Artikli autor räägib üksikasjalikult nelja paljutõotavast tehnoloogiast, mis annavad inimestele ühe inimese elu jooksul võimaluse jõuda ükskõik millisesse kohta Universumis. Võrdluseks: moodsa tehnoloogia kasutamisega võtab tee teise tähesüsteemi juurde umbes 100 tuhat aastat.
Alates ajast, kui inimene esimest korda öötaevasse vaatas, unistame külastada teisi maailmu ja näha Universumit. Ja kuigi meie kemikaalidega töötavad raketid on juba jõudnud paljudele Päikesesüsteemi planeetidele, kuudele ja muudele kehadele, hõlmas Maast kõige kaugemal asuv kosmoselaev Voyager 1 vaid 22,3 miljardit kilomeetrit. See on vaid 0,056% kaugusest lähima teadaoleva tähesüsteemini. Kaasaegset tehnoloogiat kasutades võtab tee teise tähesüsteemi juurde umbes 100 tuhat aastat.
Siiski pole vaja tegutseda nii, nagu oleme alati teinud. Õige tehnoloogia kasutamisel saab suure kasuliku massiga sõidukite saatmise tõhusust universumis enneolematutel vahemaadel isegi koos inimestega pardal. Täpsemalt öeldes on neli paljulubavat tehnoloogiat, mis võivad meid tähtede juurde saada palju vähem aja jooksul. Siin nad on.
1). Tuumatehnoloogia. Inimiajaloos on siiani kõigil kosmosesse lastud kosmoselaevadel üks ühine joon: kemikaalidega töötav mootor. Jah, raketikütus on spetsiaalne kemikaalide segu, mis on loodud maksimaalse tõukejõu tagamiseks. Väljend "kemikaalid" on siin oluline. Mootorile energiat andvad reaktsioonid põhinevad aatomite vaheliste sidemete ümberjaotumisel.
See piirab põhimõtteliselt meie tegevusi! Valdav enamus aatomi massist langeb selle tuumale - 99,95%. Kui algab keemiline reaktsioon, jaotatakse aatomite ümber pöörlevad elektronid ümber ja eraldub energiana umbes 0,0001% reaktsioonis osalevate aatomite kogumassist vastavalt Einsteini kuulsale võrrandile: E = mc2. See tähendab, et iga raketisse laaditud kütuse kilogrammi eest saate reaktsiooni ajal energiat, mis võrdub umbes 1 milligrammiga.
Tuumakütusega rakettide kasutamisel on olukord dramaatiliselt erinev. Selle asemel, et tugineda elektronide konfiguratsiooni muutustele ja aatomite omavahelisele sidumisele, saate vabastada suhteliselt tohutu hulga energiat, mõjutades aatomite tuumade omavahelist ühendamist. Uraani aatomi lõhustamisel seda neutronitega pommitades eraldub see palju rohkem energiat kui mis tahes keemiline reaktsioon. 1 kilogramm uraani-235 võib vabastada energiakoguse, mis võrdub 911 milligrammiga massist, mis on peaaegu tuhat korda tõhusam kui keemiline kütus.
Tuumasünteesi õppimisel saaksime mootoreid veelgi efektiivsemaks muuta. Näiteks inertsiaalse juhitava termotuumasünteesi süsteem, mille abil oleks võimalik vesinikku sünteesida heeliumiks, toimub selline ahelreaktsioon Päikesel. 1 kilogrammi vesinikkütuse süntees heeliumiks muundab 7,5 kilogrammi massi puhtaks energiaks, mis on peaaegu 10 tuhat korda tõhusam kui keemiline kütus.
Idee on saada raketi jaoks sama kiirendus palju pikemaks ajaks: sadu või isegi tuhandeid kordi pikemaks kui praegu, mis võimaldaks neil areneda sadu või tuhandeid kordi kiiremini kui tavalised raketid praegu. Selline meetod vähendaks tähtedevahelise lendu sadade või isegi kümnete aastateni. See on paljutõotav tehnoloogia, mida saame kasutada aastaks 2100, sõltuvalt teaduse arengu tempost ja suunast.
Reklaamvideo:
2). Kosmiliste laserite kiir. See idee on mitu aastat tagasi tuntust kogunud projekti Breakthrough Starshot keskmes. Aastate jooksul pole kontseptsioon oma atraktiivsust kaotanud. Kui tavaline rakett kannab endaga kaasa kütust ja tarbib seda kiirenduseks, on selle tehnoloogia põhiidee võimsate laserkiirte kiirgus, mis annab kosmoselaevale vajaliku impulsi. Teisisõnu eraldatakse kiirenduse allikas laevast endast.
See kontseptsioon on nii põnev kui ka mitmes mõttes revolutsiooniline. Lasertehnoloogiad arenevad edukalt ja muutuvad mitte ainult võimsamaks, vaid ka väga kollimaalseks. Niisiis, kui loome purjetaolise materjali, mis peegeldab piisavalt kõrget laservalguse protsenti, saame laserplaadi abil panna kosmoselaeva kolossaalse kiiruse arenema. Eeldatakse, et ~ 1 grammi kaaluv kosmoselaev saavutab kiiruse ~ 20% valguse kiirusest, mis võimaldab sellel lennata lähima tähe, Proxima Centauri, kõigest 22 aasta pärast.
Muidugi peame selleks looma tohutu laserkiire (umbes 100 km2) ja seda tuleb teha kosmoses, ehkki see on rohkem kulude kui tehnoloogia või teaduse probleem. Sellise projekti elluviimiseks tuleb siiski lahendada mitmeid probleeme. Nende hulgas:
- toetamata puri pöörleb, on vaja mingit (veel välja töötamata) stabiliseerimismehhanismi;
- suutmatus pidurdada sihtkohta jõudmisel, kuna pardal pole kütust;
- isegi kui see osutub inimeste transpordiks mõeldud seadme mõõtkavaks, ei suuda inimene tohutu kiirendusega - lühikese aja jooksul olulisel määral kiiruseerinevusega - ellu jääda.
Võib-olla suudab ühel päeval tehnoloogia meid tähtede poole viia, kuid pole ühtegi õnnestunud meetodit, kuidas inimene saavutaks kiiruse, mis on ~ 20% valguse kiirusest.
3). Antimaterjalide kütus. Kui tahame endiselt kütust endaga kaasas kanda, saame selle muuta võimalikult tõhusaks: see põhineb osakeste ja osakeste hävitamisel. Erinevalt keemilistest või tuumkütustest, kus pardal olev mass muundatakse energiaks vaid murdosaks, kasutab osakestevastane osakeste hävitamine 100% osakeste ja osakeste massist. Võimalus muuta kogu kütus impulss-energiaks on kütusesäästlikkuse kõrgeim tase.
Selle meetodi praktikas rakendamisel on raskusi kolmes peamises valdkonnas. Täpsemalt:
- stabiilse neutraalse antimaterjali loomine;
- võime isoleerida seda tavalisest ainest ja seda täpselt kontrollida;
- toota antimaterjali piisavalt suurtes kogustes tähtedevahelise lendu.
Õnneks kahe esimese teemaga juba tegeletakse.
Euroopa Tuumauuringute Organisatsioonil (CERN), kus asub Suur Hadroni kokkupõrge, on tohutu kompleks, mida tuntakse "antimaterjalitehase" nime all. Seal uurivad antimaterjali omadusi kuus sõltumatut teadlaste meeskonda. Nad võtavad antiprotoneid ja aeglustavad neid, sundides positroni nendega seonduma. Nii luuakse antiatoomid ehk neutraalsed antimaterjalid.
Nad eraldavad need antiatoomid erineva elektrilise ja magnetväljaga konteineris, mis hoiab neid paigal, eemal ainest valmistatud anuma seintest. Nüüdseks, 2020. aasta keskpaigaks, on nad edukalt isoleerinud ja stabiilsena mitu antiatoomi tunnis korraga. Järgmise paari aasta jooksul saavad teadlased kontrollida antimaterjali liikumist gravitatsiooniväljas.
See tehnoloogia pole meile lähiajal saadaval, kuid võib selguda, et meie kiireim tähtedevahelise liikumise viis on antimateriaalne rakett.
4). Tähelaev tumeaine kohta. See variant tugineb kindlasti eeldusele, et kõik tumeda aine eest vastutavad osakesed käituvad nagu bosonid ja on omaenda osakeste vastased. Teoreetiliselt on tumedal ainel, mis on tema enda osakeste vastane osa, väike, kuid mitte null, võimalus hävitada mis tahes muu tumeda aine osakesega, mis sellega kokku põrkub. Potentsiaalselt saame kasutada kokkupõrke tagajärjel vabanenud energiat.
Selle kohta on võimalikud tõendid. Vaatluste tulemusena on kindlaks tehtud, et Linnuteel ja teistes galaktikates on seletamatu gammakiirguse kiirgus, mis tuleb nende keskustest, kus tumeda energia kontsentratsioon peaks olema suurim. Alati on võimalus, et sellele on olemas näiteks asfüüsikaline seletus, näiteks pulsarstide jaoks. Siiski on võimalik, et see on ikkagi galaktika keskel häviv tume aine ja annab seega meile uskumatu idee - tumelaeva tähelaeva.
Selle meetodi eeliseks on see, et tumeaine eksisteerib sõna otseses mõttes kõikjal galaktikas. See tähendab, et me ei pea reisil kütust kaasas kandma. Pimeenergia "reaktor" saab selle asemel lihtsalt teha järgmist:
- võtke läheduses olev tume aine;
- kiirendage selle hävimist või laske loomulikul viisil hävida;
- suunake vastuvõetud energia ümber, et saada hoogu ükskõik millises soovitud suunas.
Inimene saaks soovitud tulemuste saavutamiseks kontrollida reaktori suurust ja võimsust.
Ilma vajaduseta pardal kütust kaovad paljud tõukejõuga juhitava kosmosereisi probleemid. Selle asemel suudame saavutada suvalise teekonna hinnalise unistuse - piiramatu pideva kiirenduse. See annab meile kõige mõeldamatuima võime - võime jõuda ühe inimese elu jooksul Universumis suvalisse kohta.
Kui piirduda olemasolevate raketitehnoloogiatega, on meil vaja Maalt lähimasse tähesüsteemi rännata vähemalt kümneid tuhandeid aastaid. Kuid mootoritehnoloogia olulised edusammud on lähedal ja need vähendavad ühe inimelu pikkust sõiduaega. Kui suudame tuumakütuse, kosmiliste laserkiirte, antimaterjali või isegi tumeda aine kasutamisega hakkama saada, siis täidame omaenda unistuse ja muutume kosmosetsivilisatsiooniks ilma häirivate tehnoloogiate, näiteks lõimeajamite kasutamiseta.
Teaduspõhiste ideede muutmiseks teostatavaks reaalseks järgmise põlvkonna mootoritehnoloogiateks on palju potentsiaalseid võimalusi. On täiesti võimalik, et sajandi lõpuks võtab kosmoselaev, mida ei ole veel leiutatud, New Horizons, Pioneer ja Voyager asemele Maa kõige kaugemad inimtegevusest tulenevad objektid. Teadus on juba valmis. Jääb üle vaadata meie praegusest tehnoloogiast kaugemale ja see unistus teoks teha.
