4 avaruusaluskonseptia, jotka voivat olla todellisuutta tulevaisuudessa

1. Räjähtää

Videotallennus: DrRhysy / YouTube

Meillä kaikilla on ainakin epämääräinen käsitys siitä, kuinka tuhoisia ydinaseet ovat. Vaikuttaa siltä, ​​että tällaisen vaarallisen asian käyttö ei todennäköisesti johda mihinkään hyvään.

Mutta fyysikot Stanislav Ulam ja Freeman Dyson päättivätG. Dyson. Project Orion: Tositarina atomiavaruusaluksestaettä tämä voima voidaan ohjata myös luovaan kanavaan. Ja 60-luvulla he ehdottivat ideaa tähtienvälisestä aluksesta, joka lentää ajamalla itseään ohjatuilla ydinräjähdyksillä.

Todellakin, miksi kuljettaa valtavia polttoainetankkeja universumin laajuuden poikki, jos voit sen sijaan ottaa mukaasi sata tai kaksi atomikärkeä?

Projekti sai nimekseen Orion eli ydinvoimalla toimiva avaruusalus. Yksikön toimintaperiaate on seuraava.

Radalla roikkuu laiva, joka aikoo lentää aurinkokunnan laitamille tai jopa muille tähdille. Oikealla hetkellä hän päästää jossain sadan metrin päähän takanaan vetypommin, joka räjähtää ja ohjaa konetta eteenpäin shokkiaallon kanssa. Kun työntövauhti alkaa laantua, ammutaan seuraava pommi, sitten toinen ja toinen. Tämä on paljon tehokkaampaa kuin raketissa lentäminen.

Idea sinänsä oli loistava. Mutta "räjähdys", kuten kehitystä kutsuttiin, sisälsi monia ongelmia, joita ei voitu ratkaista tässä tieteen ja teknologian kehityksen vaiheessa. Ei ollut selvää, kuinka aluksen takaosa suojataan relativistilta plasmalta, gammasäteiltä ja valon välähdyksistä. Heijastuslevyn oletettiin peittävän ablatiivisella grafiittirasvapinnoitteella, joka on myös päivitettävä jokaisen räjähdyksen jälkeen.

On kuitenkin olemassa tiettyjä epäilyksiä siitä, onko mahdollista suunnitella kilpi, joka kestää satojen vetypommien räjähdyksen melkein tyhjästä etäisyydeltä.

Lisäksi satoja atomipommeja sisältävän laitteen saattaminen kiertoradalle oli melko riskialtista tehtävää. 60-luvulla säteilyä kohdellaan yksinkertaisemmin kuin nyt - ilmeisesti he uskoivat, että hän tappaa vain niitä, jotka pelkäävät häntä.

Aluksi oletettiin, että Orion nousisi itsestään eli tekisi atomiräjähdyksiä sen alla aivan ilmakehässä. Sitten tiedemiehet ymmärsivät silti innostuneensa ja päättivät räjäyttää ydinpanoksia vain ilmattomassa tilassa.

Mutta jopa tässä tapauksessa, jos jokin ei mene suunnitelmien mukaan ja raketti, jossa on niin vaarallinen lasti, ei pääse avaruuteen, tapahtuu todellinen säteilykatastrofi paikassa, jossa se putoaa. Siksi hanketta lykättiinG. Dyson. Project Orion: Tositarina atomiavaruusaluksesta ja sitten, kun osittaista testikieltoa koskeva sopimus allekirjoitettiin vuonna 1963, se suljettiin kokonaan.

Siitä huolimatta ajatus atomipommin kiihdytetystä tähtienvälisestä avaruusaluksesta herää edelleen fyysikkojen mielessä.

2. Aurinkopurjevene

Video: The Planetary Society / YouTube

Ilmaus "aurinko- (tai fotoni-)purje" kuulostaa melko fantastiselta. Siitä huolimatta tämä on todellinen ja jopa jo todistettu tekniikka. Kesäkuussa 2019 LightSail-2-luotainta tällaisella moottorilla testattiin onnistuneesti.Mitä odottaa, kun LightSail 2 saapuu avaruuteen / planeettayhteiskuntaan avaruudessa.

Tosiasia on, että fotonit - valon muodostavat hiukkaset - voivat kohdistaa painetta joutuessaan kosketuksiin pinnan kanssa. Eli auringonvalo avaruudessa pystyyG. Vulpetti. Nopea aurinkopurjehdus: Erikoispurjealusten lentoratojen astrodynamiikka työnnä purjetta samalla tavalla kuin tuuli maan päällä.

Vain purje on valmistettava erittäin ohuesta imukykyisestä materiaalista - esimerkiksi 30 nanometrin paksuisesta alumiinikalvosta. Ja sen tulee olla vähintään muutaman neliökilometrin kokoinen.

Vertailun vuoksi LightSail-2-luotaimen pinta-ala oli vain 32 neliömetriä.

Aurinkopurjeella varustetun laitteen ei tarvitse kuljettaa mukanaan kymmeniä ja satoja tonneja polttoainetta: se pystyy lentämään minne vain auringonvalo pääsee. On totta, että konseptin toteuttamisessa voi olla vaikeuksia.

Pääasia on, miten purjeet suojataan vaurioilta. Se on loppujen lopuksi partaveitsi ohut läpinäkymätön kangas, joka on vessapaperin lujuutta ja kulkee läpi tyhjyys hurjalla vauhdilla. Mikä tahansa vastapölyhiukkanen voi tehdä siihen kunnollisen reiän.

3. Fotoni-raketti

Tällainen avaruusalus käyttää samaa periaatetta kuin aurinkopurjelaiva, vain päinvastoin. Loppujen lopuksi, jos fotonitE. G. Haug. Relativistisen rakettiyhtälön perimmäiset rajat. Planck-fotoniraketti / Acta Astronautica ne voivat painaa pintaa, jonka kanssa ne joutuvat kosketuksiin, ne voivat myös heittää pois niitä tuottavan moottorin. Tuloksena on raketti, joka ei kulje polttamalla polttoainetta vaan valolla.

Kyllä, tyhjiössä jopa yksinkertainen taskulamppu, jos sille annetaan erittäin kestävä energialähde, kiihtyy vähitellen kuljettaen itseään emittoivilla fotoneilla. Riittää, kun käännät sen hehkulampulla kohdetta vasten ja sytytät valon.

Totta, taskulamppu lentää niin hitaasti, että kestää miljardeja vuosia kiihtyä havaittaviin nopeuksiin. Mutta tämä on ratkaistava ongelma - sinun tarvitsee vain tehdä laitteesta isompi.

Mutta tällaisen ajovalaisimen käyttö on toinen tehtävä. Fyysikko Daniel Tommasini Vigon yliopistosta on laskenutD. Tommasini. Kommentoi "relativistisen rakettiyhtälön perimmäiset rajat. Planck-fotoniraketti ”/ Acta Astronauticaettä tehokkainkin ydinreaktori pystyy kiihdyttämään fotonilaivaa vain 0,02 % valon nopeudesta.

Tämä on jossain noin 60 km/s, mikä on jo melko hyvä matkustaa aurinkokunnan läpi. Mutta jotta aaltoilet lähimpään tähteen, tarvitset energialähteitä paremmin kuin banaali ydinreaktori. Esimerkiksi hyvä antimatteripolttoaineen saanti tai tasku musta aukko.

Kun antimateriaali törmää aineen kanssa, se vapauttaa valtavan määrän puhdasta energiaa. Totta, antiaineen tuotanto on uskomatonta kallis ilo: luominen gramman antivety NASA tutkijat ovat arvioineetTähtien tavoittaminen / Tiede NASA 62,5 biljoonaa dollaria. Ja se vie tonnia annihilaatioreaktorin ruokkimiseen.

Mustat aukot ovat vielä tehokkaampia energianlähteitä. Niistä voidaan valmistaa niin sanottuja yksittäisiä eli collapsar-reaktoreita, kuten Stephen Hawking väitti. Musta aukko luo säteilyä, joka haihtuu vähitellen.

LaskettuL. Nosturi. Ovatko mustan aukon tähtialukset mahdollisia / Yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttikosmologiaettä yksi tällainen 606 000 tonnia painava reikä haihtuu noin 3,5 vuoden ajan ja tuottaa tänä aikana 160 petawattia energiaa. Vain villi hahmo: tarpeeksi energiaa kiihdyttääksesi 10 % valon nopeudesta 20 päivässä.

On vain selvitettävä, kuinka musta aukko tehdään ja kuinka se säilytetään laivassa, ja uskomattoman tehon kompakti akku on valmis. Tärkeintä ei ole työntää sormiasi siihen, muuten niistä tulee yksikkö, eli kutistuu tiettyyn pisteeseen. Yhdessä kaikkien muiden kehon osien kanssa.

4. Laserkäyttöinen laiva

Video: Fysiikan korkeakoulu - Sydneyn yliopisto / YouTube

Yllä olevilla käsitteillä on yhteinen ongelma: niiden on kuljettava energialähteensä mukanaan. Rakettipolttoaine, ydinpolttoaine, antimateriaali tai musta aukko painavat paljon ja vähentävät hyötykuormaa. Meidän on käytettävä ylimääräistä energiaa tämän talouden siirtämiseen.

Aurinkopurjeveneen ei tarvitseG. A. Landis. Tähtienvälinen lento Particle Beam / NASA kuljettaa monia tonneja polttoainetta, mutta sillä on myös rajoituksensa: se lentää vain siellä, missä aurinkotuuli puhaltaa, eikä se ole niin hyödyllinen tähtienvälisessä avaruudessa.

Laserilla kiihdytetyllä aluksella ei kuitenkaan ole tällaisia ​​haittoja. Tämä on analogi purjeelliselle tähtialukselle, mutta sitä ei kiihdytä auringon valo, vaan gigawatin suunnattu säteilylähde.

Periaate on tämä: tähtienvälinen luotain levittää purjeen, ja valtava laserkiihdytin Maan päällä tai lähellä aurinkoa olevalla kiertoradalla loistaa sen päälle ja työntää sen sinne, missä sen on oltava.

Oletetaan, että kiihdyimme vaadittuun nopeuteen, mutta kuinka jarruttaa saapumispisteessä jossain Proxima Centaurissa tai Barnard's Starissa? Toista samanlaista laseria ei etukäteen voi ajaa - rakensimme sellaisen jopa aurinkoradalle vaikeuksilla.

Mutta älä huoli, fyysikot Jeffrey Landis ja Carver Andrews ovat miettineet tätä kauan sitten.G. A. Landis. Laserkäyttöisen valopurjeen / NTRS: n optiikka ja materiaalit. Tarvittaessa laite ei voi vain kiihdyttää, vaan myös hidastaa siihen laserista lähetettyjen fotonien energian avulla.

Ohjaamme ne vain purjeen ohi valtavaan peiliin, ne heijastuvat purjeeseen, mutta toiselta puolelta. Ja saamme mahdollisuuden lentää laseria vastakkaiseen suuntaan. Toisin sanoen voimme paitsi ajaa kaukaisiin tähtiin valon nopeudella, myös palata.

Tämä tähtienvälisen matkan mekanismi näyttää olevan toteuttamiskelpoisin. 12. huhtikuuta 2016 Stephen Hawking kosiTähtien tavoittaminen, 4,37 valovuotta / The New York Times lähettää Alpha Centauriin 0,5 gramman painoinen luotainryhmä, joka on kiihdytetty 20 prosenttiin valon nopeudesta laserilla Maan pinnalta. Teoriassa niiden lentäminen kestää 20 vuotta, ja luotainten lähettämät tiedot saapuessaan paikalle matkaavat takaisin radiolähetysten muodossa vielä 5 vuotta.

Itse Hawking ei ehtinyt nähdä ideansa toteutumista, mutta Breakthrough Starshot -projektia kehitetään edelleen. Sitä rahoittavat venäläinen liikemies Juri Milner ja Metan omistaja Mark Zuckerberg. Ehkä jälkimmäinen vain etsii tapaa palata kotiin.