparat z żaglem słonecznym nie musi nosić ze sobą dziesiątek i setek ton paliwa: będzie mógł latać tam, gdzie dotrze słońce. To prawda, że istnieją potencjalne trudności w realizacji koncepcji.
Najważniejszym z nich jest to, jak chronić żagiel przed uszkodzeniem. W końcu jest to cienkie jak brzytwa, nieprzejrzyste płótno, które ma siłę papieru toaletowego i biegnie przez niego pustka z zawrotną prędkością. Każda drobinka kurzu może zrobić w nim przyzwoitą dziurę.
3. Rakieta fotonowa
Taki statek kosmiczny wykorzystuje tę samą zasadę, co żaglowiec słoneczny, tylko na odwrót. W końcu, jeśli fotonyMI. G. Haug. Ostateczne granice relatywistycznego równania rakiety. Rakieta fotonowa Planck / Acta Astronautica są w stanie naciskać na powierzchnię, z którą się stykają, mogą też zrzucić wytwarzający je silnik. Rezultatem jest rakieta, która jest napędzana nie przez spalanie paliwa, ale przez światło.
Tak, w próżni nawet zwykła latarka, jeśli otrzyma bardzo trwałe źródło energii, będzie stopniowo przyspieszać, napędzając się wyemitowanymi fotonami. Wystarczy obrócić go żarówką w kierunku celu i zapalić światło.
To prawda, że latarka będzie latać tak wolno, że przyspieszenie do zauważalnych prędkości zajmie miliardy lat. Ale to jest problem do rozwiązania – wystarczy powiększyć urządzenie.
Ale zasilanie takiej czołówki będzie kolejnym zadaniem. Fizyk Daniel Tommasini z Uniwersytetu w Vigo obliczyłD. Tommasiniego. Skomentuj „ostateczne granice relatywistycznego równania rakiety. Rakieta fotonowa Planck ”/ Acta Astronauticaże nawet najbardziej wydajny reaktor jądrowy będzie w stanie przyspieszyć statek fotoniczny tylko o 0,02% prędkości światła.
To około 60 km / s, co już jest całkiem dobre do podróżowania przez Układ Słoneczny. Ale żeby pomachać do najbliższej gwiazdy, będziesz potrzebował źródeł energii lepszych niż banalny reaktor jądrowy. Na przykład dobry zapas paliwa z antymaterią lub kieszonkowa czarna dziura.
Kiedy antymateria zderza się z materią, uwalnia ogromną ilość czystej energii. To prawda, produkcja antymaterii jest niesamowita droga przyjemność: stworzenie grama antywodoru, oszacowali naukowcy NASASięganie po gwiazdy / Nauka NASA 62,5 biliona dolarów. A do zasilania reaktora anihilacji potrzeba ich tony.
Czarne dziury są jeszcze bardziej wydajnymi źródłami energii. Można je wykorzystać do budowy tak zwanych reaktorów osobliwych lub kolapsarowych, jak przekonywał Stephen Hawking. Czarna dziura wytwarza promieniowanie, stopniowo odparowując.
ObliczonyL. Dźwig. Czy możliwe są statki kosmiczne z czarną dziurą / Ogólna teoria względności i kosmologia kwantowa?że jedna taka dziura ważąca 606 000 ton wyparuje przez około 3,5 roku, wytwarzając w tym czasie 160 petawatów energii. Po prostu szalona liczba: wystarczająco dużo energii, aby przyspieszyć do 10% prędkości światła w 20 dni.
Pozostaje tylko wymyślić, jak zrobić czarną dziurę i jak ją przechowywać na statku, a kompaktowa bateria o niesamowitej mocy jest gotowa. Najważniejsze, żeby nie wkładać w to palców, bo inaczej się staną pojedynczyczyli skurczy się do pewnego punktu. Wraz ze wszystkimi innymi częściami ciała.
4. Statek zasilany laserem
Film: Szkoła Fizyki — Uniwersytet w Sydney / YouTube
Powyższe koncepcje mają wspólny problem: będą musiały nosić ze sobą swoje źródła energii. Paliwo rakietowe, paliwo jądrowe, antymateria lub czarna dziura – wszystkie one dużo ważą i zmniejszają ładunek. Będziemy musieli wydać dodatkową energię na poruszanie tej gospodarki.
Żaglówka solarna nie będzie musiałaG. A. Landis. Lot międzygwiezdny przez wiązkę cząstek / NASA przewozi wiele ton paliwa, ale ma też pewne ograniczenie: leci tylko tam, gdzie wieje wiatr słoneczny, a w przestrzeni międzygwiezdnej nie będzie tak przydatny.
Jednak statek przyspieszany laserem nie ma takich wad. Jest to odpowiednik statku kosmicznego z żaglem, ale nie będzie przyspieszany przez światło słoneczne, ale przez gigawatowe kierunkowe źródło promieniowania.
Zasada jest taka: sonda międzygwiezdna rozkłada żagiel, a ogromny akcelerator laserowy na Ziemi lub na orbicie okołosłonecznej świeci na niego i popycha go tam, gdzie powinien.
Powiedzmy, że przyspieszyliśmy do wymaganej prędkości, ale jak zahamować w momencie dotarcia do jakiejś Proximy Centauri lub Gwiazdy Barnarda? Z góry nie ma możliwości wysterowania drugiego lasera tego samego rodzaju – z trudem zbudowaliśmy nawet taki na orbicie okołosłonecznej.
Ale nie martw się, fizycy Jeffrey Landis i Carver Andrews myśleli o tym dawno temu.G. A. Landis. Rozważania dotyczące optyki i materiałów dla napędzanego laserowo żagla świetlnego / NTRS. W razie potrzeby aparat może nie tylko przyspieszać, ale także zwalniać za pomocą energii fotonów wysyłanych do niego z lasera.
Po prostu mijamy je za żaglem na ogromne lustro, odbijają się na żaglu, ale z drugiej strony. I dostajemy możliwość lotu w kierunku przeciwnym do lasera. Oznacza to, że będziemy mogli nie tylko jechać do odległych gwiazd z prędkością bliską światłu, ale także wrócić.
Ten mechanizm podróży międzygwiezdnych wydaje się być jak najbardziej możliwy do zrealizowania. 12 kwietnia 2016 r. Stephen Hawking zaproponowałSięgając gwiazd, przez 4,37 lat świetlnych / The New York Times wysłać grupę sond ważących 0,5 g do Alpha Centauri, przyspieszoną do 20% prędkości światła przez laser z powierzchni Ziemi. Teoretycznie lot zajmie im 20 lat, a dane przesyłane przez sondy po przybyciu na miejsce wrócą w formie transmisji radiowych przez kolejne 5 lat.
Ja Hawking nie doczekał się realizacji jego pomysłu, ale projekt o nazwie Breakthrough Starshot jest nadal rozwijany. Jest finansowany przez rosyjskiego biznesmena Jurija Milnera i właściciela Meta Marka Zuckerberga. Być może ten ostatni po prostu szuka sposobu na powrót do domu.
Przeczytaj także🧐
- 11 błędnych przekonań na temat przestrzeni, w które wykształceni ludzie nie powinni wierzyć
- Jak i kiedy umrze Układ Słoneczny?
- Jak szkodliwe są rozbłyski słoneczne i czy można je przewidzieć?