Ihmiset ovat jo unelmoineet matkustamisesta kaukaisille planeetoille; sama aihe on käsitelty tieteiskirjallisuudessa yli vuosisadan ajan. Todellisuudessa monet ongelmat, jotka estävät meitä tekemään tätä, mukaan lukien riittävien tekniikoiden puute. Mutta tämä ei estä tutkijoita teoreoimasta mahdollisia tapoja valloittaa ulkoavaruus, joista voi jonain päivänä tulla varsin todellisia.
Ionimoottorit
Ioniristimet eivät todennäköisesti ole uusia Star Wars -faneille, koska TIE-hävittäjät lentävät heihin. Se on myös vakiintunut tekniikka, jota käytetään syyskuussa 1997 lanseeratun Dawn-anturin käyttämässä kääpiöplanettojen Vesta ja Ceres tutkimiseen.
Ionimoottorit toimivat, kun ksenoniatomeja pommitetaan elektroneilla ionien muodostamiseksi. Moottorin takaosassa on metallisilmiä, jotka on ladattu 1000 voltilla, jotka ampuvat ioneja valtavalla nopeudella. Työntövoima on melko pieni, mutta koska tila on kitkaton ja nollapainoinen ympäristö, se kasvaa jatkuvasti. Dawnin huippunopeus on 38 600 km / h.
Ionimoottorit tarvitsevat vähän polttoainetta. Ne ovat 10 kertaa tehokkaampia kuin kemialliset moottorit. He saavat energiansa suurista aurinkopaneeleista, joten polttoaineen varastointia ei tarvitse rakentaa. Se antaa myös ionitroottorille teoriassa ehtymätön energialähde.
Ionimoottorien nykyinen ongelma on, että ne ovat liian hitaita ihmisten kuljettamiseen. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi laitteiden ja tarvikkeiden kuljettamiseen Marsin siirtomaahan.
Mainosvideo:
Bussard ramjet
Kuten edellä mainittiin, yksi suurimmista avaruusmatkailun haasteista on tarvittava polttoaineen määrä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi 1960-luvulla ehdotettiin perustamaan ns. Bussard Interstellar Ramjet.
Ajatuksena on, että avaruusalusta poimii protoneja, jotka ovat hajallaan ympäri maailmankaikkeutta, kun se kulkee. Jos nämä protonit voidaan sitten syntetisoida, avaruusalukset lentävät olennaisesti ydinaseilla.
Totta, Ramjet-konseptiin liittyy useita ongelmia. Voit nostaa vain tietyn määrän protoneja, ja kun protonit poimitaan, syntyy myös merkittävää vastustusta. Lisäksi on pieni kysymys vakaan toimivan ydinfuusiolaitteen luomisesta.
Liike ydinimpulssilla
Idea ydinvoiman käytöstä avaruusaluksen laukaisussa on juontu 1950-luvulta. Orion-projekti oli NASA: n aloite, joka päätti rakentaa mukavan pilvenpiirtäjän kokoisen laivan, joka käynnistettiin ydinpommin räjähdyksen alla. Olet jo alkanut arvata projektiin liittyvistä ongelmista. Aluksi, tämän projektin jälkeen pitäisi jäädä valtava määrä säteilyä, ja astronautit itse saavat säteilymyrkytyksen.
Kun pommi räjähtää, se luo sähkömagneettisen pulssin, joka tuhoaa ajoneuvon elektroniikan. Ja tämä jos käynnistys on edelleen onnistunut eikä johda tappaviin tappajiin. Orion-hanketta harkittiin ensisijaisesti siksi, että se pystyi pääsemään Marsiin kolmessa kuukaudessa. Tavallinen alus kesti kahdeksantoista.
On selvää, että Orion-projekti on kuollut, mutta sen taustalla oleva idea elää edelleen. Voyager 1, Voyager 2 ja Cassini käyttivät lennoissaan erästä ydinenergian muotoa, joka perustui plutoniumin hajoamiseen muuttamalla se sähköksi. Valitettavasti planeetaltamme tarvittavan plutoniumin varannot ovat päättyneet, ja on melko vaikeaa aloittaa uudelleentuotanto, koska se on ydinpommien luomisen sivutuote.
Liike lasersäteillä
Ilma- ja avaruustekniikkainsinööri Leic Mirabeau keksi ajatuksen käyttää laserliikettä vuonna 1988 työskennellessään Tähtien sodan ohjuspuolustusprojektissa. Mirabeau-laitteen piti olla kartiomainen. Parabolinen heijastin sisältävän kartion kapeasta päästä purkaisi voimakas lasersäde.
Tämä kuumentaisi sisäilman 30 000 asteeseen, mikä johtaa räjähdyksiin, jotka aiheuttavat työntövoimaa. Mirabeau uskoi, että tällainen laite ilmestyy seuraavan 20 vuoden aikana, mutta hänen ikäisensä katsoivat tätä ajatusta skeptisesti.
Tähtienvälinen avaruusalus "Daedalus"
Ison-Britannian planetaarien välinen yhdistys on tehnyt viiden vuoden ajan, vuodesta 1973, tutkimuksen mahdollisuudesta lähettää ihmisiä Barnard's Stariin, joka on kuuden valovuoden päässä. Heidän ratkaisunaan oli planeettojen välinen avaruusalus "Daedalus". Daedalus oli jättimäinen avaruusalus, myös hyvän pilvenpiirtäjän kokoinen, ja se koottaisiin ehdottomasti maan kiertoradalle.
Kuten Project Orion, sen piti käyttää fuusiokoneita. Polttoainepelletit ruiskutettiin suurella nopeudella reaktiokammioon, missä korkean energian elektronien palkit sytyttävät ne. Ensimmäisen vaiheen piti maapallon nostaa 46 000 tonnia polttoainetta, toisen - pienen osan aluksesta 4000 tonnia polttoainetta. Polttoaineen piti olla helium-3.
Helium-3 on uskomattoman harvinainen maan päällä, mutta sen uskotaan olevan paljon runsaampaa Kuussa; sitä voi löytää myös kosmisista pilvistä. Tarvittavan summan kerääminen kesti 20 vuotta. Helium-3 on myös erittäin vaikea syttyä polttoaineena, koska se vaatii paljon lämpöä. Mutta jos projekti olisi palanut, laite olisi kiihtynyt 12,2%: iin valon nopeudesta ja olisi saavuttanut Barnard's Starin 50 vuodessa.
Vuonna 2009 aloitettiin tutkimus Icarus-hankkeen puitteissa, jonka pitäisi osoittaa, mistä tähtienvälisestä matkasta voi tulla niin monen vuoden tieteellisen kehityksen jälkeen.
Asteroidin ajaminen
Yksi avaruusmatkojen suurimmista ongelmista on edelleen kosmisten säteiden vaikutus. Jos henkilöllä on 1000 päivää päästä Marsiin, hän saa sellaista säteilyä, että syövän kehittymismahdollisuudet nousevat yhdestä 19 prosenttiin.
Avaruusalus on valmistettu kevyistä materiaaleista, ja säteilysuojat ovat liian raskaita. Siksi Massachusetts Institute of Technologyn fysiikan professori uskoo, että paras tapa matkustaa pitkiä matkoja on laskeutua asteroidiin ja luoda tunneli sen pinnan alle.
Asteroidin on oltava 10 metriä leveä ja useiden miljoonien kilometrien päässä Maasta ja Marsista, jotta suunnitelma toimisi. Toistaiseksi tunnetaan viisi tällaista asteroidia, ja ne kaikki kulkevat lähellä maapalloa vuoteen 2100 mennessä. Matka tulee olemaan yksisuuntainen, koska edestakaisin lentäviä asteroideja ei ole. Uusia löytöjä tapahtuu kuitenkin jatkuvasti, joten ehkä löydämme asteroidin, joka lentää Marsilta meille oikeaan aikaan.
Aurinko purje
Vaikka purjeet ovat tuskin huipputeknologiaa nykypäivän standardien mukaan, ne saivat avaruustilanteessa hyvän päivityksen. Tuulen sijasta nämä purjeet käyttävät aurinkoenergiaa. Aurinkopurjet antavat avaruusalukselle vähän työntövoimaa, mutta koska avaruudessa ei ole kitkaa, nämä purjeet ottavat vähitellen nopeuden.
Esimerkiksi 400 metrin leveä aurinkopurje voi kulkea yli kaksi miljardia kilometriä vuodessa. Tämä on nopeampaa kuin kemikaalikäyttöinen alus voi ohittaa. Se olisi myös halvempaa.
Aurinkopurjeprojektit eivät myöskään ole harvinaisia. Yksi NASA: lta on nimeltään Sunjammer, joka on nimetty Arthur Clarken novellin perusteella. Sunjammer-purje voidaan valmistaa Kapton-materiaalista ja se voi olla viiden mikronin paksuinen, painaa alle 20 kilogrammaa ja pakattu voi olla yhtä suuri kuin pesukone.
Toisen variantin, joka on luotu Carl Saganin kunniaksi, pitäisi mennä kiertoradalle pian. On myös teoria, että aurinkopurje voisi viedä avaruusaluksen toiseen aurinkokuntaan. Tällainen purje on suuren kaupungin kokoinen ja sen aktiivinen keskusta on voimakas laser.
Magneettinen purje
Suurin osa Auringon säteilemistä protoneista ja elektroneista on välillä 400–600 kilometriä sekunnissa. Magneettinen purje voisi käyttää energiaaan ja työntyä irti. Johtavan materiaalin silmukka voi tuottaa magneettikentän, joka on kohtisuora aurinkotuuliin nähden, ja tämä työntää veneen haluttuun suuntaan.
Ongelmana on, että magneettisen purjeen on oltava 100 km pitkä. Teknologioita, joiden avulla purje voidaan tehdä tämän kokoisesta suprajohtavasta materiaalista ja pitää yllä vaadittava lämpötila, ei yksinkertaisesti ole nyt saatavana. Magneettiset purjeet pysyvät teoriana, kunnes tekniikka on kehitetty.
Worm-reikäinen
Alkuperäisesti tieteiskirjallisuudesta matoreikiä on inspiroinut ihmisiä alusta alkaen teoriassa, vuonna 1921. Vaikka niiden olemassaolo on sallittua, siitä ei ole vielä löytynyt suoria todisteita. Matoreiät ovat lähinnä avaruuden tunneleita, joiden läpi esine teoriassa voi kulkea. Samaan aikaan madonreiät ovat epävakaita - jos joku haluaa käydä läpi yhden näistä, sen seinät voivat romahtaa.
Jotta matalareikä voidaan kulkea turvallisesti, laitteen on käytettävä painovoiman vastaista voimaa. Fyysikot uskovat, että emme yksinkertaisesti kerää tarpeeksi energiaa. Jos on madonreikä, jonka kautta ihmiset voivat kulkea, se ei todellakaan ole luonnossa; riittävän edistynyt sivilisaatio voisi kuitenkin rakentaa sen. Siksi, kunnes tapaamme tai rakennamme sen, madonreikä pysyy tieteellisenä fiktiona.
Poimuajo
Star Trekin suosima, loimilaitteen idea antaa sinun kulkea kirjaimellisesti valon nopeutta nopeammin rikkomatta fysiikan lakeja. Siitä huolimatta tutkijat uskovat sen toteuttamisen mahdollisuuteen. Fyysikko Miguel Alcubierre ehdotti ensin ajatusta: luoda avaruusalusta rugbypalloksi, jonka ympärillä on litteä rengas. Totta, jotta alus lentäisi, tarvitset Jupiterin kokoista antimateriaalipalloa.
Jotta tällainen avaruusalus olisi mahdollista, NASAn Harold White teki muutoksia projektiin. Teoriassa hänen muutettu alus vaatisi paljon vähemmän antimateriaa, luokkaa 500 kiloa. Hän pystyy taivuttamaan avaruus-aikaa ja saavuttamaan nopeuden, joka on 10 kertaa nopeampi kuin valon nopeus. Matka lähimpään tähtiin kestää neljästä viiteen kuukauteen.
Valitettavasti antimateria on erittäin epävakaa. Vain kolmasosa grammasta antimateriaa voi vapauttaa yhtä paljon energiaa kuin Hiroshiman pommituksissa. 1,5 miljoonan euron Hiroshima vetää White-projektin antimateriaalia, joka riittää tuhoamaan maan.