Artikkelin kirjoittaja kertoo yksityiskohtaisesti neljästä lupaavasta teknologiasta, joka antaa ihmisille mahdollisuuden päästä mihin tahansa paikkaan maailmankaikkeudessa yhden ihmisen elämän aikana. Vertailun vuoksi: nykyaikaisen tekniikan käytöllä tie toiseen tähtijärjestelmään vie noin 100 tuhatta vuotta.
Siitä lähtien kun ihminen katsoi ensin yötaivaalle, haavelemme vierailla muissa maailmoissa ja nähdä maailmankaikkeus. Ja vaikka kemiallisilla polttoaineilla käytettävät rakettimme ovat jo saavuttaneet monia aurinkojärjestelmän planeettoja, kuita ja muita elimiä, maapallolta kauimpana oleva avaruusalus Voyager 1 kattoi vain 22,3 miljardia kilometriä. Tämä on vain 0,056% etäisyydestä lähimpään tunnettuun tähtijärjestelmään. Nykyaikaista tekniikkaa käyttämällä tie toiseen tähtijärjestelmään vie noin 100 tuhatta vuotta.
Ei kuitenkaan tarvitse toimia kuten olemme aina tehneet. Suurten hyötykuormien omaavien ajoneuvojen lähettämisen tehokkuus jopa ihmisen ollessa ennennäkemätöntä etäisyyttä maailmankaikkeudessa voidaan parantaa huomattavasti, jos käytetään oikeaa tekniikkaa. Tarkemmin sanottuna on olemassa neljä lupaavaa tekniikkaa, jotka voivat päästä meidät tähtiin huomattavasti lyhyemmässä ajassa. Täällä he ovat.
1). Ydinteknologia. Toistaiseksi ihmiskunnan historiassa kaikilla avaruuteen päästetyillä avaruusaluksilla on yksi yhteinen asia: kemikaalikäyttöinen moottori. Kyllä, rakettipolttoaine on erityinen kemikaaliseos, joka on suunniteltu tarjoamaan maksimaalinen työntövoima. Lause "kemikaalit" on tärkeä tässä. Reaktiot, jotka antavat energiaa moottorille, perustuvat sidosten uudelleenjakautumiseen atomien välillä.
Tämä rajoittaa perusteellisesti toimintaamme! Suurin osa atomin massasta kuuluu sen ytimeen - 99,95%. Kun kemiallinen reaktio alkaa, atomien ympärillä pyörivät elektronit jakautuvat uudelleen ja vapauttavat energiana yleensä noin 0,0001% reaktioon osallistuvien atomien kokonaismassasta Einsteinin kuuluisan yhtälön mukaan: E = mc2. Tämä tarkoittaa, että jokaisesta rakettiin ladatusta polttoainekilokilusta reaktion aikana saat energiaa, joka vastaa noin 1 milligrammaa.
Jos kuitenkin käytetään ydinpolttoainetta käyttäviä raketteja, tilanne on dramaattisesti erilainen. Sen sijaan, että luottaisit muutoksiin elektronien konfiguraatiossa ja miten atomit sitoutuvat toisiinsa, voit vapauttaa suhteellisen valtavan määrän energiaa vaikuttamalla siihen, kuinka atomien ytimet ovat yhteydessä toisiinsa. Kun jaat uraaniatomia pommittamalla sitä neutroneilla, se emittoi paljon enemmän energiaa kuin mikään kemiallinen reaktio. 1 kilogramma uraania-235 voi vapauttaa 911 milligrammaa vastaavan määrän energiaa, joka on lähes tuhat kertaa tehokkaampi kuin kemiallinen polttoaine.
Voisimme tehdä moottoreista entistä tehokkaampia, jos hallitsemme ydinfuusion. Esimerkiksi inertiaalisesti kontrolloidussa lämpöydinfuusiojärjestelmässä, jonka avulla olisi mahdollista syntetisoida vety heliumiin, tapahtuu tällainen ketjureaktio Auringossa. Yhden kilogramman vetypolttoaineen synteesi heliumiksi muuntaa 7,5 kilogrammaa massaa puhtaaseksi energiaksi, joka on lähes 10 tuhat kertaa tehokkaampi kuin kemiallinen polttoaine.
Ajatuksena on saada sama kiihdytys rakettiin huomattavasti pidemmän ajanjakson ajan: satoja tai jopa tuhansia kertoja pidempään kuin nyt, mikä antaisi heille mahdollisuuden kehittää satoja tai tuhansia kertoja nopeammin kuin perinteiset raketit nyt. Tällainen menetelmä vähentäisi tähtienvälistä lentoaikaa satoihin tai jopa kymmeniin vuosiin. Tämä on lupaava tekniikka, jota pystymme käyttämään vuoteen 2100 mennessä tieteen kehityksen vauhdista ja suunnasta riippuen.
Mainosvideo:
2). Kosmisten laserien säde. Tämä idea on keskellä Breakthrough Starshot -hanketta, joka sai näkyvyyden useita vuosia sitten. Konsepti ei ole menettänyt houkuttelevuuttaan vuosien mittaan. Vaikka tavanomainen raketti kuljettaa polttoainetta mukanaan ja kuluttaa sitä kiihdytykseen, tämän tekniikan keskeinen ajatus on voimakkaiden lasersäteiden anto, joka antaa avaruusalukselle tarvittavan impulssin. Toisin sanoen kiihtyvyyden lähde irrotetaan itse aluksesta.
Tämä käsite on mielenkiintoinen ja mullistava monella tavalla. Lasertekniikka kehittyy menestyksekkäästi, ja se on tulossa paitsi voimakkaammaksi myös voimakkaasti kollimeiksi. Joten jos luomme purjeen kaltaista materiaalia, joka heijastaa riittävän suurta prosenttista laservaloa, voimme käyttää lasersätettä saadaksesi avaruusaluksen kehittämään valtavia nopeuksia. ~ 1 gramman painoisen "avaruusaluksen" odotetaan saavuttavan nopeuden ~ 20% valon nopeudesta, minkä ansiosta se voi lentää lähimpään tähteen, Proxima Centauriin, vain 22 vuodessa.
Tietysti tätä varten meidän on luotava valtava lasersäde (noin 100 km2), ja tämä on tehtävä avaruudessa, vaikka tämä on enemmän kustannusongelma kuin tekniikka tai tiede. On kuitenkin olemassa joukko ongelmia, jotka on ratkaistava, jotta tällainen projekti voidaan toteuttaa. Heidän keskuudessaan:
- tukematon purje pyörii, tarvitaan jonkinlainen (ei vielä kehitetty) vakautusmekanismi;
- kyvyttömyys jarruttaa määränpään saavuttaessa, koska aluksella ei ole polttoainetta;
- vaikka osoittautuisi mittakaavalle ihmisten kuljettamista varten, ihminen ei pysty selviytymään valtavalla kiihtyvyydellä - merkittävällä nopeuden erolla lyhyessä ajassa.
Ehkä jonain päivänä tekniikka pystyy viemään meidät tähtiin, mutta henkilöllä ei ole onnistunutta tapaa saavuttaa nopeus, joka on ~ 20% valon nopeudesta.
3). Antimateriaalipolttoaine. Jos haluamme silti kuljettaa polttoainetta, voimme tehdä siitä mahdollisimman tehokkaan: se perustuu hiukkasten ja hiukkasten tuhoamiseen. Toisin kuin kemiallinen tai ydinpolttoaine, jossa vain murto-osa aluksella olevasta massasta muutetaan energiaksi, hiukkasten ja hiukkasten vastainen tuhoaminen käyttää 100 prosenttia sekä hiukkasten että hiukkasten vastaisista massista. Mahdollisuus muuntaa kaikki polttoaineet pulssienergiaksi on korkein polttoainetehokkuuden taso.
Tämän menetelmän käytännössä soveltamisessa on vaikeuksia kolmella pääalueella. Erityisesti:
- vakaan neutraalin antimateriaalin luominen;
- kyky eristää se tavallisesta aineesta ja hallita sitä tarkasti;
- tuottaa antimateriaa riittävän suurina määrinä tähtienvälistä lentoa varten.
Onneksi kahta ensimmäistä asiaa käsitellään jo.
Euroopan ydintutkimusjärjestössä (CERN), jossa asuu suuri Hadron-törmäyslaite, on valtava kompleksi, joka tunnetaan nimellä "antimateriaalitehdas". Kuusi riippumatonta tutkijaryhmää tutkii antimateriaalin ominaisuuksia. Ne ottavat antiprotoneja ja hidastavat niitä, pakottaen positronin sitoutumaan niihin. Näin syntyy antiatomit tai neutraali antimateria.
He eristävät nämä antiatomit säiliössä vaihtelevilla sähköisillä ja magneettikentillä, jotka pitävät ne paikoillaan, kaukana aineesta tehdyn astian seinämistä. Tähän mennessä, vuoden 2020 puoliväliin mennessä, he ovat onnistuneesti eristäneet ja vakauttaneet useita antiatomeja tunnissa kerrallaan. Muutaman seuraavan vuoden aikana tutkijat pystyvät hallitsemaan antimateriaalin liikettä gravitaatiokentällä.
Tätä tekniikkaa ei ole saatavana meille lähitulevaisuudessa, mutta voi osoittautua, että nopein tapa tähteiden väliseen matkustamiseen on antimatterraketti.
4). Tähtialus tummassa aineessa. Tämä vaihtoehto vetoaa varmasti oletukseen, että kaikki pimeästä aineesta vastuussa olevat hiukkaset käyttäytyvät kuin bosoni ja ovat sen omia hiukkasia. Teoriassa tummalla aineella, joka on sen oma hiukkasen vastainen aine, on pieni, mutta ei nolla, mahdollisuus tuhota minkä tahansa muun tumman aineen hiukkasen kanssa, joka törmää siihen. Voimme potentiaalisesti käyttää törmäyksen seurauksena vapautunutta energiaa.
Tästä on mahdollista todisteita. Havaintojen tuloksena on todettu, että Linnunradalla ja muissa galakseissa on selittämätön ylimäärä gammasäteilyä, joka tulee niiden keskuksista, joissa pimeän energian pitoisuuden tulisi olla suurin. Aina on mahdollista, että esimerkiksi pulsaareille on olemassa yksinkertainen astrofyysinen selitys. On kuitenkin mahdollista, että tämä on silti tummaa ainetta, joka tuhoaa itsensä galaksin keskustassa, ja antaa siten meille uskomatonta ajatusta - tähtilaivan tummassa aineessa.
Tämän menetelmän etuna on, että tumma aine esiintyy kirjaimellisesti kaikkialla galaksissa. Tämä tarkoittaa, että meidän ei tarvitse kuljettaa polttoainetta matkalla. Sen sijaan pimeän energian "reaktori" voi yksinkertaisesti tehdä seuraavan:
- ota kaikki lähellä olevat pimeät aineet;
- nopeuttaa tuhoamistaan tai antaa sen tuhota luonnollisesti;
- ohjaa vastaanotettu energia saadaksesi vauhtia mihin tahansa haluttuun suuntaan.
Ihminen voisi hallita reaktorin kokoa ja tehoa haluttujen tulosten saavuttamiseksi.
Ilman polttoaineen tarvetta aluksella monet propulsiovetoisen avaruusmatkan ongelmat katoavat. Sen sijaan pystymme saavuttamaan rakastetun unelman mistä tahansa matkasta - rajoittamaton jatkuva kiihtyvyys. Tämä antaa meille ajattelemattomimman kyvyn - kyvyn päästä mihin tahansa paikkaan maailmankaikkeudessa yhden ihmisen elämän aikana.
Jos rajoitumme olemassa olevaan rakettitekniikkaan, tarvitsemme ainakin kymmeniä tuhansia vuosia matkustaaksesi maasta lähimpään tähtijärjestelmään. Moottoritekniikan merkittävät edistysaskeleet ovat kuitenkin lähellä ja ne lyhentävät matka-aikoja yhteen ihmisen elämään. Jos pystymme käsittelemään ydinpolttoaineen, kosmisten lasersäteiden, antimateriaalin tai jopa pimeän aineen käyttöä, toteutamme oman unelmamme ja tulemme avaruussivilisaatioksi käyttämättä häiritseviä tekniikoita, kuten loimilaitteita.
On monia potentiaalisia tapoja muuttaa tiedepohjaiset ideat toteuttamiskelpoisiksi, reaalimaailman seuraavan sukupolven moottoritekniikoiksi. On täysin mahdollista, että vuosisadan loppuun mennessä avaruusalus, jota ei ole vielä keksitty, tulee New Horizonsin, Pioneerin ja Voyagerin tilalle kauimpana ihmisen luomina esineinä maapallolta. Tiede on jo valmis. Meillä on vielä jäljellä nykytekniikkaamme pidemmälle ja toteuttaa tämä unelma.