Реални ли са междузвездните пътувания?
Реални ли са междузвездните пътувания?

Видео: Реални ли са междузвездните пътувания?

Видео: Реални ли са междузвездните пътувания?
Видео: Продължава борбата за живота на детето, ударено от мълния 2024, Март
Anonim

Авторът на статията разказва подробно за четири обещаващи технологии, които дават възможност на хората да достигнат до всяко място във Вселената в рамките на един човешки живот. За сравнение: с помощта на съвременни технологии пътят към друга звездна система ще отнеме около 100 хиляди години.

Откакто човекът за първи път е погледнал в нощното небе, ние мечтаем да посетим други светове и да видим Вселената. И въпреки че нашите ракети с химическо гориво вече са достигнали много планети, луни и други тела в Слънчевата система, космическият кораб, който е най-отдалечен от Земята, Вояджър 1, измина само 22,3 милиарда километра. Това е само 0,056% от разстоянието до най-близката известна звездна система. Използвайки съвременни технологии, пътят към друга звездна система ще отнеме около 100 хиляди години.

Не е необходимо обаче да действаме, както винаги сме правили. Ефективността на изпращането на превозни средства с голяма маса полезен товар, дори с хора на борда, на безпрецедентни разстояния във Вселената може да бъде значително подобрена, ако се използва правилната технология. По-конкретно, има четири обещаващи технологии, които могат да ни отведат до звездите за много по-малко време. Ето ги и тях.

едно). Ядрени технологии. Досега в човешката история всички космически кораби, изстреляни в космоса, имат едно общо нещо: двигател с химическо гориво. Да, ракетното гориво е специална смес от химикали, предназначени да осигурят максимална тяга. Фразата „химикали“е важна тук. Реакциите, които дават енергия на двигателя, се основават на преразпределението на връзките между атомите.

Това фундаментално ограничава нашите действия! По-голямата част от масата на атома пада върху неговото ядро - 99, 95%. Когато започне химическа реакция, електроните, въртящи се около атомите, се преразпределят и обикновено освобождават като енергия около 0, 0001% от общата маса на атомите, участващи в реакцията, според известното уравнение на Айнщайн: E = mc2. Това означава, че за всеки килограм гориво, което се зарежда в ракетата, по време на реакцията получавате енергия, еквивалентна на около 1 милиграм.

Ако обаче се използват ракети с ядрено гориво, ситуацията ще бъде драстично различна. Вместо да разчитате на промените в конфигурацията на електроните и как атомите се свързват помежду си, можете да освободите относително огромно количество енергия, като повлияете как ядрата на атомите са свързани помежду си. Когато деляте уранов атом, като го бомбардирате с неутрони, той излъчва много повече енергия от всяка химическа реакция. 1 килограм уран-235 може да освободи количество енергия, еквивалентно на 911 милиграма маса, което е почти хиляда пъти по-ефективно от химическото гориво.

Бихме могли да направим двигателите още по-ефективни, ако овладеем ядрения синтез. Например, система за инерционно контролиран термоядрен синтез, с помощта на която би било възможно да се синтезира водород в хелий, такава верижна реакция протича на Слънцето. Синтезът на 1 килограм водородно гориво в хелий ще превърне 7,5 килограма маса в чиста енергия, което е почти 10 хиляди пъти по-ефективно от химическото гориво.

Идеята е да се получи същото ускорение за ракета за много по-дълъг период от време: стотици или дори хиляди пъти по-дълъг от сега, което би им позволило да се развиват стотици или хиляди пъти по-бързо от конвенционалните ракети сега. Такъв метод би намалил времето на междузвездния полет до стотици или дори десетки години. Това е обещаваща технология, която ще можем да използваме до 2100 г. в зависимост от темпа и посоката на развитие на науката.

2). Лъч от космически лазери. Тази идея е в основата на проекта Breakthrough Starshot, който придоби известност преди няколко години. През годините концепцията не е загубила своята привлекателност. Докато конвенционалната ракета носи гориво със себе си и го изразходва за ускорение, ключовата идея на тази технология е лъч от мощни лазери, които ще дадат на космическия кораб необходимия импулс. С други думи, източникът на ускорение ще бъде отделен от самия кораб.

Тази концепция е едновременно вълнуваща и революционна в много отношения. Лазерните технологии се развиват успешно и стават не само по-мощни, но и силно колимирани. Така че, ако създадем материал, подобен на платно, който отразява достатъчно висок процент лазерна светлина, можем да използваме лазерен изстрел, за да накараме космическия кораб да развие колосални скорости. Очаква се "звездният кораб" с тегло ~ 1 грам да достигне скорост от ~ 20% от скоростта на светлината, което ще му позволи да лети до най-близката звезда Проксима Кентавър само за 22 години.

Разбира се, за това ще трябва да създадем огромен лъч лазери (около 100 km2) и това трябва да се направи в космоса, въпреки че това е по-скоро проблем с разходите, отколкото с технологията или науката. Съществуват обаче редица предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да може да се осъществи такъв проект. Между тях:

  • неподдържано платно ще се върти, необходим е някакъв (все още неразработен) стабилизиращ механизъм;
  • невъзможността за спиране при достигане на точката на дестинация, тъй като на борда няма гориво;
  • дори ако се окаже, че мащабира устройството за транспортиране на хора, човек няма да може да оцелее с огромно ускорение - значителна разлика в скоростта за кратък период от време.

Може би някой ден технологиите ще могат да ни отведат до звездите, но все още няма успешен метод човек да достигне скорост, равна на ~ 20% от скоростта на светлината.

3). Гориво от антиматерия. Ако все пак искаме да носим гориво със себе си, можем да го направим възможно най-ефективно: то ще се основава на унищожаването на частици и античастици. За разлика от химическото или ядреното гориво, където само част от масата на борда се превръща в енергия, анихилацията на частици-античастици използва 100% от масата както на частиците, така и на античастиците. Възможността да се преобразува цялото гориво в импулсна енергия е най-високото ниво на горивна ефективност.

При прилагането на този метод на практика възникват трудности в три основни направления. по-конкретно:

  • създаване на стабилна неутрална антиматерия;
  • способността да се изолира от обикновената материя и да се контролира точно;
  • произвеждат антиматерия в достатъчно големи количества за междузвезден полет.

За щастие по първите два въпроса вече се работи.

В Европейската организация за ядрени изследвания (CERN), където се намира Големият адронен колайдер, има огромен комплекс, известен като "фабрика за антиматерия". Там шест независими екипа от учени изследват свойствата на антиматерията. Те вземат антипротони и ги забавят, принуждавайки позитрона да се свърже с тях. Така се създават антиатоми или неутрална антиматерия.

Те изолират тези антиатоми в контейнер с различни електрически и магнитни полета, които ги държат на място, далеч от стените на контейнер, направен от материя. До момента, средата на 2020 г., те успешно изолират и стабилизират няколко антиатома за час наведнъж. През следващите няколко години учените ще могат да контролират движението на антиматерия в гравитационното поле.

Тази технология няма да бъде достъпна за нас в близко бъдеще, но може да се окаже, че най-бързият ни начин за междузвездно пътуване е ракета с антиматерия.

4). Звезден кораб върху тъмната материя. Този вариант със сигурност разчита на предположението, че всяка частица, отговорна за тъмната материя, се държи като бозон и е своя собствена античастица. На теория тъмната материя, която е своя собствена античастица, има малък, но не нулев шанс да се унищожи с всяка друга частица тъмна материя, която се сблъска с нея. Потенциално можем да използваме енергията, освободена в резултат на сблъсъка.

Има възможни доказателства за това. В резултат на наблюдения е установено, че Млечният път и други галактики имат необясним излишък на гама лъчение, идващо от техните центрове, където концентрацията на тъмната енергия трябва да е най-висока. Винаги има възможност да има просто астрофизично обяснение за това, например пулсари. Възможно е обаче тази тъмна материя все още да се унищожава със себе си в центъра на галактиката и по този начин да ни даде невероятна идея - звезден кораб върху тъмна материя.

Предимството на този метод е, че тъмната материя съществува буквално навсякъде в галактиката. Това означава, че не е нужно да носим гориво със себе си по време на пътуването. Вместо това, реакторът с тъмна енергия може просто да направи следното:

  • вземете всяка тъмна материя, която е наблизо;
  • ускорете неговото унищожаване или му позволите да се унищожи естествено;
  • пренасочва получената енергия, за да набере инерция във всяка желана посока.

Човек може да контролира размера и мощността на реактора, за да постигне желаните резултати.

Без да е необходимо да носите гориво на борда, много от проблемите на космическите пътувания със задвижване ще изчезнат. Вместо това ще можем да постигнем заветната мечта на всяко пътуване - неограничено постоянно ускорение. Това ще ни даде най-немислимата способност – способността да достигнем до всяко място във Вселената по време на един човешки живот.

Ако се ограничим до съществуващите ракетни технологии, тогава ще ни трябват поне десетки хиляди години, за да пътуваме от Земята до най-близката звездна система. Въпреки това значителният напредък в технологията на двигателя е близо и ще намали времето за пътуване до един човешки живот. Ако успеем да овладеем използването на ядрено гориво, космически лазерни лъчи, антиматерия или дори тъмна материя, ще изпълним собствената си мечта и ще станем космическа цивилизация без използването на разрушителни технологии като варп задвижвания.

Има много потенциални начини за превръщане на научно обосновани идеи в осъществими, реални технологии от следващо поколение двигатели. Напълно възможно е до края на века космическият кораб, който все още не е изобретен, да заеме мястото на New Horizons, Pioneer и Voyager като най-отдалечените от Земята обекти, създадени от човека. Науката вече е готова. Остава ни да погледнем отвъд сегашните си технологии и да сбъднем тази мечта.

Препоръчано: