- 2. rész -
Az életünk egy bizonyos pontján mindannyian feltettük a kérdést: mennyi ideig repülni a csillagokhoz? Lehetséges-e ilyen repülést végrehajtani egy emberi életben, válhat-e az ilyen repülés a mindennapi élet normájává? Sok választ kap erre a nehéz kérdésre, attól függően, hogy ki kérdezi. Egyesek egyszerűek, mások nehezebbek. A végleges válasz megtalálásához túl sok dolgot kell figyelembe venni.
Sajnos nincsenek olyan valós becslések, amelyek segítenek megtalálni egy ilyen választ, és ez frusztrálja a futuristákat és a csillagközi utazási rajongókat. Akár tetszik, akár nem, a hely nagyon nagy (és összetett), és technológiánk továbbra is korlátozott. De ha valaha úgy döntünk, hogy elhagyjuk az "otthoni fészekünket", akkor számos módszerünk lesz a galaxisunk legközelebbi csillagrendszeréhez jutni.
A Földünkhöz legközelebbi csillag a Nap, egészen "átlagos" csillag a Hertzsprung-Russell "fő sorrend" sémája szerint. Ez azt jelenti, hogy a csillag nagyon stabil és elegendő napfényt biztosít az élethez, hogy bolygónkon fejlődhessen. Tudjuk, hogy más bolygók a Naprendszerünk közelében lévő csillagok körül forognak, és ezek közül sok csillag hasonló a miénkhez.
Lehetséges lakható világok az univerzumban
A jövőben, ha az emberiség el akarja hagyni a Naprendszert, hatalmas csillagválasztékban leszünk, ahova mentünk, és sokuknak kedvező feltételei lehetnek az élethez. De hová megyünk, és mennyi ideig tart eljutni oda? Ne feledje, hogy ez mind a spekuláció, és jelenleg nincsenek tereptárgyak a csillagok közötti utazáshoz. Nos, ahogy Gagarin mondta, menjünk! Promóciós videó:
Nyissa meg a csillagot
Mint már említésre került, a naprendszerünkhöz legközelebbi csillag a Proxima Centauri, és ezért sok értelme van, ha ezzel kezdjük megtervezni egy csillagközi csillagközi missziót. Az Alpha Centauri hármas csillagrendszerének része, a Proxima 4,24 fényév (1,3 parsek) távolságra van a Földtől. Az Alpha Centauri valójában a rendszer három legfényesebb csillaga, egy szoros bináris rendszer része 4,37 fényévnyire a Földtől, míg a Proxima Centauri (a három közül a leggyengébb) egy izolált vörös törpe 0,13 fényévnyire van. kettős rendszerből.
És bár a csillagközi utazásokról folytatott beszélgetések mindenféle, a fénynél gyorsabb (FAS) utazást sugallnak, kezdve a láncfrekvenciáktól és a féreglyukaktól az alsó térbeli motorokig, az ilyen elméletek vagy nagyon kitaláltak (mint például az Alcubierre motor), vagy csak a tudományos fantasztikában léteznek. … Bármely küldetés a mély űrben emberek nemzedékein keresztül fog folyni.
Tehát, kezdve az űrutazás egyik leglassabb formájával, mennyi ideig tart eljutni a Proxima Centauri-ba?
Modern módszerek
Az űrutazás időtartamának becslésének kérdése sokkal könnyebb, ha a naprendszerünkben létező technológiák és testek részt vesznek benne. Például, a New Horizons misszió által használt technológiának köszönhetően, a 16 hidrazin egy üzemanyaggal működő motorokkal 8 órában és 35 percben érheti el a Holdot.
Van még az Európai Űrügynökség SMART-1 küldetése, amelyet ion tolóerő segítségével hajtottak meg a Hold felé. Ezzel a forradalmian új technológiával, amelynek egyik változata a Dawn űrszonda szintén a Vesta eléréséhez használt, a SMART-1 küldetése egy év, egy hónap és két héttel telt el a hold eléréséig.
A gyors rakéta űrhajóktól a gazdaságos ionmeghajtóig néhány lehetőség közül választhatunk a helyi űrben történő megkerüléshez - plusz a Jupiter vagy a Saturn használhatjuk óriási gravitációs pattanásként. Ennek ellenére, ha azt tervezzük, hogy egy kicsit tovább haladunk, fel kell építenünk a technológia hatalmát és új lehetőségeket kell feltárnunk.
A lehetséges módszerekről beszélünk azokról, amelyek a meglévő technológiákat érintik, vagy azokat, amelyek még nem léteznek, de amelyek műszakilag megvalósíthatók. Néhányuk, amint látni fogja, időben tesztelték és megerősítették, míg mások még mindig kérdésesek. Röviden: egy lehetséges, de nagyon időigényes és költséges forgatókönyvet jelentenek még a legközelebbi csillagig történő utazáshoz is.
Ionos mozgás
Jelenleg a motor leglassabb és leggazdaságosabb formája az ionmotor. Néhány évtizeddel ezelőtt az ionos meghajtást a tudományos fantastika tárgyának tekintették. Az utóbbi években azonban az ionmeghajtó támogató technológiák az elméletből a gyakorlatba mozogtak, nagy sikerrel. Az Európai Űrügynökség SMART-1 küldetése egy példája a Holdra irányuló sikeres küldetésnek, amely a Földről való spirálmozgás során történt 13 hónapon keresztül.
A SMART-1 napenergiával működtetett ionhajtóműveket használtak, amelyekben a napelemek összegyűjtötték az elektromos energiát a Hall-effektusok működtetésére. Mindössze 82 kilogramm xenon üzemanyagra volt szükség, hogy a SMART-1 a Holdra kerüljön. 1 kg xenon üzemanyag 45 m / s delta-V-t eredményez. Ez a mozgás rendkívül hatékony formája, de messze nem a leggyorsabb.
Az ionmeghajtó technológiát alkalmazó egyik első küldetés volt a Deep Space 1 misszió Borrelli-üstökösre 1998-ban. A DS1 xenon ionmotorot is használt és 81,5 kg üzemanyagot fogyasztott. A DS1 20 hónapos tolóerő alatt az üstökös áthaladásakor 56 000 km / h sebességet fejlesztett ki.
Az ionmotorok gazdaságosabb, mint a rakétatechnológiák, mivel a rakétaüzem tömegére eső tolóerő (fajlagos impulzus) sokkal nagyobb. Az ionhajtók azonban hosszú időt vesznek igénybe, hogy az űrhajót jelentős sebességre gyorsítsák fel, és a legnagyobb sebesség az üzemanyag-támogatástól és az energiatermeléstől függ.
Ezért, ha az ionmeghajtást a Proxima Centauri felé irányuló küldetés során használják, a motoroknak erőteljes energiaforrással (atomenergia) és nagy üzemanyagtartalommal kell rendelkezniük (bár kevesebb, mint a hagyományos rakétáknál). De ha abból a feltételezésből indulunk ki, hogy 81,5 kg xenon üzemanyag 56 000 km / h sebessé alakul (és a mozgásnak más formája nem lesz), akkor számításokat végezhet.
Az 5600 km / h legnagyobb sebességnél a Deep Space 1 81 000 évbe telik ahhoz, hogy 4,24 fényév alatt utazzanak a Föld és a Proxima Centauri között. Idővel ez körülbelül 2700 generáció ember. Nyugodtan mondhatjuk, hogy a bolygóközi ionmeghajtó túl lassú lesz a személyzettel ellátott csillagköziközi küldetéshez.
De ha az ion tolóerő nagyobb és erősebb (vagyis az ionok kilépési sebessége jelentősen nagyobb), ha van elég rakétaüzem, amely elegendő az egész 4,24 fényévhez, akkor az utazási idő jelentősen csökken. De ugyanakkor sokkal hosszabb lesz az emberi élet korszaka.
Gravitációs manőver
Az űrben történő utazás leggyorsabb módja a gravitációs segédprogram használata. Ez a módszer magában foglalja az űrhajót, amely a bolygó relatív mozgását (vagyis pályáját) és gravitációját használja az útvonalának és sebességének megváltoztatására. A gravitációs manőverek rendkívül hasznos technikát jelentenek az űrrepüléshez, különösen akkor, ha Földt vagy más hatalmas bolygót (például egy gáz óriást) használnak felgyorsulásra.
A Mariner 10 űrhajó volt az első, aki ezt a módszert alkalmazta, a Vénusz gravitációs vonzásával, hogy felgyorsuljon a Merkúr felé 1974 februárjában. Az 1980-as években a Voyager 1 szonda a Saturnot és a Jupitelt használta a gravitációs manőverekhez és a 60 000 km / h sebességre gyorsításhoz, majd a csillagközi térbe történő kijáratot követte.
A Helios 2 misszió, amely 1976-ban indult, és amelynek célja a 0,3 AU közötti bolygóközi környezet felfedezése volt. e. és 1 a. Vagyis a Naptól kezdve a gravitációs manőver segítségével kifejlesztett legnagyobb sebesség rekordja. Abban az időben a Helios 1 (1974-ben indult) és a Helios 2 tartotta a Naphoz való legközelebbi megközelítés rekordját. A Helios 2-t egy hagyományos rakéta indította, és egy nagyon hosszúkás pályára helyezte.
A 190 napos napi pálya nagy excentricitása (0,54) miatt a Helios 2 perihelionban elérte a maximális sebességet, amely több mint 240 000 km / h volt. Ezt a keringési sebességet csak a Nap gravitációs vonzása fejlesztette ki. Technikai szempontból a Helios 2 periéliumsebessége nem egy gravitációs manőver eredménye, hanem a maximális keringési sebesség eredménye, ám a készülék a leggyorsabb mesterséges tárgy rekordját még mindig tartja.
Ha a Voyager 1 a vörös törpe Proxima Centauri felé állandó, 60 000 km / h sebességgel haladna, 76 000 évre (vagy több mint 2500 generációra) lenne szükség ahhoz, hogy megtegye ezt a távolságot. De ha a szonda eléri a Helios 2 rekordsebességét - állandó 240 000 km / h sebességet -, 19 000 évre (vagy több mint 600 generációra) lenne szükség, hogy 4 243 fényévet utazzon. Sokkal jobb, bár nem szinte praktikus.
Elektromágneses motor EM meghajtó
Egy másik javasolt módszer a csillagközi utazáshoz egy rezonáns üreg rádiófrekvenciás motor, más néven EM meghajtó. A javaslatot 2001-ben Roger Scheuer, egy brit tudós, aki a projekt végrehajtása érdekében létrehozta a Satellite Propulsion Research Ltd-t (SPR), a motor azon az elképzelésen alapszik, hogy az elektromágneses mikrohullámú üregek közvetlenül képesek elektromos áramot elmozdulássá alakítani.
Míg a hagyományos elektromágneses motorokat egy meghatározott tömeg (például ionizált részecskék) meghajtására tervezték, ez a meghajtó rendszer nem függ a tömeg reakciójától és nem bocsát ki irányított sugárzást. Általában ezt a motort sokféle szkepticizmussal fogadták, elsősorban azért, mert megsérti a lendület megőrzésének törvényét, amely szerint a rendszer lendülete állandó marad, és nem hozható létre vagy megsemmisíthető, hanem csak erőhatás hatására változtatható meg.
Ennek ellenére a közelmúltban végzett kísérletek ezzel a technológiával egyértelműen pozitív eredményeket hoztak. 2014 júliusában, az 50-es AIAA / ASME / SAE / ASEE közös hajtókonferencián Clevelandben, Ohioban, a NASA haladó sugárhajtású tudósai bejelentették, hogy sikeresen tesztelték egy új elektromágneses motor kialakítását.
2015 áprilisában a NASA Eagleworks (a Johnson Űrközpont része) tudósai azt állították, hogy sikeresen tesztelték a motort vákuumban, ami jelezheti az űrben történő lehetséges alkalmazást. Ugyanezen év júliusában a drezdai Műszaki Egyetem Űrrendszer-osztályának tudóscsoportja kifejlesztette a motor saját változatát, és észrevehető kézzelfogást figyelt meg.
2010-ben Zhuang Yang professzor, a Kína Xi'an-i Északnyugati Műszaki Egyetem cikksorozatot publikált az EM Drive technológiával kapcsolatos kutatásáról. 2012-ben magas bemeneti teljesítményről (2,5 kW) és rögzített 720 millió nyomóerőről számolt be. 2014-ben kiterjedt teszteket is végzett, ideértve a belső hőmérséklet mérését a beépített hőelemekkel is, amelyek megmutatták, hogy a rendszer működik.
A NASA prototípusán alapuló számítások szerint (melynek teljesítményét 0,4 N / kilowatt érte el) az elektromágneses hajtású űrhajó kevesebb, mint 18 hónap alatt eljuthat Plutonba. Ez hatszor kevesebb, mint amit a New Horizons szonda megkövetelt, amely 58 000 km / h sebességgel haladt.
Lenyűgözően hangzik. De még ebben az esetben is az elektromágneses hajtóművek hajója 13 000 évig repül a Centauri Proxima felé. Bezár, de még mindig nem elég. Ezen túlmenően, amíg az összes pont nem pontozódik ebben a technológiában, túl korai beszélni a használatáról.
Nukleáris hő és nukleáris elektromos meghajtás
A csillagközi közötti repülés további lehetősége nukleáris motorokkal felszerelt űrhajó használata. A NASA évtizedek óta tanulmányozta ezeket a lehetőségeket. A nukleáris termikus meghajtású rakéta urán- vagy deutérium-reaktorokat használhat fel a hidrogén melegítésére a reaktorban, ionizált gázzá (hidrogénplazmá) alakítva, amelyet azután a rakéta fúvókájába irányít, és tolóerőt generál.
A nukleáris energiájú rakéta ugyanazt a reaktorot tartalmazza, amely hőt és energiát villamos energiává alakít át, amely ezután táplálja az elektromos motort. Mindkét esetben a rakéta atomfúzióra vagy atommaghasadásra támaszkodik a tolóerő létrehozására, nem pedig a kémiai üzemanyagra, amelyen minden modern űrügynökség működik.
A vegyipari motorokkal összehasonlítva a nukleáris motorok tagadhatatlan előnyei vannak. Először is, gyakorlatilag korlátlan energia sűrűség a rakéta üzemanyaghoz képest. Ezen túlmenően a nukleáris motor nagyobb nyomást generál, mint a felhasznált tüzelőanyag. Ez csökkenti a szükséges üzemanyagmennyiséget, ugyanakkor egy adott készülék súlyát és költségét.
Noha a hőerőművek még nem léptek be az űrbe, prototípusaikat megteremtették és tesztelték, és még többet is javasoltak.
És mégis, az üzemanyag-fogyasztás előnyei és a fajlagos impulzus ellenére, a javasolt nukleáris hőmotor-koncepciók legjobbjai maximális fajlagos impulzusa 5000 másodperc (50 kNs / kg). A nukleáris hasadással vagy fúziós energiával működő nukleáris motorok segítségével a NASA tudósai mindössze 90 napon belül szállíthatnak egy űrhajót a Marsra, ha a Vörös bolygó 55 000 000 km-re van a Földtől.
De amikor a Proxima Centauri-ba utazik, egy nukleáris rakéta évszázadokig tart, amíg a fénysebesség jelentős hányadára felgyorsul. Ezután több évtizedre telik majd az út, majd utána még sok évszázados gátlás vezet a cél felé vezető úton. Még mindig 1000 évvel vagyunk a rendeltetési helytől. Mi jó a bolygóközi missziókhoz, nem olyan jó a csillagköziközi missziókhoz.
- 2. rész -