С начала освоения космоса мы многого достигли. Мы успешно запустили людей на Луну, приземлились на Марс и даже на Титан, один из естественных спутников Сатурна. Сегодня у нас есть антропогенные спутники по всей Солнечной системе, но задумывались ли вы когда-нибудь, когда сможете достичь другой звезды?
Я имею в виду это вообще возможно? Voyager 1, самый дальний искусственный зонд, покинул Солнечную систему четыре года назад или около того и был запущен еще в 1977 году. После более чем 40-летнего путешествия беспилотный зонд теперь находится на расстоянии 21 миллиарда километров от Солнца с постоянная скорость 16,99 к / с. Это также самый быстрый космический корабль, покинувший Солнечную систему.
Кто-то скажет: если мы сможем это сделать, достигнем окраин нашей солнечной системы, тогда мы определенно сможем достичь других звезд. Ну, давайте не будем сразу делать какие-либо выводы.
Достигнув Проксимы Центавра, ближайшей к Земле звезды
Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света является высшим пределом, при котором любая материя или информация могут путешествовать во вселенной. Хотя обычно это связано со светом, в действительности это скорость, с которой все безмассовые частицы движутся в вакууме. Точное значение скорости света составляет 299 792 458 м / с.
Ближайшая к нашей планете звезда Проксима Центавра находится на расстоянии более 4 световых лет. Это означает, что даже свету звезды, движущемуся со скоростью 299 792 458 м/с, потребуется четыре года, чтобы достичь Земли и наоборот.
Благодаря своей относительной близости, звездная система была одним из возможных мест для пролета первого межзвездного космического полета. Исследования показали, что звезда в настоящее время движется к нам с расчетной скоростью 22,2 км/с. С такой скоростью звездная система будет находиться на расстоянии 3,11 светового года от Земли через 26 700 лет.
Voyager 1 движется со скоростью 17 000 м/с относительно Солнца. Но самым быстрым, созданным человеком, является зонд Helios B, запущенный для изучения солнечного процесса, который зафиксировал максимальную скорость 70 220 м/с или 252 792 км/ч. Так что, если случайно зонд Voyager направлялся к Проксиме Центавра с постоянной скоростью 17 000 м/с, для преодоления расстояния понадобилось бы более 76 000 лет.
С другой стороны, если зонд способен достичь невероятной скорости Гелиоса В, то для достижения красного карлика потребуется не менее 19 000 лет. Последнее звучит лучше, но все равно не жизнеспособно.
Современное состояние технологий космических путешествий
Технология, которую мы используем сегодня, должна быть усовершенствована, и она включает технологии, которые мы используем в космических путешествиях. В настоящее время одной из самых передовых форм движителей, используемых в космических кораблях, является двигатель с ионным приводом. Было время, когда ионные двигатели считались научной фантастикой, но сегодня это совершенно другое.
В последние годы технология ионной тяги используется в различных текущих межпланетных миссиях, включая Deep Space 1 и Dawn. Он также использовался на лунной орбите ESA SMART-1, который успешно завершил свою миссию в 2006 году. Теперь, если мы будем использовать ионные двигатели в нашем стремлении достичь Проксимы Центавра, для двигателей потребуется огромное количество топлива (ксенона).
Если мы предположим, что 82 кг ксенона (максимальная емкость Deep Space 1) приводят в движение пробную машину с максимальной скоростью 56 000 км / ч, то для достижения Проксимы Центавра потребуется более 81 000 лет.
Гравитационный метод
Помимо продвинутых двигателей, космическое путешествие также может быть ускорено благодаря успешной реализации метода Gravity Assist. Он включает космический корабль, использующий гравитационную силу планетарного тела, чтобы изменить его скорость и траекторию или траекторию. Гравитационная помощь — очень полезная техника для выполнения космических миссий.
В 1974 году NASA Mariner 10 стало первой космической миссией, которая использовала гравитационное притяжение Венеры, чтобы выстрелить в Меркурий. Затем, в 1980-х годах, зонд Voyager 1 использовал гравитационное поле Юпитера и Сатурна для достижения своей текущей скорости, что приводит его в межзвездное пространство.
Вот как выглядит будущее
Электромагнитный (EM) привод
Одной из популярных футуристических концепций является радиочастотно-резонансный полый двигатель или просто EM Drive. Основная идея этой технологии заключается в создании тяги от электромагнитного поля внутри полости. Первоначально он был предложен британским ученым Роджером К. Шоуиером еще в 2001 году.
В 2015 году ученые подтвердили, что космический корабль с поддержкой EM Drive может совершить поездку в Плутон всего за 18 месяцев (New Horizons достигли этого результата за 9 лет). Однако исследователи не имеют четкого представления о том, как это будет работать. На основании этого расчета космическому кораблю EM Drive, связанному с Proxima, потребуется более 13 000 лет, чтобы достичь их. Я думаю, что мы приближаемся, но пока не совсем.
Ядерная тепловая и ядерная электрическая тяга
Тогда есть концепция космических кораблей, использующих ядерные двигатели. Идея, которую НАСА размышляло десятилетиями. В ракете с ядерным тепловым движением (NTP) дейтерий или уран используются для нагрева жидкого водорода внутри реактора, превращая его в плазму, которая затем выбрасывается через сопло ракеты для создания тяги.
Антиматерия двигателя
Вы когда-нибудь слышали об антивеществе? Если нет, антивещество — это в основном материал античастицы с противоположным зарядом обычных частиц. Антивещество использует продукт взаимодействия между веществом и антивеществом как движитель. В отчете, представленном на 39-й совместной конференции и выставке AIAA / ASME / SAE / ASEE, говорится, что для двухступенчатой ракеты с двигателем на антиматерии потребуется более 800 000 метрических тонн топлива, чтобы достичь Проксимы Центавра.
Хотя один грамм антивещества будет генерировать огромное количество энергии, производство одного грамма потребует 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и много денег. В настоящее время человеку удалось создать только менее 20 нанограммов антивещества.
Итак, ясно, что если мы не сделаем какой-то необычайный прорыв в области движителей, мы можем просто ограничиться нашей собственной солнечной системой или нам придется придумать страшную стратегию долгосрочного транзита.