4 concepte de nave spațiale care ar putea deveni realitate în viitor

1. Va exploda

Înregistrare video: DrRhysy / YouTube

Cu toții avem cel puțin o idee vagă despre cât de distructive sunt armele nucleare. S-ar părea că utilizarea unui astfel de lucru periculos este puțin probabil să conducă la ceva bun.

Dar fizicienii Stanislav Ulam și Freeman Dyson au decisG. Dyson. Proiectul Orion: Povestea adevărată a navei spațiale atomicecă această forță poate fi direcționată și către un canal creativ. Și în anii 60, ei au propus ideea unei nave interstelare care să zboare propulsându-se cu explozii nucleare controlate.

Într-adevăr, de ce să purtați rezervoare uriașe de combustibil în vastitatea Universului, dacă în schimb puteți lua cu voi o sută sau două focoase atomice?

Proiectul a fost numit Orion, sau navă spațială cu propulsie nucleară. Principiul de funcționare al unității este următorul.

O navă atârnă pe orbită, care intenționează să zboare la periferia sistemului solar sau chiar către alte stele. La momentul potrivit, lansează o bombă cu hidrogen undeva la o sută de metri în spatele lui, care explodează și direcționează avionul înainte cu o undă de șoc. Când impulsul împingerii începe să scadă, următoarea bombă este trasă, apoi alta și alta. Acest lucru este mult mai eficient, știi, decât este banal să zbori într-o rachetă.

Ideea în sine a fost grozavă. Dar „explozia”, așa cum a fost numită dezvoltarea, a avut multe probleme care nu au putut fi rezolvate în acest stadiu al dezvoltării științei și tehnologiei. Nu era clar cum să protejăm partea din spate a navei de plasmă relativistă, razele gamma și fulgerele de lumină. S-a presupus că placa reflectorizantă va fi acoperită cu un strat ablativ de grăsime de grafit, care ar trebui, de asemenea, să fie reîmprospătat după fiecare explozie.

Cu toate acestea, există anumite îndoieli că este posibil să se proiecteze un scut care să reziste la detonarea a sute de bombe cu hidrogen aproape la o distanță directă.

În plus, punerea pe orbită a unui aparat cu sute de bombe atomice la bord a fost o sarcină destul de riscantă. În anii 60 la radiatii tratată mai simplu decât acum - se pare că ei credeau că ea ucide doar pe cei cărora le este frică de ea.

Inițial, s-a presupus că Orion va decola singur, adică va face explozii atomice sub el chiar în atmosferă. Apoi, oamenii de știință și-au dat seama că s-au entuziasmat și au decis să detoneze încărcături nucleare doar în spațiul fără aer.

Dar chiar și în acest caz, dacă ceva nu merge conform planului și o rachetă cu o încărcătură atât de periculoasă nu ajunge în spațiu, se va produce o adevărată catastrofă de radiații în locul în care cade. Prin urmare, proiectul a fost amânatG. Dyson. Proiectul Orion: Povestea adevărată a navei spațiale atomice pe urmă, iar apoi, odată cu semnarea Tratatului de interzicere parțială a testelor în 1963, a fost complet închis.

Cu toate acestea, ideea unei nave spațiale interstelare accelerată de o bombă atomică încă reapare în mintea fizicienilor.

2. Barcă cu pânze solară

Video: The Planetary Society / YouTube

Expresia „vela solară (sau fotonică)” sună destul de fantastic. Cu toate acestea, aceasta este o tehnologie reală și chiar deja dovedită. În iunie 2019, sonda LightSail-2 cu un astfel de motor a fost testată cu succes.La ce să vă așteptați când LightSail 2 se lansează în spațiu / societate planetară in spatiu.

Cert este că fotonii - particulele care alcătuiesc lumina - pot exercita presiune atunci când intră în contact cu o suprafață. Adică, lumina soarelui în spațiu este capabilăG. Vulpetti. Navigație solară rapidă: astrodinamica traiectoriilor speciale a navelor cu vele împinge vela la fel ca vântul pe Pământ.

Doar vela va trebui creată dintr-un material absorbant ultra-subțire - de exemplu, dintr-o peliculă de aluminiu de 30 de nanometri grosime. Și ar trebui să aibă cel puțin câțiva kilometri pătrați.

Pentru comparație, aria sondei LightSail-2 a fost de numai 32 de metri pătrați.

Un aparat cu velă solară nu trebuie să transporte cu el zeci și sute de tone de combustibil: va putea zbura oriunde va ajunge lumina soarelui. Adevărat, există dificultăți potențiale în implementarea conceptului.

Principalul este modul de a proteja vela de deteriorare. La urma urmei, este o pânză opaca subțire ca brici, care are rezistența hârtiei igieniste și trece prin goliciunea cu viteză vertiginoasă. Orice bucată de praf poate face o gaură decentă în ea.

3. Racheta fotonica

O astfel de navă spațială folosește același principiu ca o navă cu pânze solară, doar invers. La urma urmei, dacă fotoniiE. G. Haug. Limitele finale ale ecuației rachete relativiste. Racheta fotonica Planck / Acta Astronautica sunt capabili să apese pe suprafața cu care intră în contact, pot arunca și motorul care le produce. Rezultatul este o rachetă care este propulsată nu prin arderea combustibilului, ci prin lumină.

Da, în vid, chiar și o simplă lanternă, dacă i se va oferi o sursă de energie foarte durabilă, se va accelera treptat, propulsându-se cu fotonii emiși. Este suficient să îl întorci cu un bec împotriva țintei și să aprinzi lumina.

Adevărat, lanterna va zbura atât de încet încât va dura miliarde de ani să accelereze la viteze vizibile. Dar aceasta este o problemă care se poate rezolva - trebuie doar să măriți dispozitivul.

Dar alimentarea unui astfel de far va fi o altă sarcină. Fizicianul Daniel Tommasini de la Universitatea din Vigo a calculatD. Tommasini. Comentează „limitele finale ale ecuației rachetei relativiste. Racheta fotonica Planck ”/ Acta Astronauticacă chiar și cel mai eficient reactor nuclear va putea accelera o navă fotonică doar cu 0,02% din viteza luminii.

Acesta este undeva în jur de 60 km/s, ceea ce este deja destul de bun pentru a călători prin sistemul solar. Dar pentru a flutura spre cea mai apropiată stea, veți avea nevoie de surse de energie mai bune decât un banal reactor nuclear. De exemplu, o rezervă bună de combustibil antimaterie sau o gaură neagră de buzunar.

Când antimateria se ciocnește de materie, ea eliberează o cantitate imensă de energie pură. Adevărat, producția de antimaterie este incredibilă plăcere scumpă: crearea unui gram de antihidrogen au estimat oamenii de știință de la NASAReaching for the Stars / Science NASA 62,5 trilioane de dolari. Și va fi nevoie de tone pentru a alimenta reactorul de anihilare.

Găurile negre sunt surse de energie și mai eficiente. Ele pot fi folosite pentru a face așa-numitele reactoare singulare sau colapsare, așa cum a susținut Stephen Hawking. Gaura neagră creează radiații, evaporându-se treptat.

CalculatL. Macara. Sunt posibile navele cu găuri negre / Relativitatea generală și cosmologia cuanticăcă o astfel de gaură cu o greutate de 606.000 de tone se va evapora timp de aproximativ 3,5 ani, creând 160 de petawați de energie în acest timp. Doar o figură sălbatică: suficientă energie pentru a accelera cu 10% viteza luminii în 20 de zile.

Rămâne doar să ne dăm seama cum să faci o gaură neagră și cum să o depozitezi în navă, iar o baterie compactă de o putere incredibilă este gata. Principalul lucru este să nu bagi degetele în el, altfel vor deveni singular, adică se va micșora până la un punct. Împreună cu toate celelalte părți ale corpului.

4. Nava alimentată cu laser

Video: Școala de Fizică - Universitatea din Sydney / YouTube

Conceptele de mai sus au o problemă comună: vor trebui să-și ducă cu ei sursele de energie. Combustibilul pentru rachete, combustibilul nuclear, antimateria sau o gaură neagră toate cântăresc mult și reduc sarcina utilă. Va trebui să cheltuim energie suplimentară pentru a deplasa această economie.

O barca cu pânze solară nu va trebuiG. A. Landis. Zbor interstelar cu fascicul de particule / NASA transportă multe tone de combustibil, dar are și o limitare: zboară doar acolo unde bate vântul solar și nu va fi atât de util în spațiul interstelar.

Cu toate acestea, o navă accelerată de un laser nu are astfel de dezavantaje. Acesta este un analog al unei nave spațiale cu o velă, dar nu va fi accelerat de lumina soarelui, ci de o sursă direcțională de radiație gigawatt.

Principiul este acesta: o sondă interstelară întinde vela, iar un accelerator laser uriaș pe Pământ sau pe o orbită aproape solară strălucește asupra ei și o împinge acolo unde trebuie.

Să zicem că am accelerat până la viteza cerută, dar cum să frânăm în punctul de sosire la vreo Proxima Centauri sau Barnard's Star? În avans, nu există nicio modalitate de a conduce un al doilea laser de același tip - chiar am construit cu dificultate unul pe o orbită aproape solară.

Dar nu vă faceți griji, fizicienii Jeffrey Landis și Carver Andrews s-au gândit la asta cu mult timp în urmă.G. A. Landis. Considerații de optică și materiale pentru o velă luminoasă propulsată cu laser / NTRS. Dacă este necesar, aparatul poate nu numai să accelereze, ci și să decelereze cu ajutorul energiei fotonilor trimise de laser.

Trecem doar pe lângă vela pe o oglindă uriașă, se reflectă pe vela, dar din cealaltă parte. Și avem ocazia să zburăm în direcția opusă laserului. Adică, vom putea nu numai să conducem spre stele îndepărtate cu viteza aproape de lumină, ci și să ne întoarcem.

Acest mecanism de călătorie interstelară pare a fi cel mai fezabil. Pe 12 aprilie 2016, Stephen Hawking a propusReaching for the Stars, Across 4.37 Light-Years / The New York Times trimite un grup de sonde cu o greutate de 0,5 g către Alpha Centauri, accelerate la 20% din viteza luminii de un laser de la suprafața Pământului. Teoretic, le va dura 20 de ani pentru a zbura, iar datele transmise de sonde la sosirea la fața locului vor călători înapoi sub formă de transmisii radio pentru încă 5 ani.

Eu insumi Hawking nu a trăit să-și vadă ideea realizată, dar un proiect numit Breakthrough Starshot continuă să fie dezvoltat. Este finanțat de omul de afaceri rus Yuri Milner și de proprietarul Meta, Mark Zuckerberg. Poate că acesta din urmă caută pur și simplu o modalitate de a se întoarce acasă.