Nasz czytelnik Nikita Ageev pyta: jaki jest główny problem podróży międzygwiezdnych? Odpowiedź, na przykład, będzie wymagała długiego artykułu, chociaż na pytanie można odpowiedzieć jednym symbolem: C .

Prędkość światła w próżni c wynosi około trzystu tysięcy kilometrów na sekundę i nie można jej przekroczyć. Dlatego nie da się dotrzeć do gwiazd szybciej niż za kilka lat (światło do Proxima Centauri podróżuje 4,243 lat, więc statek kosmiczny nie może przylecieć jeszcze szybciej). Jeśli dodamy czas przyspieszania i zwalniania przy przyspieszeniu mniej więcej akceptowalnym dla człowieka, otrzymamy około dziesięciu lat do najbliższej gwiazdy.

W jakich warunkach można latać?

A ten okres jest już sam w sobie istotną przeszkodą, nawet jeśli pominiemy pytanie „jak rozpędzić się do prędkości bliskiej prędkości światła”. Teraz nie ma już statków kosmicznych, które pozwoliłyby załodze na tak długie samodzielne życie w kosmosie – astronauci stale dowożą świeże zapasy z Ziemi. Zwykle rozmowy o problematyce podróży międzygwiezdnych rozpoczynają się od pytań bardziej fundamentalnych, ale my zaczniemy od problemów czysto stosowanych.

Nawet pół wieku po locie Gagarina inżynierowie nie byli w stanie stworzyć pralki i wystarczająco praktycznego prysznica dla statku kosmicznego, a toalety zaprojektowane z myślą o nieważkości rozkładały się na ISS z godną pozazdroszczenia regularnością. Lot na co najmniej Marsa (22 minuty świetlne zamiast 4 lat świetlnych) już stawia przed projektantami instalacji wodno-kanalizacyjnych nietrywialne zadanie: dlatego na wycieczkę do gwiazd konieczne będzie przynajmniej wynalezienie kosmicznej toalety z dwudziestoletnim gwarancja i ta sama pralka.

Wodę do mycia, mycia i picia również trzeba będzie zabrać ze sobą lub wykorzystać ponownie. Oprócz powietrza na pokładzie należy przechowywać lub uprawiać także żywność. Prowadzono już eksperymenty mające na celu utworzenie zamkniętego ekosystemu na Ziemi, ale ich warunki nadal bardzo odbiegały od kosmicznych, przynajmniej w obecności grawitacji. Ludzkość wie, jak zamienić zawartość nocnika w czystą wodę pitną, ale w tym przypadku konieczne jest, aby móc to zrobić przy zerowej grawitacji, z absolutną niezawodnością i bez ciężarówki materiałów eksploatacyjnych: zabranie ciężarówki z wkładami filtracyjnymi do gwiazdy są za drogie.

Pranie skarpetek i ochrona przed infekcjami jelitowymi może wydawać się zbyt banalnymi, „niefizycznymi” ograniczeniami w lotach międzygwiezdnych – jednak każdy doświadczony podróżnik potwierdzi, że „małe rzeczy”, jak niewygodne buty czy rozstrój żołądka od nieznanego jedzenia na autonomicznej wyprawie, mogą odwrócić w zagrożenie życia.

Rozwiązanie nawet podstawowych problemów życia codziennego wymaga równie poważnej bazy technologicznej, jak rozwój całkowicie nowych silników kosmicznych. Jeśli na Ziemi zużytą uszczelkę w spłuczce toaletowej można kupić w najbliższym sklepie za dwa ruble, to na statku marsjańskim konieczne jest zapewnienie albo rezerwy wszyscy podobnych części lub drukarkę trójwymiarową do produkcji części zamiennych z uniwersalnych surowców tworzyw sztucznych.

W marynarce wojennej USA w 2013 roku na dobre rozpoczął druk 3D po tym jak oceniliśmy czas i pieniądze wydane na naprawę sprzętu wojskowego tradycyjnymi metodami w terenie. Wojsko argumentowało, że wydrukowanie rzadkiej uszczelki do części helikoptera, której produkcję zaprzestano dziesięć lat temu, było łatwiejsze niż zamówienie części z magazynu na innym kontynencie.

Jeden z najbliższych współpracowników Korolewa, Borys Chertok, napisał w swoich wspomnieniach „Rakiety i ludzie”, że w pewnym momencie radziecki program kosmiczny stanął w obliczu niedoboru styków wtykowych. Niezawodne złącza do kabli wielożyłowych trzeba było opracować osobno.

Oprócz części zamiennych do sprzętu, żywności, wody i powietrza astronauci będą potrzebować energii. Silnik i urządzenia pokładowe będą potrzebowały energii, więc problem mocnego i niezawodnego źródła będzie musiał zostać rozwiązany osobno. Baterie słoneczne nie są odpowiednie, choćby ze względu na odległość od lecących gwiazd, generatory radioizotopów (zasilające Voyagery i New Horizons) nie zapewniają mocy wymaganej dla dużego statku załogowego i nie nauczyły się jeszcze, jak w pełni - zaawansowane reaktory jądrowe dla przestrzeni kosmicznej.

Radziecki program satelitarny o napędzie atomowym został zniweczony przez międzynarodowy skandal po katastrofie Cosmos 954 w Kanadzie oraz serię niepowodzeń o mniej dramatycznych konsekwencjach; podobne prace w USA przerwano jeszcze wcześniej. Teraz Rosatom i Roscosmos zamierzają stworzyć kosmiczną elektrownię jądrową, ale to wciąż instalacje do lotów krótkiego zasięgu, a nie kilkuletnia podróż do innego układu gwiezdnego.

Być może zamiast reaktora jądrowego przyszły statek międzygwiezdny będzie korzystał z tokamaków. O tym, jak trudno jest przynajmniej poprawnie określić parametry plazmy termojądrowej w MIPT tego lata. Nawiasem mówiąc, projekt ITER na Ziemi postępuje pomyślnie: nawet ci, którzy dzisiaj rozpoczęli pierwszy rok, mają wszelkie szanse przyłączyć się do prac nad pierwszym eksperymentalnym reaktorem termojądrowym z dodatnim bilansem energetycznym.

Czym latać?

Konwencjonalne silniki rakietowe nie nadają się do przyspieszania i zwalniania statku międzygwiezdnego. Osoby zaznajomione z kursem mechaniki prowadzonym w MIPT w pierwszym semestrze mogą samodzielnie obliczyć, ile paliwa będzie potrzebowała rakieta, aby osiągnąć co najmniej sto tysięcy kilometrów na sekundę. Dla tych, którzy nie znają jeszcze równania Ciołkowskiego, natychmiast ogłosimy wynik - masa zbiorników paliwa okazuje się znacznie wyższa niż masa Układu Słonecznego.

Dopływ paliwa można zmniejszyć zwiększając prędkość, z jaką silnik emituje płyn roboczy, gaz, plazmę lub coś innego, aż do wiązki cząstek elementarnych. Obecnie silniki plazmowe i jonowe są aktywnie wykorzystywane do lotów automatycznych stacji międzyplanetarnych w Układzie Słonecznym lub do korekcji orbit satelitów geostacjonarnych, mają jednak szereg innych wad. W szczególności wszystkie takie silniki zapewniają zbyt mały ciąg; nie mogą jeszcze zapewnić statkowi przyspieszenia kilku metrów na sekundę do kwadratu.

Prorektor MIPT Oleg Gorszkow jest jednym z uznanych ekspertów w dziedzinie silników plazmowych. Silniki serii SPD produkowane są w Biurze Projektowym Fakel; są to seryjne produkty do korekcji orbit satelitów komunikacyjnych.

W latach pięćdziesiątych XX wieku opracowywano projekt silnika, który miałby wykorzystywać pęd wybuchu jądrowego (Projekt Orion), ale nie był to gotowy projekt do lotów międzygwiezdnych. Jeszcze mniej rozwinięta jest konstrukcja silnika wykorzystującego efekt magnetohydrodynamiczny, czyli przyspieszający na skutek interakcji z plazmą międzygwiazdową. Teoretycznie statek kosmiczny mógłby „zassać” plazmę do środka i wyrzucić ją z powrotem, tworząc ciąg odrzutowy, ale stwarza to kolejny problem.

Jak przetrwać?

Plazma międzygwiazdowa to przede wszystkim protony i jądra helu, jeśli weźmiemy pod uwagę ciężkie cząstki. Poruszając się z prędkościami rzędu setek tysięcy kilometrów na sekundę, wszystkie te cząstki uzyskują energię megaelektronowoltów, a nawet dziesiątek megaelektronowoltów – tyle samo, co produkty reakcji jądrowych. Gęstość ośrodka międzygwiazdowego wynosi około stu tysięcy jonów na metr sześcienny, co oznacza, że ​​na sekundę metr kwadratowy kadłuba statku otrzyma około 10 13 protonów o energiach kilkudziesięciu MeV.

Jeden elektronowolt, eV,― Jest to energia, którą elektron nabywa podczas lotu od jednej elektrody do drugiej z różnicą potencjałów wynoszącą jeden wolt. Kwanty światła mają tę energię, a kwanty ultrafioletu o wyższej energii są już w stanie uszkadzać cząsteczki DNA. Promieniowanie czyli cząstki o energii megaelektronowoltów towarzyszą reakcjom jądrowym, a ponadto same są w stanie je wywołać.

Takie napromieniowanie odpowiada pochłoniętej energii (zakładając, że cała energia jest pochłaniana przez skórę) rzędu kilkudziesięciu dżuli. Co więcej, energia ta nie będzie miała jedynie postaci ciepła, ale może zostać częściowo wykorzystana do zainicjowania reakcji jądrowych w materiale statku, w wyniku których powstają krótkotrwałe izotopy: innymi słowy, okładzina stanie się radioaktywna.

Część padających protonów i jąder helu może zostać odbita przez pole magnetyczne; promieniowanie indukowane, a promieniowanie wtórne może być chronione przez złożoną powłokę złożoną z wielu warstw, ale te problemy również nie zostały jeszcze rozwiązane. Ponadto podstawowe trudności w postaci „który materiał zostanie najmniej zniszczony przez napromieniowanie” na etapie obsługi statku w locie zamienią się w problemy szczegółowe – „jak odkręcić cztery śruby 25 w przedziale o tle pięćdziesięciu milisiwertów na godzina."

Przypomnijmy, że podczas ostatniej naprawy teleskopu Hubble'a astronautom początkowo nie udało się odkręcić czterech śrub mocujących jedną z kamer. Po konsultacji z Ziemią zastąpili klucz ograniczający moment obrotowy zwykłym kluczem i zastosowali brutalną siłę. Śruby przesunęły się, kamerę pomyślnie wymieniono. Gdyby usunięto zakleszczoną śrubę, druga wyprawa kosztowałaby pół miliarda dolarów. Albo w ogóle by do tego nie doszło.

Czy są jakieś obejścia?

W science fiction (często bardziej fantasy niż nauka) podróże międzygwiezdne odbywają się poprzez „tunele podprzestrzenne”. Formalnie równania Einsteina, które opisują geometrię czasoprzestrzeni w zależności od masy i energii rozłożonej w tej czasoprzestrzeni, rzeczywiście pozwalają na coś podobnego - ale szacunkowe koszty energii są jeszcze bardziej przygnębiające niż szacunki ilości paliwa rakietowego na lot do Proximy Centauri. Nie tylko potrzebujesz dużo energii, ale także gęstość energii musi być ujemna.

Pytanie, czy możliwe jest stworzenie stabilnego, dużego i energetycznie możliwego „tunelu czasoprzestrzennego”, wiąże się z fundamentalnymi pytaniami o strukturę Wszechświata jako całości. Jednym z nierozwiązanych problemów fizyki jest brak grawitacji w tzw. Modelu Standardowym, teorii opisującej zachowanie cząstek elementarnych i trzy z czterech podstawowych interakcji fizycznych. Zdecydowana większość fizyków jest dość sceptyczna, czy w kwantowej teorii grawitacji znajdzie się miejsce na międzygwiezdne „skoki przez hiperprzestrzeń”, ale ściśle rzecz biorąc, nikt nie zabrania szukać sposobów na loty do gwiazd.

Naukowcy twierdzą, że ludzkość podejmuje małe kroki w stronę przyszłości, w której loty z jednego układu planetarnego do drugiego staną się wreszcie rzeczywistością. Według najnowszych szacunków ekspertów taka przyszłość może nadejść w ciągu jednego lub dwóch stuleci, jeśli postęp naukowy nie będzie wyznaczał czasu. Kiedyś, tylko za pomocą ultrapotężnego teleskopu Keplera, astronomowie byli w stanie odkryć 54 egzoplanety potencjalnie nadające się do zamieszkania. Wszystkie te odległe od nas światy znajdują się w tak zwanej strefie mieszkalnej, w pewnej odległości od gwiazdy centralnej, co pozwala na utrzymanie wody na planecie w stanie ciekłym.

Jednocześnie uzyskanie odpowiedzi na najważniejsze pytanie – czy jesteśmy sami we Wszechświecie – jest dość trudne. Ze względu na bardzo duże odległości dzielące Układ Słoneczny od naszych najbliższych sąsiadów. Na przykład jedna z „obiecujących” planet, Gliese 581g, znajduje się w odległości 20 lat świetlnych, czyli dość blisko jak na standardy kosmiczne, ale wciąż bardzo daleko w przypadku konwencjonalnych technologii ziemskich. Obfitość egzoplanet w promieniu 100 lat świetlnych lub mniejszych od naszej macierzystej planety oraz bardzo duże zainteresowanie naukowe, a nawet cywilizacyjne, jakie stanowią dla całej ludzkości, zmuszają nas do spojrzenia na fantastyczną dotychczas koncepcję lotów międzygwiezdnych w całkowicie nowy sposób.

Głównym zadaniem stojącym dziś przed kosmologami i inżynierami jest stworzenie zasadniczo nowego silnika, który umożliwiłby Ziemianom pokonywanie ogromnych kosmicznych odległości w stosunkowo krótkim czasie. Jednocześnie z pewnością nie ma jeszcze mowy o lotach międzygalaktycznych. Na początek ludzkość mogłaby zbadać naszą macierzystą galaktykę – Drogę Mleczną.

Droga Mleczna składa się z dużej liczby gwiazd, wokół których krążą planety. Gwiazda najbliższa Słońcu nazywa się Alfa Centauri. Gwiazda ta znajduje się 4,3 lat świetlnych lub 40 bilionów kilometrów od Ziemi. Jeśli założymy, że rakieta z konwencjonalnym silnikiem wystartuje dziś z naszej planety, to będzie w stanie pokonać tę odległość dopiero za 40 tysięcy lat! Oczywiście taka misja kosmiczna wygląda zupełnie absurdalnie. Mark Millis, były szef projektu Advanced Engine Technologies Project NASA i założyciel fundacji Tau Zero Foundation, uważa, że ​​ludzkość musi przejść długą i metodyczną drogę do stworzenia nowego typu silnika. W dzisiejszych czasach istnieje już ogromna liczba teorii na temat tego, jak będzie wyglądał ten silnik, ale nie wiemy, która teoria się sprawdzi. Dlatego Millis uważa, że ​​nie ma sensu skupiać się tylko na jednej technologii.

Dziś naukowcy doszli do wniosku, że przyszłe statki kosmiczne będą mogły latać za pomocą napędu termojądrowego, żagla słonecznego, napędu na antymaterię czy napędu czasoprzestrzennego (lub napędu warp, który jest dobrze znany fanom serialu Star Trek). Najnowszy silnik teoretycznie powinien umożliwić latanie z prędkością większą niż prędkość światła, a co za tym idzie podróżowanie w czasie na małą skalę.

Jednocześnie wszystkie wymienione technologie są jedynie opisane; nikt jeszcze nie wie, jak je wdrożyć w praktyce. Z tego samego powodu nie jest jasne, która technologia ma największe szanse na wdrożenie. To prawda, że ​​​​wiele żagli słonecznych udało się już polecieć w kosmos, ale do przeprowadzenia załogowej misji lotów międzygwiezdnych potrzebny będzie ogromny żagiel wielkości regionu Archangielska. Zasada działania żagla słonecznego praktycznie nie różni się od żagla wiatrowego, tyle że zamiast strumieni powietrza wychwytuje hiperskoncentrowane promienie światła emitowane przez potężną instalację laserową krążącą wokół Ziemi.

Mark Millis w notatce prasowej swojej fundacji Tau Zero twierdzi, że prawda leży gdzieś pośrodku między prawie nam znanymi żaglami słonecznymi a całkowicie fantastycznymi osiągnięciami, takimi jak silnik warp. „Trzeba dokonywać odkryć naukowych i powoli, ale pewnie zmierzać do zamierzonego celu. Im więcej osób zainteresujemy, tym większą kwotę przyciągniemy; to właśnie tych środków obecnie bardzo brakuje” – mówi Millis. Mark Millis uważa, że ​​środki na duże projekty należy zbierać krok po kroku, nie spodziewając się, że ktoś nagle zainwestuje fortunę w realizację ambitnych planów naukowców.

Dziś na całym świecie jest wielu entuzjastów, którzy wierzą i są przekonani, że przyszłość należy budować już teraz. Richard Obusie, prezes i współzałożyciel Icarus Interstellar, zauważa: „Podróże międzygwiezdne to międzynarodowe, wielopokoleniowe przedsięwzięcie, które wymaga ogromnych inwestycji intelektualnych i finansowych. Już dziś musimy zainicjować niezbędne programy, aby za sto lat ludzkość mogła uciec poza granice naszego Układu Słonecznego.

W sierpniu tego roku firma Icarus Interstellar zorganizuje konferencję naukową Starship Congress, podczas której czołowi światowi eksperci w tej dziedzinie będą dyskutować nie tylko o możliwościach, ale także konsekwencjach lotów międzygwiezdnych. Organizatorzy zauważają, że konferencja obejmie także część praktyczną, podczas której zbadane zostaną zarówno krótko-, jak i długoterminowe perspektywy eksploracji głębokiego kosmosu przez człowieka.

Warto zaznaczyć, że taka podróż kosmiczna wymaga wydatku kolosalnych ilości energii, o czym ludzkość w dzisiejszych czasach nawet nie myśli. Jednocześnie niewłaściwe wykorzystanie energii może wyrządzić nieodwracalne szkody zarówno Ziemi, jak i planetom, na powierzchni których człowiek chce wylądować. Pomimo wszystkich nierozwiązanych problemów i przeszkód zarówno Obuzi, jak i Millis wierzą, że cywilizacja ludzka ma wszelkie szanse na opuszczenie granic swojej „kolebki”. Bezcenne dane na temat egzoplanet, układów gwiezdnych i obcych światów zebrane przez obserwatoria kosmiczne Herschela i Keplera pomogą naukowcom dokładnie zaplanować misje.

Do chwili obecnej odkryto i potwierdzono istnienie około 850 egzoplanet, z których wiele to super-Ziemie, czyli planety o masie porównywalnej z masą Ziemi. Eksperci uważają, że niedaleki jest dzień, w którym astronomowie będą mogli potwierdzić obecność egzoplanety podobnej do naszej, przypominającej dwa groszki w strąku. W tym przypadku znacząco wzrosłoby finansowanie projektów tworzenia nowych silników rakietowych. Wydobywanie z asteroid powinno również odgrywać rolę w eksploracji kosmosu, co obecnie nie wydaje się tak niezwykłe jak loty międzygwiezdne. Eksperci uważają, że ludzkość musi nauczyć się korzystać z zasobów nie tylko Ziemi, ale całego Układu Słonecznego.

Do problemu lotów międzygwiezdnych włączyli się naukowcy i inżynierowie z amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, a także amerykańskiej Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA). Są gotowi połączyć siły w ramach projektu „100-letni statek kosmiczny”, a to nawet nie jest projekt, ale projekt projektu. 100-letni statek kosmiczny to statek kosmiczny, który może wykonywać loty międzygwiezdne. Zadaniem obecnego etapu badań jest stworzenie „sumy technologii”, które są niezbędne, aby podróże międzygwiezdne stały się rzeczywistością. Ponadto tworzony jest model biznesowy, który przyciągnie inwestycje w projekt.

Według rzecznika DARPA Pawła Eremenko projekt ten będzie wymagał „stabilnych inwestycji w kapitał finansowy i intelektualny” z różnych źródeł. Eremenko podkreślił także, że celem projektu „100-letniego statku kosmicznego” jest nie tylko opracowanie i późniejsza budowa statku kosmicznego. „Ciężko pracujemy, aby wzbudzić zainteresowanie wielu pokoleń innowacjami i przełomowymi technologiami w wielu dyscyplinach”.

Eksperci DARPA mają nadzieję, że wyniki, które zostaną uzyskane w wyniku pracy nad tym projektem, będą mogły zostać wykorzystane przez Departament Obrony USA w różnych dziedzinach, takich jak systemy podtrzymywania życia, energetyka i technologia komputerowa.

Źródła informacji:
-http://www.vesti.ru/doc.html?id=1100469
-http://rnd.cnews.ru/reviews/index_science.shtml?2011/10/11/459501
-http://www.nkj.ru/news/18905

Odpowiedź będzie wymagała długiego artykułu, chociaż można na nią odpowiedzieć jednym znakiem: C .

Prędkość światła w próżni C , wynosi w przybliżeniu trzysta tysięcy kilometrów na sekundę i nie może zostać przekroczona. Dlatego nie da się dotrzeć do gwiazd szybciej niż za kilka lat (światło do Proxima Centauri podróżuje 4,243 lat, więc statek kosmiczny nie może przylecieć jeszcze szybciej). Jeśli dodamy czas przyspieszania i zwalniania przy przyspieszeniu mniej więcej akceptowalnym dla człowieka, otrzymamy około dziesięciu lat do najbliższej gwiazdy.

W jakich warunkach można latać?

A ten okres jest już sam w sobie istotną przeszkodą, nawet jeśli pominiemy pytanie „jak rozpędzić się do prędkości bliskiej prędkości światła”. Teraz nie ma już statków kosmicznych, które pozwalałyby załodze na tak długie samodzielne życie w kosmosie – astronauci stale dowożą świeże zapasy z Ziemi. Zwykle rozmowy o problematyce podróży międzygwiezdnych rozpoczynają się od pytań bardziej fundamentalnych, ale my zaczniemy od problemów czysto stosowanych.

Nawet pół wieku po locie Gagarina inżynierowie nie byli w stanie stworzyć pralki i wystarczająco praktycznego prysznica dla statku kosmicznego, a toalety zaprojektowane z myślą o nieważkości rozkładały się na ISS z godną pozazdroszczenia regularnością. Lot na co najmniej Marsa (22 minuty świetlne zamiast 4 lat świetlnych) już stawia przed projektantami instalacji wodno-kanalizacyjnych nietrywialne zadanie: dlatego na wycieczkę do gwiazd konieczne będzie przynajmniej wynalezienie kosmicznej toalety z dwudziestoletnim gwarancja i ta sama pralka.

Wodę do mycia, mycia i picia również trzeba będzie zabrać ze sobą lub wykorzystać ponownie. Oprócz powietrza na pokładzie należy przechowywać lub uprawiać również żywność. Prowadzono już eksperymenty mające na celu utworzenie zamkniętego ekosystemu na Ziemi, ale ich warunki nadal bardzo odbiegały od kosmicznych, przynajmniej w obecności grawitacji. Ludzkość wie, jak zamienić zawartość nocnika w czystą wodę pitną, ale w tym przypadku konieczne jest, aby móc to zrobić przy zerowej grawitacji, z absolutną niezawodnością i bez ciężarówki materiałów eksploatacyjnych: zabranie ciężarówki z wkładami filtracyjnymi do gwiazdy są za drogie.

Pranie skarpetek i ochrona przed infekcjami jelitowymi może wydawać się zbyt banalnymi, „niefizycznymi” ograniczeniami w lotach międzygwiezdnych – jednak każdy doświadczony podróżnik potwierdzi, że „małe rzeczy”, jak niewygodne buty czy rozstrój żołądka od nieznanego jedzenia na autonomicznej wyprawie, mogą odwrócić w zagrożenie życia.

Rozwiązanie nawet podstawowych problemów życia codziennego wymaga równie poważnej bazy technologicznej, jak rozwój całkowicie nowych silników kosmicznych. Jeśli na Ziemi zużytą uszczelkę w zbiorniku toalety można kupić w najbliższym sklepie za dwa ruble, to na statku marsjańskim konieczne jest zapewnienie albo dostawy wszystkich takich części, albo trójwymiarowej drukarki do produkcji części zamiennych z uniwersalnych surowców tworzyw sztucznych.

Marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych poważnie zajęła się drukiem 3D w 2013 r., po oszacowaniu czasu i kosztów naprawy sprzętu wojskowego tradycyjnymi metodami w terenie. Wojsko argumentowało, że wydrukowanie rzadkiej uszczelki do części helikoptera, której produkcję zaprzestano dziesięć lat temu, było łatwiejsze niż zamówienie części z magazynu na innym kontynencie.

Jeden z najbliższych współpracowników Korolewa, Borys Chertok, napisał w swoich wspomnieniach „Rakiety i ludzie”, że w pewnym momencie radziecki program kosmiczny stanął w obliczu niedoboru styków wtykowych. Niezawodne złącza do kabli wielożyłowych trzeba było opracować osobno.

Oprócz części zamiennych do sprzętu, żywności, wody i powietrza astronauci będą potrzebować energii. Silnik i urządzenia pokładowe będą potrzebowały energii, więc problem mocnego i niezawodnego źródła będzie musiał zostać rozwiązany osobno. Baterie słoneczne nie są odpowiednie, choćby ze względu na odległość od lecących gwiazd, generatory radioizotopów (zasilające Voyagery i New Horizons) nie zapewniają mocy wymaganej dla dużego statku załogowego i nie nauczyły się jeszcze, jak w pełni - zaawansowane reaktory jądrowe dla przestrzeni kosmicznej.

Radziecki program satelitarny o napędzie atomowym został zniweczony przez międzynarodowy skandal po katastrofie Cosmos 954 w Kanadzie oraz serię niepowodzeń o mniej dramatycznych konsekwencjach; podobne prace w USA przerwano jeszcze wcześniej. Teraz Rosatom i Roscosmos zamierzają stworzyć kosmiczną elektrownię jądrową, ale to wciąż instalacje do lotów krótkiego zasięgu, a nie kilkuletnia podróż do innego układu gwiezdnego.

Być może zamiast reaktora jądrowego przyszły statek międzygwiezdny będzie korzystał z tokamaków. Tego lata MIPT wygłosił dla wszystkich cały wykład na temat tego, jak trudno jest w ogóle poprawnie określić parametry plazmy termojądrowej. Nawiasem mówiąc, projekt ITER na Ziemi postępuje pomyślnie: nawet ci, którzy dzisiaj rozpoczęli pierwszy rok, mają wszelkie szanse przyłączyć się do prac nad pierwszym eksperymentalnym reaktorem termojądrowym z dodatnim bilansem energetycznym.

Czym latać?

Konwencjonalne silniki rakietowe nie nadają się do przyspieszania i zwalniania statku międzygwiezdnego. Osoby zaznajomione z kursem mechaniki prowadzonym w MIPT w pierwszym semestrze mogą samodzielnie obliczyć, ile paliwa będzie potrzebowała rakieta, aby osiągnąć co najmniej sto tysięcy kilometrów na sekundę. Dla tych, którzy nie znają jeszcze równania Ciołkowskiego, natychmiast ogłosimy wynik - masa zbiorników paliwa okazuje się znacznie wyższa niż masa Układu Słonecznego.

Dopływ paliwa można zmniejszyć zwiększając prędkość, z jaką silnik emituje płyn roboczy, gaz, plazmę lub coś innego, aż do wiązki cząstek elementarnych. Obecnie silniki plazmowe i jonowe są aktywnie wykorzystywane do lotów automatycznych stacji międzyplanetarnych w Układzie Słonecznym lub do korekcji orbit satelitów geostacjonarnych, mają jednak szereg innych wad. W szczególności wszystkie takie silniki zapewniają zbyt mały ciąg; nie mogą jeszcze zapewnić statkowi przyspieszenia kilku metrów na sekundę do kwadratu.

Prorektor MIPT Oleg Gorszkow jest jednym z uznanych ekspertów w dziedzinie silników plazmowych. Silniki serii SPD produkowane są w Biurze Projektowym Fakel; są to seryjne produkty do korekcji orbit satelitów komunikacyjnych.

W latach pięćdziesiątych XX wieku opracowywano projekt silnika, który miałby wykorzystywać pęd wybuchu jądrowego (Projekt Orion), ale nie był to gotowy projekt do lotów międzygwiezdnych. Jeszcze mniej rozwinięta jest konstrukcja silnika wykorzystującego efekt magnetohydrodynamiczny, czyli przyspieszający na skutek interakcji z plazmą międzygwiazdową. Teoretycznie statek kosmiczny mógłby „zassać” plazmę do środka i wyrzucić ją z powrotem, tworząc ciąg odrzutowy, ale stwarza to kolejny problem.

Jak przetrwać?

Plazma międzygwiazdowa to przede wszystkim protony i jądra helu, jeśli weźmiemy pod uwagę ciężkie cząstki. Poruszając się z prędkościami rzędu setek tysięcy kilometrów na sekundę, wszystkie te cząstki uzyskują energię megaelektronowoltów, a nawet dziesiątek megaelektronowoltów – tyle samo, co produkty reakcji jądrowych. Gęstość ośrodka międzygwiazdowego wynosi około stu tysięcy jonów na metr sześcienny, co oznacza, że ​​na sekundę metr kwadratowy kadłuba statku otrzyma około 10 13 protonów o energiach kilkudziesięciu MeV.

Jeden elektronowolt, eV, to energia, którą elektron nabywa podczas lotu od jednej elektrody do drugiej z różnicą potencjałów wynoszącą jeden wolt. Kwanty światła mają tę energię, a kwanty ultrafioletu o wyższej energii są już w stanie uszkadzać cząsteczki DNA. Promieniowanie czyli cząstki o energii megaelektronowoltów towarzyszą reakcjom jądrowym, a ponadto same są w stanie je wywołać.

Takie napromieniowanie odpowiada pochłoniętej energii (zakładając, że cała energia jest pochłaniana przez skórę) rzędu kilkudziesięciu dżuli. Co więcej, energia ta nie będzie miała jedynie postaci ciepła, ale może zostać częściowo wykorzystana do zainicjowania reakcji jądrowych w materiale statku, w wyniku których powstają krótkotrwałe izotopy: innymi słowy, okładzina stanie się radioaktywna.

Część padających protonów i jąder helu może zostać odbita przez pole magnetyczne; promieniowanie indukowane, a promieniowanie wtórne może być chronione przez złożoną powłokę złożoną z wielu warstw, ale te problemy również nie zostały jeszcze rozwiązane. Ponadto podstawowe trudności w postaci „który materiał zostanie najmniej zniszczony przez napromieniowanie” na etapie obsługi statku w locie zamienią się w problemy szczegółowe – „jak odkręcić cztery śruby 25 w przedziale o tle pięćdziesięciu milisiwertów na godzina."

Przypomnijmy, że podczas ostatniej naprawy teleskopu Hubble'a astronautom początkowo nie udało się odkręcić czterech śrub mocujących jedną z kamer. Po konsultacji z Ziemią zastąpili klucz ograniczający moment obrotowy zwykłym kluczem i zastosowali brutalną siłę. Śruby przesunęły się, kamerę pomyślnie wymieniono. Gdyby usunięto zakleszczoną śrubę, druga wyprawa kosztowałaby pół miliarda dolarów. Albo w ogóle by do tego nie doszło.

Czy są jakieś obejścia?

W science fiction (często bardziej fantasy niż nauka) podróże międzygwiezdne odbywają się poprzez „tunele podprzestrzenne”. Formalnie równania Einsteina, które opisują geometrię czasoprzestrzeni w zależności od masy i energii rozłożonej w tej czasoprzestrzeni, rzeczywiście pozwalają na coś podobnego - ale szacunkowe koszty energii są jeszcze bardziej przygnębiające niż szacunki ilości paliwa rakietowego na lot do Proximy Centauri. Nie tylko potrzebujesz dużo energii, ale także gęstość energii musi być ujemna.

Pytanie, czy możliwe jest stworzenie stabilnego, dużego i energetycznie możliwego „tunelu czasoprzestrzennego”, wiąże się z fundamentalnymi pytaniami o strukturę Wszechświata jako całości. Jednym z nierozwiązanych problemów fizyki jest brak grawitacji w tzw. Modelu Standardowym, teorii opisującej zachowanie cząstek elementarnych i trzy z czterech podstawowych interakcji fizycznych. Zdecydowana większość fizyków jest dość sceptyczna, czy w kwantowej teorii grawitacji znajdzie się miejsce na międzygwiezdne „skoki przez hiperprzestrzeń”, ale ściśle rzecz biorąc, nikt nie zabrania szukać sposobów na loty do gwiazd.

I opuścił Układ Słoneczny; Teraz służą do badania przestrzeni międzygwiazdowej. Na początku XXI wieku nie ma stacji, których bezpośrednią misją byłby lot do najbliższych gwiazd.

Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4243 lat świetlnych, czyli około 268 tysięcy razy więcej niż odległość Ziemi od Słońca.

Projekty wypraw międzygwiezdnych

Projekt „Orion”

Projekty statków kosmicznych napędzane ciśnieniem fal elektromagnetycznych

W 1971 r. w raporcie G. Marksa na sympozjum w Byurakan zaproponowano wykorzystanie laserów rentgenowskich do lotów międzygwiezdnych. Możliwość zastosowania tego typu napędu została później zbadana przez NASA. W rezultacie wysunięto następujący wniosek: „Jeżeli zostanie odkryta możliwość stworzenia lasera pracującego w zakresie długości fali promieniowania rentgenowskiego, wówczas będziemy mogli mówić o rzeczywistym rozwoju samolotu (przyspieszanego wiązką takiego lasera) który będzie w stanie pokonywać odległości do najbliższych gwiazd znacznie szybciej niż wszystkie znane obecnie systemy napędzane rakietami. Obliczenia pokazują, że wykorzystując układ kosmiczny rozważany w tej pracy, możliwe jest dotarcie do gwiazdy Alfa Centauri… za około 10 lat.”

W 1985 roku R. Forward zaproponował projekt sondy międzygwiazdowej przyspieszanej energią mikrofalową. Projekt przewidywał, że sonda dotrze do najbliższych gwiazd za 21 lat.

Na 36. Międzynarodowym Kongresie Astronomicznym zaproponowano projekt laserowego statku kosmicznego, którego ruch zapewnia energia laserów optycznych znajdujących się na orbicie wokół Merkurego. Według obliczeń droga statku tej konstrukcji do gwiazdy Epsilon Eridani (10,8 lat świetlnych) i z powrotem zajęłaby 51 lat.

Silniki anihilacji

Głównymi problemami zidentyfikowanymi przez naukowców i inżynierów analizujących projekty rakiet anihilacyjnych jest uzyskanie wymaganej ilości antymaterii, jej magazynowanie i skupienie przepływu cząstek w pożądanym kierunku. Wskazuje się, że obecny stan nauki i techniki nawet teoretycznie nie pozwala na tworzenie takich konstrukcji.

Silniki RAM zasilane międzygwiazdowym wodorem

Głównym składnikiem masy nowoczesnych rakiet jest masa paliwa wymagana przez rakietę do przyspieszenia. Jeśli uda nam się w jakiś sposób wykorzystać środowisko otaczające rakietę jako płyn roboczy i paliwo, możemy znacznie zmniejszyć masę rakiety i dzięki temu osiągnąć duże prędkości.

Statki generacji

Podróże międzygwiezdne są również możliwe przy użyciu statków kosmicznych, które realizują koncepcję „statków pokoleniowych” (na przykład jak kolonie O'Neilla). Na takich statkach kosmicznych tworzona i utrzymywana jest zamknięta biosfera, zdolna do utrzymywania się i odtwarzania przez kilka tysięcy lat. Lot odbywa się z małą prędkością i trwa bardzo długo, podczas którego wiele pokoleń astronautów udaje się zmienić.

Napęd FTL

Notatki

Zobacz też

Źródła

• Kolesnikov Yu. V. Powinieneś budować statki kosmiczne. M., 1990. 207 s. ISBN 5-08-000617-X.
• http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Wykład na temat lotów międzygwiazdowych, na temat przyspieszenia 100 km/s w pobliżu gwiazd

Zjawiska społeczne

Finanse i kryzys

Elementy i pogoda

Nauka i technologia

Niezwykłe zjawiska

Monitoring przyrody

Sekcje autorskie

Odkrywanie historii

Ekstremalny świat

Informacje referencyjne

Archiwum plików

Dyskusje

Usługi

Front informacyjny

Informacja z NF OKO

Eksport RSS

Przydatne linki

Ważne tematy

Czy podróże międzygwiezdne są możliwe?

W nieskończonych głębinach kosmosu, wiele bilionów mil stąd, daleko poza najbardziej oddalonymi planetami Układu Słonecznego, świecą gwiazdy. Jest ich ogromna różnorodność: czerwony, żółty, pomarańczowy, niebieski, biały. Astronomowie są pewni, że przynajmniej niektóre z tych gwiazd ogrzewają krążące wokół nich planety. Jest jednak całkiem możliwe, że w przyszłości będziemy świadkami odkrycia pierwszych dziesiątek, a następnie setek planet podobnych do Ziemi, być może nawet posiadających rezerwy wody lub oznaki życia.

Z daleka astronomowie próbują zbadać te planety i określić ich podstawowe właściwości, ale jedynym sposobem na dokładne zbadanie wszystkich szczegółów jest wystrzelenie statku kosmicznego. Zanim stacje kosmiczne poleciały w kosmos, niewiele wiedzieliśmy o planetach Układu Słonecznego. Niektórzy wierzyli, że Wenus ma oceany, a Mars kanały i nikt tak naprawdę nie wiedział nic o tak odległych światach, jak Uran i Neptun.

Problemy i perspektywy

Niezależnie od tego, jak bardzo chcielibyśmy polecieć bliżej gwiazd i zobaczyć z bliska planety krążące wokół nich, wielu naukowców jest przekonanych, że takie podróże nigdy nie będą miały miejsca. Energia i koszty potrzebne do podróży do Alfa Centauri, najbliższego nam układu gwiezdnego, są tak ogromne, że nawet zwolennicy podróży międzygwiezdnych muszą się z nimi liczyć.

Zwolennicy podróży kosmicznych często odwołują się do rzeczy, w które wcześniej nie wierzyli, a teraz uważają za oczywiste.

Na przykład wielu naukowców na początku XX wieku argumentowało, że samoloty nigdy nie będą w stanie przelecieć nad Oceanem Atlantyckim. Z kolei ci, którzy nie wierzą w możliwość lotów międzygwiezdnych, z nie mniejszą pasją przywołują nadzieje z przeszłości, które nie spełniły się wbrew wszelkim oczekiwaniom. Na przykład jeszcze nie tak dawno temu wielu wierzyło, że w latach 90. wszyscy będziemy latać do pracy osobistymi helikopterami.

Wśród zawodowych astronomów jest wielu, którzy wierzą, choć bez powodu, że inteligentne życie jest zjawiskiem bardzo powszechnym w Galaktyce. Jednak jak dotąd żadna rasa pozaziemska nie zadała sobie trudu odwiedzenia Ziemi – fakt ten skłonił fizyka Enrico Fermiego do zadania słynnego pytania w 1950 r.: „Gdzie oni są?” Aby wyjaśnić tę pozorną sprzeczność, zwaną Paradoksem Fermiego, astronomowie uznający istnienie we Wszechświecie innych nadających się do zamieszkania światów sugerują, że ze względu na trudność organizacji i wysokie koszty wyprawy żadna cywilizacja nie odważa się podejmować takich wypraw. W konsekwencji my – Ziemianie – nigdy nie poradzimy sobie z tym zadaniem.

Do tej pory ludziom udało się już wystrzelić statki międzyplanetarne w przestrzeń kosmiczną i wykorzystać je do zbadania wszystkich planet Układu Słonecznego od Merkurego po Neptuna, a za ciemnym pasem nieznanego pozostaje tylko Pluton.

W pewnym sensie pierwszymi statkami międzygwiezdnymi ludzkości były cztery stacje automatyczne – Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1 i Voyager 2; To oni teraz z dużą prędkością opuszczają Układ Słoneczny, kierując się w stronę gwiazd. Pioneer może w ciągu roku pokonać odległość 2,3 razy większą niż odległość między Ziemią a Słońcem, a szybsze Voyagery mogą przebyć 3,4 razy. Ale gwiazdy są tak daleko, że nawet Voyagerowi dotarcie do Alfa Centauri, oddalonej od Ziemi o 4,3 roku świetlnego, zajęłoby 80 000 lat. Ale jeśli będziemy mieli szczęście, tak się nie stanie: statki kosmiczne przyszłych stuleci z pewnością dogonią i wyprzedzą współczesnych „wolno poruszających się” i wrócą na ich rodzinną planetę jako eksponaty w muzeum eksploracji kosmosu.

Odległy cel

Największym wyzwaniem, przed jakim staną gwiezdni podróżnicy, są ogromne odległości do gwiazd. Astronomowie tak często przeliczają odległości na lata świetlne, że często zapominają, jak duży jest rok świetlny. Promień światła jest tak szybki, że w ciągu jednej sekundy może okrążyć Ziemię 7,5 razy. Tym samym dystans przebyty w ciągu roku będzie naprawdę ogromny. Wyobraź sobie, że Galaktyka skurczyła się tak, że Ziemia i Słońce znajdowały się zaledwie 2,5 cm od siebie. Jowisz znajdowałby się wówczas pięć cali od Słońca, a odległy Neptun zaledwie 30 cali dalej. Nawet w tej skali rok świetlny pozostałby równy pełnej mili (1,6 km), a Alfa Centauri oddaliłaby się od Ziemi o 7,3 mili. A gdyby Galaktyka Drogi Mlecznej, tak ogromna i rozległa, skurczyła się do rozmiarów grosza, wówczas cały obserwowalny Wszechświat, od Ziemi po najdalsze znane nam kwazary, miałby szerokość nie większą niż dwie mile.

„Podróżnicy” poruszają się w przestrzeni kosmicznej z prędkością zaledwie 0,005% światła, jednak aby wysłać prawdziwy statek kosmiczny do Alfa Centauri i dotrzeć na miejsce za co najmniej pięćdziesiąt lat, za życia naukowców organizujących wyprawę, konieczne jest jest konieczne, aby przyspieszyć ten statek do co najmniej 10% prędkości świetlnej. Dla porównania: jeśli wyjdziemy poza Układ Słoneczny z „zaledwie” 1% prędkością światła, dotarcie do Alfa Centauri zajmie 430 lat, a przez tak długi okres czasu poziom technologii może wzrosnąć tak bardzo, że stało się możliwe budowanie szybszych statków kosmicznych. Wyobraźmy sobie, że Krzysztof Kolumb miał długą wątrobę i przepłynięcie Oceanu Atlantyckiego zajęłoby mu 500 lat. Od czasu do czasu wyprzedzały go bardziej zaawansowane statki, a szybkie samoloty byłyby w stanie odbyć podróż z Europy do Ameryki na długo przed tym, zanim on sam dotarłby do cennych brzegów. A kiedy w końcu tam dotarł, Nowy Świat, dla niego, Kolumba, zupełnie nowy, dla każdego innego byłby już dość „stary”.

Jednak osiągnięcie dużych prędkości bliskich prędkości światła jest bardzo trudne, ponieważ wymaga dużo energii i pieniędzy. Na przykład statek ważący jedną tonę potrzebowałby tyle energii, ile duża elektrownia przemysłowa zużywa w ciągu miesiąca. To prawda, że ​​w skali słonecznej to całkiem sporo: samo Słońce co sekundę emituje w przestrzeń milion razy więcej energii. Zatem energia tam jest, ludzie muszą się tylko nauczyć, jak z niej korzystać.

Kolejną przeszkodą, na którą wskazują krytycy, jest koszt wyprawy. Taka podróż może kosztować ponad bilion dolarów. Jednak to, co dziś jest niewyobrażalnie drogie, może stać się tanie wieki później. Przecież amerykańscy koloniści w 1776 roku nie odważyliby się zorganizować lotu na Księżyc, zarówno ze względu na brak technologii, jak i potrzebę astronomicznych sum, a ich potomkowie niecałe dwa wieki później pomyślnie wylądowali człowieka na Księżycu. A skoro udało nam się to zrobić wykorzystując technologię z lat sześćdziesiątych, to dlaczego nasi wyznawcy nie wyślą człowieka na orbitę wokół Alfa Centauri?

Nie ma wątpliwości, że pierwszymi podróżnikami międzygwiezdnymi będą maszyny, a nie ludzie. Człowiek dotarł dopiero na Księżyc, natomiast automatyczne stacje kosmiczne były już za Neptunem.

Maszyny w przeciwieństwie do ludzi nie potrzebują powietrza, wody, jedzenia i minimalnych udogodnień. Ponadto komputery i instrumenty przyszłych dziesięcioleci staną się mniejsze, lżejsze i potężniejsze, co zmniejszy wagę statku kosmicznego.

Teoria Einsteina

Gdybyśmy podróżowali do gwiazd, nieuchronnie napotkalibyśmy trudności przewidziane w szczególnej teorii względności Einsteina, która zajmuje się skutkami ciał poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Prędkość światła jest najbardziej znaną barierą relatywistyczną; To właśnie ze względu na ekstremalny charakter tej prędkości Ziemianie będą musieli poczekać co najmniej 4,3 roku, aż statek dotrze do Alfa Centauri, a następnie kolejne 4,3 roku, zanim statek z informacjami powróci na Ziemię.

Szczególna teoria względności opisuje również wpływ prędkości na masę i czas. Wraz ze wzrostem prędkości statku kosmicznego wzrasta również jego masa, co jest złe, ponieważ coraz trudniej jest go przyspieszyć. Jednak dla każdego pasażera na statku czas płynie znacznie wolniej, co jest dobre, ponieważ pozwala podróżować na większe odległości. Te dwa efekty relatywistyczne, wpływające na masę i czas, są małe przy małych prędkościach i znacznie rosną, gdy prędkość statku zbliża się do prędkości światła. Przy prędkości równej prędkości światła masa ciała staje się nieskończona i dlatego żadne ciało materialne nie może poruszać się tak szybko.

Naukowcy wyrażają poziom wpływu efektów relatywistycznych za pomocą współczynnika Lorentza, nazwanego na cześć holenderskiego fizyka Hendrika Lorentza. Współczynnik Lorentza zależy od prędkości: jest równy jedności przy prędkości zerowej, rośnie wraz ze wzrostem tej ostatniej i staje się nieskończony przy prędkości światła. Przy 20% prędkości światła współczynnik Lorentza wynosi zaledwie 1,02, co oznacza, że ​​statek kosmiczny poruszający się z tą prędkością jest tylko o 2% cięższy niż w spoczynku, a czas zwalnia tak bardzo, że załodze minie zaledwie 1 godzina , na Ziemi zajmie to 1,02 godziny. Przy 50% prędkości światła współczynnik Lorentza osiągnie 1,15, co wciąż jest bardzo małe: masa statku przy tej prędkości jest tylko o 15% większa niż w spoczynku, a jedna godzina czasu na pokładzie wynosi 1,15 godzin na Ziemi. I dopiero przy prędkościach powyżej 80% prędkości światła współczynnik Lorentza zaczyna gwałtownie rosnąć. Przy 87% prędkości światła osiąga 2,00, a zatem masa podwaja się, a czas zwalnia o połowę w stosunku do Ziemi.

Życie na szybkiej ścieżce

Prawdziwym problemem zwolenników podróży międzygwiezdnych nie jest szczególna teoria względności, ale sposób osiągnięcia prędkości, przy których takie podróże są możliwe. Nawet 10% prędkości światła – 30 tys. km na sekundę – znacznie przekracza prędkość najszybszego wcześniej wystrzelonego statku kosmicznego.

W zasadzie najlepszym paliwem rakietowym jest antymateria – przeciwieństwo zwykłej materii. Jądro atomu normalnej substancji jest naładowane dodatnio, a obracające się wokół niego elektrony są naładowane ujemnie. W antymaterii jest odwrotnie: jądro ma wartość ujemną, a wirujące cząstki, pozytony, są dodatnie. Kiedy materia i antymateria spotykają się, niszczą się wzajemnie (anihilują), zamieniając całą masę w energię. Okazuje się, że materia i antymateria są potężnymi paliwami, ponieważ nawet niewielka ilość masy m zawiera energię E równą mc2. Prędkość światła jest tak duża, że ​​pomnożona przez samą siebie (do kwadratu) ilość energii, nawet przy małej masie materii lub antymaterii, będzie ogromna. Jeśli uścisniesz dłoń swojemu odpowiednikowi z antymaterii, uzyskana energia może zasilić cały kraj na kilka miesięcy lub wysłać mały statek kosmiczny do Alpha Centauri.

Niestety, antymateria nie występuje na Ziemi w swojej naturalnej postaci, a astronomowie nie znają jej źródeł w Układzie Słonecznym. Antymateria może być wytwarzana w wyniku reakcji jądrowych, ale tylko w bardzo małych ilościach, zatem wytworzenie nawet stosunkowo niewielkiej ilości antymaterii potrzebnej do zasilania statku kosmicznego wymagałoby ogromnych kosztów. Obecnie antymateria, nawet gdyby naukowcy znaleźli sposób na jej wydobycie, kosztowałaby biliony dolarów za uncję.

Jednak na każdą rakietę, nawet napędzaną mieszanką materii i antymaterii, wpadnie osobliwa pułapka: aby przyspieszyć statek kosmiczny, konieczne jest zwiększenie mocy silnika. Im więcej paliwa zostanie zatankowane, tym większa będzie waga. Aby uzyskać więcej energii, potrzeba jeszcze więcej paliwa, ale wtedy masa rakiety będzie rosła i tak w nieskończoność... Dlatego naukowcy opracowują projekty, które umożliwią przyspieszanie statków kosmicznych bez rakiet. W 1960 roku Robert Bussard zaproponował wydobywanie paliwa z samego kosmosu. W przestrzeni kosmicznej znajdują się atomy wodoru. Gdyby statek mógł je zebrać i umieścić w reaktorze jądrowym, uzyskana energia wystarczyłaby do uzupełnienia zapasów paliwa. Niestety w przestrzeni międzygwiazdowej przypada średnio tylko jeden atom wodoru na centymetr sześcienny, więc statek musiałby zebrać te atomy w promieniu ponad stu, a nawet tysiąca mil.

Kolejnym projektem bez użycia rakiet jest zbudowanie statku w formie żaglówki, napędzanej lekkim ciśnieniem. Takie ciśnienie może wytworzyć na przykład instalacja laserowa zlokalizowana gdzieś w kosmosie. Ponieważ ciśnienie światła jest niskie, lasery muszą być mocne, a ich wiązki muszą być bardzo wąsko skupione. Gdyby na pokładzie takiego statku znajdowali się ludzie, nie byliby w stanie kontrolować swojego lotu. Zamiast tego byliby zdani na łaskę stacji laserowych oddalonych o wiele lat świetlnych.

Szybszy niż światło

Choć takie pomysły wydają się trudne do zrealizowania lub, jak twierdzą krytycy, w ogóle niewykonalne, przynajmniej część z nich przyciągnęła uwagę znanych fizyków. Jednocześnie młodzi ambitni fizycy przedstawiają jeszcze bardziej spekulatywne projekty. Zakłada się na przykład, że możliwe jest skrócenie ścieżki w przestrzeni poprzez poruszanie się specjalnymi tunelami przestrzennymi (tzw. „robakami”). Wtedy statek kosmiczny nie będzie musiał pokonywać odległości 4,3 lat świetlnych, aby przelecieć od Słońca do Alfa Centauri. To tak, jakbyśmy zbudowali tunel z USA do Chin przez Ziemię, zamiast obrać dłuższą trasę po powierzchni Ziemi.

Jako fantastyczną hipotezę rozważa się także możliwość poruszania się szybciej niż światło. Z technicznego punktu widzenia, zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina, nie jest to niemożliwe. Przy prędkości światła współczynnik Lorentza jest nieskończony, ale po przekroczeniu tej prędkości staje się, jak mówią matematycy, urojony (jak na przykład pierwiastek kwadratowy z liczby ujemnej) i wraz ze wzrostem prędkości statku , maleje. Nie wiadomo, jak pokonać tę barierę prędkości, gdy współczynnik Lorentza stanie się nieskończony, a jeśli tak się stanie, powrót do prędkości mniejszej niż prędkość światła może być całkowicie niemożliwy. Cząstki przekraczające prędkość światła nazywane są tachionami, jednak nikt ich nigdy nie widział, co prowadzi do spekulacji, że nie istnieją w naturze. Być może istnieje równoległy Wszechświat, w którym wszystko porusza się szybciej niż światło, a jego mieszkańcy dążą do „wolniejszego” życia. Może wtedy moglibyśmy zawrzeć z nimi „umowę”.

Ale dopóki nic nie wiemy o takim Wszechświecie, naukowcy zmuszeni są podbić ten, który znają. Jako pierwszy krok w stronę rzeczywistych podróży międzygwiezdnych naukowcy przewidzieli wystrzelenie pojazdów z napędem, które podróżowałyby szybko i na wystarczająco duże odległości, aby przetestować niektóre koncepcje dotyczące podróży gwiazdowych nawet bez dotarcia do najbliższych gwiazd. Proponowany do tego statek kosmiczny nosi nazwę TAU (tysiąc jednostek astronomicznych, tysiąc jednostek astronomicznych); będzie musiał prowadzić badania naukowe w odległości tysiąca jednostek astronomicznych od Słońca, czyli 25-krotności średniej odległości do Plutona. Przebycie tej odległości zajęłoby statkowi około stu lat, co stanowiłoby zaledwie 1% całkowitej odległości do Alpha Centauri. Niemniej jednak TAU można słusznie uznać za pioniera wśród szybkich statków.

Wątpliwości co do podróży międzygwiezdnych jest jednak tak wiele, że być może krytycy mają rację, twierdząc, że żadna cywilizacja nie jest zdolna do takich wypraw. To wyjaśnia fakt, dlaczego nic nie wiemy o tych inteligentnych gatunkach, które mogą zamieszkiwać naszą Galaktykę. Jednak lekkomyślnością byłoby bagatelizować możliwości cywilizacji, która w przyszłości zasiedli Ziemię, nie mówiąc już o cywilizacjach pozaziemskich, których rozwój jest przed nami być może miliony, a nawet miliardy lat. Ponadto, jeśli wokół jakiejś pobliskiej gwiazdy zostanie odkryty dokładny bliźniak Ziemi, a może to nastąpić za dwadzieścia lat, pokusa eksploracji tego świata bezpośrednio ze statku kosmicznego będzie nie do odparcia.

Być może taka wyprawa odbędzie się w XXI lub XXII wieku. Jeśli tak, to ci, którzy wierzą, że inteligentne życie jest szeroko rozpowszechnione w kosmosie, będą zmuszeni wyjaśnić, dlaczego wówczas żadna z tych cywilizacji nie zrobiła tego samego i nie wysłała wyprawy do jednego z najbardziej obiecujących układów planetarnych w Galaktyce – naszego.

Ken Croswell jest astronomem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley (USA) i autorem książki „W poszukiwaniu planet”, na podstawie której zaadaptowano ten artykuł.