Авторът на статията разказва подробно за четири обещаващи технологии, които дават на хората възможност да достигнат до всяко място във Вселената по време на един човешки живот. За сравнение: с използването на съвременни технологии пътят към друга звездна система ще отнеме около 100 хиляди години.
Откакто човек за пръв път погледна в нощното небе, мечтаем да посетим други светове и да видим Вселената. И докато нашите ракети с химическо гориво вече са достигнали до много планети, луни и други тела в Слънчевата система, космическият кораб, най-отдалечен от Земята, Вояджър 1, е покрил само 22,3 милиарда километра. Това е само 0,056% от разстоянието до най-близката известна звездна система. Използвайки съвременни технологии, пътят към друга звездна система ще отнеме около 100 хиляди години.
Не е необходимо обаче да действаме както винаги. Ефективността на изпращането на превозни средства с голяма маса на полезен товар, дори при хора на борда, при безпрецедентни разстояния във Вселената може да бъде значително подобрена, ако се използва правилната технология. По-конкретно, има четири обещаващи технологии, които могат да ни доведат до звездите за много по-малко време. Ето ги и тях.
1). Ядрена технология. Досега в човешката история всички космически кораби, изстреляни в космоса, имат едно общо нещо: двигател с химическо гориво. Да, ракетното гориво е специална смес от химикали, предназначени да осигурят максимална тяга. Тук е важна фразата "химикали". Реакциите, които дават енергия на двигателя, се основават на преразпределението на връзките между атомите.
Това коренно ограничава нашите действия! По-голямата част от масата на един атом пада върху ядрото му - 99,95%. Когато започне химическа реакция, електроните, въртящи се около атомите, се преразпределят и обикновено отделят като енергия около 0,0001% от общата маса на атомите, участващи в реакцията, съгласно известното уравнение на Айнщайн: E = mc2. Това означава, че за всеки килограм гориво, което се зарежда в ракетата, по време на реакцията получавате енергия, равна на около 1 милиграм.
Ако обаче се използват ракети с ядрено гориво, ситуацията ще бъде драматично различна. Вместо да разчитате на промените в конфигурацията на електроните и как атомите се свързват помежду си, можете да освободите относително огромно количество енергия, като повлияете как ядрата на атомите са свързани помежду си. Когато делете уранов атом, като го бомбардирате с неутрони, той излъчва много повече енергия, отколкото всяка химическа реакция. 1 килограм уран-235 може да освободи количество енергия, еквивалентно на 911 милиграма маса, което е почти хиляда пъти по-ефективно от химическото гориво.
Бихме могли да направим двигателите още по-ефективни, ако овладеем ядрения синтез. Например, система за инерционен контролиран термоядрен синтез, с помощта на която би било възможно да се синтезира водород в хелий, такава верижна реакция се случва на Слънцето. Синтезът на 1 килограм водородно гориво в хелий ще превърне 7,5 килограма маса в чиста енергия, което е почти 10 хиляди пъти по-ефективно от химическото гориво.
Идеята е да получите същото ускорение за ракета за много по-дълъг период от време: стотици или дори хиляди пъти по-дълги от сега, което би им позволило да развият стотици или хиляди пъти по-бързо от конвенционалните ракети сега. Такъв метод би намалил времето на междузвезден полет до стотици или дори десетки години. Това е обещаваща технология, която ще можем да използваме до 2100 г. в зависимост от темповете и посоката на развитие на науката.
Промоционално видео:
2). Лъч от космически лазери. Тази идея е в основата на проекта Breakthrough Starshot, който придоби известност преди няколко години. През годините концепцията не е загубила своята привлекателност. Докато конвенционалната ракета носи гориво със себе си и я използва за ускоряване, основната идея на тази технология е лъч от мощни лазери, които ще дадат на космическия кораб необходимия импулс. С други думи, източникът на ускорение ще бъде отделен от самия кораб.
Тази концепция е едновременно вълнуваща и революционна в много отношения. Лазерните технологии се развиват успешно и стават не само по-мощни, но и силно колиматизирани. Така че, ако създадем подобен на платно материал, който отразява достатъчно висок процент лазерна светлина, можем да използваме лазерна снимка, за да накараме космическият кораб да развие колосални скорости. Очаква се "космически кораб" с тегло ~ 1 грам да достигне скорост от ~ 20% от скоростта на светлината, което ще му позволи да лети до най-близката звезда - Проксима Центавър само за 22 години.
Разбира се, за това ще трябва да създадем огромен лъч лазери (около 100 км2) и това трябва да се направи в космоса, въпреки че това е по-скоро проблем на разходите, отколкото технология или наука. Има обаче редица проблеми, които трябва да бъдат преодолени, за да можем да реализираме такъв проект. Между тях:
- неподдържано платно ще се върти, необходим е някакъв (все още неразработен) стабилизиращ механизъм;
- невъзможността за спиране при достигане на точката на местоназначение, тъй като на борда няма гориво;
- дори ако се окаже, че мащабът на устройството за превоз на хора, човек няма да може да оцелее с огромно ускорение - значителна разлика в скоростта за кратък период от време.
Може би някой ден технологията ще успее да ни отведе до звездите, но няма успешен метод човек да достигне скорост, равна на ~ 20% от скоростта на светлината.
3). Антиматериално гориво. Ако все пак искаме да носим гориво със себе си, можем да го направим възможно най-ефективно: то ще се основава на унищожаването на частици и античастици. За разлика от химическите или ядрените горива, при които само част от масата на борда се превръща в енергия, анигилацията на частици-античастици използва 100% от масата както на частици, така и на античастици. Способността да се преобразува цялото гориво в импулсна енергия е най-високото ниво на ефективност на горивото.
Трудности възникват при прилагането на този метод на практика в три основни области. По-конкретно:
- създаване на стабилна неутрална антиматерия;
- способността да го изолира от обикновената материя и точно да я контролира;
- произвеждат антиматерия в достатъчно големи количества за междузвезден полет.
За щастие по първите два броя вече се работи.
Европейската организация за ядрени изследвания (CERN), която е дом на Големия адронен колайдер, има огромен комплекс, известен като „фабрика за антиматерия“. Там шест независими екипа учени изследват свойствата на антиматерията. Те вземат антипротони и ги забавят, принуждавайки позитронът да се свърже с тях. Така се създават антиатоми или неутрална антиматерия.
Те изолират тези антиатоми в контейнер с различни електрически и магнитни полета, които ги държат на място, далеч от стените на контейнер, направен от материя. До средата на 2020 г. те успешно изолират и стабилизират няколко антиатома за час наведнъж. През следващите няколко години учените ще могат да контролират движението на антиматерията в гравитационното поле.
Тази технология няма да ни е достъпна в близко бъдеще, но може да се окаже, че най-бързият ни начин на междузвездно пътуване е ракета против антиматерия.
4). Звезден кораб върху тъмна материя. Тази опция със сигурност се опира на предположението, че всяка частица, отговорна за тъмната материя, се държи като бозон и е своя собствена античастица. На теория тъмната материя, която е собствена античастица, има малък, но не нулев шанс да се унищожи с всяка друга частица от тъмна материя, която се сблъсква с нея. Потенциално можем да използваме освободената енергия в резултат на сблъсъка.
Има възможни доказателства за това. В резултат на наблюдения е установено, че Млечният път и другите галактики имат необясним излишък на гама-лъчение, идващо от техните центрове, където концентрацията на тъмната енергия трябва да бъде най-висока. Винаги има възможност да има просто астрофизично обяснение за това, например, пулсари. Възможно е обаче тази тъмна материя все още да се унищожава със себе си в центъра на галактиката и по този начин ни дава невероятна идея - звезден кораб върху тъмната материя.
Предимството на този метод е, че тъмната материя съществува буквално навсякъде в галактиката. Това означава, че не трябва да носим гориво със себе си в пътуването. Вместо това "реакторът" на тъмната енергия може просто да направи следното:
- вземете всяка тъмна материя, която е наблизо;
- ускорете унищожаването му или му позволете да унищожи по естествен начин;
- пренасочете получената енергия, за да набира скорост във всяка желана посока.
Човек може да контролира размера и силата на реактора, за да постигне желаните резултати.
Без нужда от гориво на борда, много от проблемите на космическото пътуване, управлявано от задвижване, ще изчезнат. Вместо това ще успеем да постигнем заветната мечта за всяко пътуване - неограничено постоянно ускорение. Това ще ни даде най-немислимата способност - способността да достигнем до всяко място във Вселената по време на един човешки живот.
Ако се ограничим до съществуващите ракетни технологии, тогава ще ни трябват поне десетки хиляди години, за да пътуваме от Земята до най-близката звездна система. Значителен напредък в технологиите на двигателите обаче е близо до вас и те ще намалят времето за пътуване до един човешки живот. Ако успеем да се справим с използването на ядрено гориво, космически лазерни лъчи, антиматерия или дори тъмна материя, ние ще изпълним собствената си мечта и ще се превърнем в космическа цивилизация без използването на разрушителни технологии, като например warp устройства.
Има много потенциални начини да превърнете научно обоснованите идеи в осъществими реални двигателни технологии от следващо поколение. Напълно възможно е до края на века космическият кораб, който все още не е изобретен, да заеме мястото на Нови хоризонти, Пионер и Вояджър като най-отдалечените от човека обекти на Земята. Науката вече е готова. Остава ни да надникнем отвъд настоящите ни технологии и да сбъднем тази мечта.