4 koncepty vesmírných lodí, které by mohly být v budoucnu realitou

1. vybuchne

Záznam videa: DrRhysy / YouTube

Všichni máme alespoň mlhavou představu o tom, jak ničivé jsou jaderné zbraně. Zdálo by se, že použití tak nebezpečné věci pravděpodobně nepovede k něčemu dobrému.

Fyzici Stanislav Ulam a Freeman Dyson se ale rozhodliG. Dyson. Projekt Orion: Skutečný příběh atomové vesmírné lodiže tato síla může být také nasměrována do tvůrčího kanálu. A v 60. letech navrhli myšlenku mezihvězdného plavidla, které by létalo tak, že by se samo pohánělo řízenými jadernými výbuchy.

Opravdu, proč nosit obrovské nádrže paliva přes rozlehlost vesmíru, když si místo toho můžete vzít s sebou sto nebo dvě atomové hlavice?

Projekt dostal název Orion, neboli kosmická loď s jaderným pohonem. Princip činnosti jednotky je následující.

Na oběžné dráze se houpe loď, která hodlá letět na okraj Sluneční soustavy nebo dokonce k jiným hvězdám. V pravou chvíli někde sto metrů za sebou vypustí vodíkovou bombu, která exploduje a rázovou vlnou nasměruje letadlo vpřed. Když hybnost tlaku začne ustupovat, je vypálena další bomba, pak další a další. To je mnohem efektivnější, víte, než všednost létat v raketě.

Nápad sám o sobě byl skvělý. Ale "výbuch", jak byl vývoj nazván, měl mnoho problémů, které nebylo možné v této fázi vývoje vědy a techniky vyřešit. Nebylo jasné, jak ochránit zadní část lodi před relativistickou plazmou, gama paprsky a světelnými záblesky. Předpokládalo se, že odrazná deska bude pokryta ablativním povlakem z grafitového tuku, který bude také potřeba po každé explozi osvěžit.

Existují však určité pochybnosti, že je možné zkonstruovat štít, který odolá detonaci stovek vodíkových bomb téměř v bezprostřední blízkosti.

Navíc vynést na oběžnou dráhu aparát se stovkami atomových bomb na palubě byl poměrně riskantní úkol. V 60. letech až záření zacházelo jednodušeji než nyní - zřejmě věřili, že zabíjí pouze ty, kteří se jí bojí.

Zpočátku se předpokládalo, že Orion vzlétne sám, to znamená, že pod sebou přímo v atmosféře udělá atomové exploze. Pak si vědci ještě uvědomili, že se vzrušili a rozhodli se odpálit jaderné nálože pouze v bezvzduchovém prostoru.

Ale i v tomto případě, pokud něco nepůjde podle plánu a raketa s tak nebezpečným nákladem se nedostane do vesmíru, dojde v místě, kam dopadne, ke skutečné radiační katastrofě. Proto byl projekt odloženG. Dyson. Projekt Orion: Skutečný příběh atomové vesmírné lodi na zadním hořáku a poté, s podepsáním Smlouvy o částečném zákazu zkoušek v roce 1963, byl zcela uzavřen.

Přesto se v myslích fyziků stále znovu objevuje myšlenka mezihvězdné kosmické lodi urychlené atomovou bombou.

2. Solární plachetnice

Video: Planetární společnost / YouTube

Fráze „solární (nebo fotonická) plachta“ zní docela fantasticky. Přesto se jedná o skutečnou a dokonce již osvědčenou technologii. V červnu 2019 byla úspěšně testována sonda LightSail-2 s takovým motorem.Co očekávat, když LightSail 2 odstartuje do vesmíru / Planetární společnost ve vesmíru.

Faktem je, že fotony – částice, které tvoří světlo – mohou při kontaktu s povrchem vyvíjet tlak. To znamená, že sluneční světlo ve vesmíru je schopnéG. Vulpetti. Rychlá solární plavba: Astrodynamika trajektorií speciálních plachetnic tlačit plachtu stejným způsobem jako vítr na Zemi.

Jen plachtu bude potřeba vytvořit z ultratenkého savého materiálu – například z hliníkové fólie o tloušťce 30 nanometrů. A měla by mít velikost alespoň pár kilometrů čtverečních.

Pro srovnání, plocha sondy LightSail-2 byla pouhých 32 metrů čtverečních.

Aparát se solární plachtou s sebou nemusí vozit desítky a stovky tun paliva: bude moci létat všude, kam dosáhne sluneční světlo. Je pravda, že při provádění konceptu existují potenciální potíže.

Hlavním z nich je, jak chránit plachtu před poškozením. Je to koneckonců neprůhledné plátno tenké jako břitva, které má sílu toaletního papíru a protéká prázdnota závratnou rychlostí. Jakékoli smítko prachu v něm může udělat slušnou díru.

3. Fotonová raketa

Taková kosmická loď využívá stejný princip jako solární plachetnice, jen obráceně. Koneckonců, pokud fotonyE. G. Haug. Konečné limity rovnice relativistické rakety. Fotonová raketa Planck / Acta Astronautica dokážou přitlačit na povrch, se kterým přijdou do styku, mohou také odhodit motor, který je vyrábí. Výsledkem je raketa, která není poháněna spalováním paliva, ale světlem.

Ano, ve vakuu i obyčejná baterka, pokud dostane velmi odolný zdroj energie, postupně zrychlí a pohání se s emitovanými fotony. Stačí otočit žárovkou proti terči a rozsvítit světlo.

Pravda, baterka poletí tak pomalu, že zrychlení na znatelnou rychlost bude trvat miliardy let. To je ale řešitelná záležitost – stačí zařízení zvětšit.

Ale napájet takovou čelovku bude další úkol. Vypočítal to fyzik Daniel Tommasini z University of VigoD. Tommasini. Komentář k „mezním mezím rovnice relativistické rakety. Fotonová raketa Planck “/ Acta Astronauticaže i ten nejúčinnější jaderný reaktor bude schopen urychlit fotonickou loď pouze o 0,02 % rychlosti světla.

To je někde kolem 60 km/s, což už je na cestování sluneční soustavou docela dobré. Ale abyste zamávali k nejbližší hvězdě, budete potřebovat zdroje energie lepší než obyčejný jaderný reaktor. Například dobrá zásoba antihmotového paliva nebo kapesní černá díra.

Když se antihmota srazí s hmotou, uvolňuje obrovské množství čisté energie. Pravda, produkce antihmoty je neuvěřitelná drahé potěšení: vytvoření gramu antivodíku vědci NASA odhadliReaching for the Stars / Science NASA 62,5 bilionu dolarů. A na nakrmení anihilačního reaktoru toho budou zapotřebí tuny.

Černé díry jsou ještě účinnější zdroje energie. Mohou být použity k výrobě takzvaných singulárních nebo kolapsarových reaktorů, jak tvrdil Stephen Hawking. Černá díra vytváří záření, které se postupně vypařuje.

VypočtenoL. Jeřáb. Jsou možné hvězdné lodě Black Hole / Obecná teorie relativity a kvantová kosmologieže jedna taková díra vážící 606 000 tun se bude odpařovat asi 3,5 roku a během této doby vytvoří 160 petawattů energie. Jen divoké číslo: dostatek energie na zrychlení na 10 % rychlosti světla za 20 dní.

Zbývá jen vymyslet, jak vyrobit černou díru a jak ji uložit do lodi, a kompaktní baterie neuvěřitelné síly je připravena. Hlavní věc je nestrkat do toho prsty, jinak se stanou jednotné číslo, to znamená, že se zmenší do bodu. Společně se všemi ostatními částmi těla.

4. Laserem poháněná loď

Video: Fyzikální škola – Univerzita v Sydney / YouTube

Výše uvedené koncepty mají společný problém: své zdroje energie budou muset nosit s sebou. Raketové palivo, jaderné palivo, antihmota nebo černá díra, to vše váží hodně a snižuje užitečné zatížení. Budeme muset vynaložit další energii na rozhýbání této ekonomiky.

Solární plachetnice nebude musetG. A. Landis. Mezihvězdný let částicovým paprskem / NASA nést mnoho tun paliva, ale má také své omezení: létá pouze tam, kde vane sluneční vítr, a v mezihvězdném prostoru nebude tak užitečný.

Loď zrychlená laserem však takové nevýhody nemá. Jedná se o obdobu hvězdné lodi s plachtou, která však nebude urychlována slunečním světlem, ale gigawattovým směrovým zdrojem záření.

Princip je tento: mezihvězdná sonda rozprostře plachtu a obrovský laserový urychlovač na Zemi nebo na blízké sluneční oběžné dráze na ni svítí a tlačí ji tam, kam má.

Řekněme, že jsme zrychlili na požadovanou rychlost, ale jak zabrzdit v místě příjezdu k nějaké Proxima Centauri nebo Barnard's Star? Dopředu neexistuje způsob, jak pohánět druhý laser stejného druhu – dokonce jsme jeden s obtížemi postavili na téměř sluneční oběžné dráze.

Ale nebojte se, fyzikové Jeffrey Landis a Carver Andrews na to mysleli už dávno.G. A. Landis. Optika a úvahy o materiálech pro laserem poháněnou světelnou plachtu / NTRS. V případě potřeby dokáže aparatura nejen zrychlit, ale i zpomalit pomocí energie fotonů vyslaných do ní z laseru.

Jen je míjíme kolem plachty na obrovské zrcadlo, na plachtě se odrážejí, ale z druhé strany. A dostaneme příležitost letět opačným směrem než laser. To znamená, že budeme schopni nejen jet ke vzdáleným hvězdám rychlostí blízkou světla, ale také se vracet.

Tento mechanismus mezihvězdného cestování se zdá být nejschůdnější. 12. dubna 2016 navrhl Stephen HawkingReaching for the Stars, Across 4.37 Light-Years / The New York Times poslat na Alfu Centauri skupinu sond o hmotnosti 0,5 g, urychlených laserem ze zemského povrchu na 20 % rychlosti světla. Let jim teoreticky potrvá 20 let a data vysílaná sondami po příletu na místo budou putovat zpět ve formě rádiových přenosů dalších 5 let.

Moje maličkost Hawking se realizace svého nápadu nedožil, ale projekt nazvaný Breakthrough Starshot pokračuje ve vývoji. Je financována ruským podnikatelem Jurijem Milnerem a majitelem Meta Markem Zuckerbergem. Možná ten druhý jen hledá způsob, jak se vrátit domů.